專利名稱:多星纖維光學(xué)網(wǎng)絡(luò)的制作方法
本發(fā)明一般涉及一種光通信網(wǎng)絡(luò)，特別涉及一種通過把很多無源傳輸星相互連接而形成的纖維光學(xué)網(wǎng)絡(luò)，而每個星都服務(wù)于其本地區(qū)域中的終端設(shè)備。
由于光纖傳輸質(zhì)量的不斷改進，特別是由于帶寬的增加和衰減率的減小，使光纖通信網(wǎng)絡(luò)成為一種越來越具有吸引力的替換物，代替使用導(dǎo)體作為傳輸介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)。為了完成光通信，將發(fā)送終端設(shè)備(例如電話、計算機或數(shù)控機床)中產(chǎn)生的電信號送到接收終端設(shè)備中的收發(fā)機。收發(fā)機使用該電信號調(diào)制來自光源(如發(fā)光二極管或激光器)的光。然后調(diào)制光通過光纖傳輸?shù)浇邮战K端設(shè)備中的收發(fā)機。收發(fā)機包括一個光檢測器(如光二極管)，使被調(diào)制的光信號再轉(zhuǎn)變成電信號。這樣，終端設(shè)備中的收發(fā)機和連接收發(fā)機的光纖有效地取代了導(dǎo)體。像導(dǎo)體一樣，光纖可以傳送或者模擬形式的或者數(shù)字形式的信息。
纖維光學(xué)傳輸星是用于連接網(wǎng)絡(luò)中的很多終端設(shè)備的無源耦合設(shè)備。在圖1A中示意說明這樣一個星的物理結(jié)構(gòu)，其中，四根光纖融合在喇叭形區(qū)域20，得到星22，其具有光輸入口24、26、28和30以及光輸出口32、34、36和38。通過輸入口24至30中任一個進入星22的光均勻地分配給所有輸出口32至38。例如，若一個單位強度的光進入輸入口24，則輸出口32至38中的每一個都通過四分之一單位強度的光(忽略小損耗)。星22可用來連接四個終端設(shè)備，每一個終端設(shè)備通過光纖分別連接于一個輸入口和一個輸出口。
星并不像圖1A中的例子所示只局限于四對輸入輸出口。但通過一個星可以相互連接的終端設(shè)備數(shù)一般小于80。這種限制部分地是由于制造較大的星(即具有大于80對輸入輸出口的星)有困難所致。另一個限制因素是在每一個光輸出口能夠得到的光功率反比于輸出口的總數(shù)。所以，收發(fā)機能夠達到的靈敏度實際上對星本身作了限制。
圖1B示意表示使用星40的纖維光學(xué)通信網(wǎng)絡(luò)。在該圖中，本地區(qū)域A的終端設(shè)備42分別通過光纖44和46與星40的光輸入口和光輸出口相連。同樣，本地區(qū)域B的終端設(shè)備48和50通過光纖52、54、56和58與星40相連。雖然圖1B中只畫出了終端設(shè)備42的收發(fā)機60，但是每個終端設(shè)備都有收發(fā)機。收發(fā)機60包括一個光發(fā)送機62，其接收來自終端設(shè)備42的數(shù)字化電信號，并且向光纖44發(fā)送光信號。收發(fā)機60還包括一個光接收機64，其接收來自光纖46的光信號并給終端設(shè)備42提供數(shù)字化電信號。
復(fù)雜的數(shù)字通信技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于光學(xué)網(wǎng)絡(luò)，顯然，發(fā)送機62和接收機64可能是相當(dāng)復(fù)雜的。它們的精確結(jié)構(gòu)取決于諸如所使用的數(shù)字編碼電路的性質(zhì)和通信程式這樣的一些因素。但是作為一個簡單的例子，圖1C表示收發(fā)機66，它具有一個由驅(qū)動放大器67和發(fā)光二極管68組成的光發(fā)送機，驅(qū)動放大器通過導(dǎo)體70接收來自相連終端設(shè)備的信息流，而發(fā)光二極管則把ON或OFF的相應(yīng)信息流光脈沖發(fā)送到光纖72的端部。在收發(fā)機66中的光接收機包括光檢測器74(例如硅光二極管)，它接收從光纖76的末端發(fā)出的光脈沖。來自檢測器74的電信號由放大器78放大，并通過整形電路80(例如施密特觸發(fā)器)得到很陡的上升沿和下降沿，然后把電信號形式的數(shù)字化數(shù)據(jù)提供給相連的終端設(shè)備。
圖1B表示在單星纖維光學(xué)網(wǎng)絡(luò)中遇到的主要問題。如果終端設(shè)備散布很廣，則把分離的光纖對連接在每一個終端設(shè)備上需要大量的光纖。這增加架纜的復(fù)雜性和網(wǎng)絡(luò)成本。例如，若本地區(qū)域A表示在一個建筑物中的一套辦公室，而本地區(qū)域B表示隔一個街區(qū)的另一個建筑物中的一套辦公室，則需要大量的光纖使本地區(qū)域A中的10個終端設(shè)備和本地區(qū)域B中另外的10個終端設(shè)備相互連接。顯然，盡管星40的示意符號只表示出4對輸入輸出口，只能用來連接4個終端設(shè)備，但這并不意味是極限。如上所述，星的容量經(jīng)常遠大于此，并且在實踐中，星40典型地用來連接多于圖1B所示的三個終端設(shè)備。
如圖2A所示，人們通過在本地區(qū)域A內(nèi)使用星84和在本地區(qū)域B內(nèi)使用星86(星84和86通過一對光纖相連)，試圖減少連接本地區(qū)域A的許多終端設(shè)備82和本地區(qū)域B的許多終端設(shè)備83所需的光纖量。例如，本地區(qū)域A的一個終端設(shè)備發(fā)出的光脈沖通過星84分配于其它的終端設(shè)備82，星84也把脈沖分配給星86，星86本身又把信號分配給本地區(qū)域B的終端設(shè)備83。但是，若星84有N對輸入輸出口，則僅有1/N的光功率送到星86。若星86也有N對輸入輸出口，顯然，提供給每個終端設(shè)備83的光功率僅為1/N2。如果有三個星，因子就是N3，以此類推。這種累次的功率衰減使得圖2A的結(jié)構(gòu)在典型的實際應(yīng)用中不能令人滿意。
人們試圖通過在連接星84和星86的光纖中提供中繼站88，避免這種功率的降低，如圖2B所示。一般地說，中繼站包括一個光接收機部分和一個光發(fā)送機部分。這種一般結(jié)構(gòu)示于圖2C中，其中從光纖90來的光信號輸入到光接收機部分92，輸出則是一個與光信號相一致的電信號。這個電信號被光發(fā)送機部分94再次轉(zhuǎn)換成光信號，此信號發(fā)送給光纖95。就像終端設(shè)備的收發(fā)機內(nèi)的光發(fā)送機和光接收機的情況一樣，中繼站的光接收機部分92和光發(fā)送機部分94的特殊結(jié)構(gòu)取決于通信網(wǎng)絡(luò)的性質(zhì)。但是在使用圖1C的收發(fā)機66的網(wǎng)絡(luò)中，中繼站的光接收機部分92可以由一系列連接的光檢測器、放大器和整形電路組成，光發(fā)送機部分94由驅(qū)動放大器和發(fā)光二極管組成。
現(xiàn)在回到圖2B，顯然，為克服上面討論的功率分配衰減問題而在星84和星86之間插入中繼站88是不能令人滿意的。星84發(fā)射的“上行”光脈沖在到達星86之前由中繼站88再現(xiàn)，星86使脈沖下行回到星84。因為中繼站88必須具有足夠的靈敏度，以便檢測來自與一個星相連的任何終端設(shè)備的輸入信號，并且必須具有足夠的輸出功率，以便把信號有效地傳送到與另一個星相連的任何終端設(shè)備，所以圖2B的閉環(huán)結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生不穩(wěn)定性。實質(zhì)上，每個中繼站88無休止地重復(fù)另一個中繼站88的輸出。
人們試圖通過把中繼站88電連接，以使兩個中繼站不能同時工作，來避免這個問題。然而這種權(quán)宜之計不能完全避免這個問題。例如，假定一個脈沖流從星84發(fā)送到星86，并且假定信息流通過時，下部中繼站88使上部中繼站88不工作。但是由于傳播延遲，在星86完成信號反射以前上部中繼站88是工作的。為了保證可靠地工作，必須使上部中繼站88在下部中繼站88剛開始工作的隨后的一個附加期間關(guān)閉。所需的該附加關(guān)閉期間等于光信號從下部中繼站88通過星86傳送到上部中繼站88所需要的時間。如果使用很長光纖的話，所增加的延遲是相當(dāng)可觀的。此外，對通過上部中繼站88傳送的信號來說，下部中繼站88需要一個不同的關(guān)閉期間，因為這取決于信號從一個中繼站通過星84傳送到另一個中繼站的時間，從兩個中繼站到星84的距離與到星86的距離可能是不同的。
本發(fā)明的目的是提供一種多星纖維光學(xué)網(wǎng)絡(luò)，其中使用了許多光通道，以便增加星之間的增益而又不引起由于相鄰星之間重復(fù)的信號反射所產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定性，該多星網(wǎng)絡(luò)使用許多傳送定向信息的光通道以限制光信號的傳送方向;該網(wǎng)絡(luò)使用位于星之間的中繼站，并且在至少一個不同于其接收信號的光通道上發(fā)送信息;該網(wǎng)絡(luò)使用帶有收發(fā)機的終端設(shè)備，該收發(fā)機具有向許多通道提供光信號的光發(fā)送機;該網(wǎng)絡(luò)使用波長多路傳送、調(diào)頻、調(diào)幅或修正的調(diào)幅技術(shù)避免不穩(wěn)定性;并且在該網(wǎng)絡(luò)中，一個光通道用作本地通信而不同的光通道用作“上行”和“下行”方向的通信。如果需要分枝網(wǎng)絡(luò)的話，還可以在接合點使用一個或多個附加通道。
本發(fā)明以其廣泛的形式包括一個連接很多光學(xué)終端設(shè)備的纖維光學(xué)網(wǎng)絡(luò)(每個終端設(shè)備都有一個帶有發(fā)送光信號的光發(fā)送機和接收光信號的光接收機的收發(fā)機)，其包括具有分別連接到終端設(shè)備中的收發(fā)機的光發(fā)送機和光接收機的很多光輸入口和輸出口的第一個光學(xué)接合星(并且第一個星還具有一個另外的光輸入口和一個另外的光輸出口);具有分別連接到終端設(shè)備中的收發(fā)機的光發(fā)送機和光接收機的很多光輸入和輸出口的第二個光學(xué)接合星(所述的第二個星還具有一個另外的光輸入口和另外的光輸出口)，其特征是通過在星之間提高增益的裝置補償反復(fù)分配造成的光衰減，所述的提高增益的裝置包括把所述的第一個星的所述的另外的光輸出口連接到所述的第二個星的所述的另外的光輸入口的裝置，以及把所述的第二個星的所述的另外的光輸出口連接到所述的第一個星的所述的另外的光輸入口的裝置，用以提高從一個星傳送到另一個星的光信號的增益，而避免所述的星之間的來回反射，所述的裝置包括一個上行中繼站和一個下行中繼站，上行中繼站具有接收來自所述的第一個星的所述的另外的光輸出口的光信號的光接收機裝置和發(fā)送光信號到所述的第二個星的所述的另外的光輸入口的光發(fā)送機裝置，下行中繼站具有接收來自所述的第二個星的所述的另外的光輸出口的光信號的光接收機裝置和發(fā)送光信號到所述的第一個星的所述的另外的光輸入口的光發(fā)送機裝置，每個中繼站的光發(fā)送機裝置發(fā)送光信號，另一個中繼站的光接收機裝置對該信號不敏感。
此處敘述的較佳實施例提供一種纖維光學(xué)網(wǎng)絡(luò)，其中在至少有兩個星的系列中，把上行和下行中繼站放在兩個相鄰的星之間，以減少光信號從一個星傳送到另一個星時的功率損耗。為了避免由反射引起的不穩(wěn)定性，上行中繼站對下行中繼站的輸出不響應(yīng)，反之亦然。在一個二星網(wǎng)絡(luò)中，每個星都是一個“外部”星，而且與兩個星都相連的終端設(shè)備的收發(fā)機向通道A和B發(fā)送信號但僅在通道A接收信號。相反，中繼站僅能在通道B接收信號並且僅向通道A發(fā)送信號。當(dāng)系列中有兩個以上的星，這樣除外部星以外還存在“內(nèi)部”星時，直接與內(nèi)部星相連的終端設(shè)備的收發(fā)機在本地通道接收信號，而向該本地通道、上行通道和下行通道發(fā)送信號。連接在兩個相鄰內(nèi)部星之間的上行中繼站在上行通道接收信號而既向本地通道又向上行通道發(fā)送信號。另一方面，在兩個相鄰內(nèi)部星之間的下行中繼站在下行通道接收信號而向本地和下行通道發(fā)送信號?？梢酝ㄟ^波長多路傳送技術(shù)獲得這些通道。換句話說，可以使用頻率多路傳送，通過對電載波信號的頻率調(diào)制或振幅調(diào)制得到一個或多個通道。一個基帶通道可以與一個或多個調(diào)幅或調(diào)頻通道一起使用。
在調(diào)幅系統(tǒng)中，本地通道可以由基帶信號提供，上行通道可以由被基帶信號控制的第一個振蕩器提供，而下行通道可以由被基帶信號控制的第二個振蕩器提供。在修正的調(diào)幅系統(tǒng)中，上行和下行通道都由信息傳送過程中連續(xù)存在的上行和下行信號提供，不受基帶信號控制。上行和下行啟動信號可以用來啟動上行和下行中繼站，并且啟動發(fā)送基帶信號和上行、下行信號的、與內(nèi)部星相連的每個終端設(shè)備的收發(fā)機。然而，如果使用上行和下行阻通信號，則與中間星相連的終端設(shè)備的收發(fā)機僅能在基帶通道發(fā)送信號。
從下面以舉例方式給出的較佳實施例的說明，結(jié)合下述附圖，可以更詳細地理解本發(fā)明，其中圖1A是具有4個光輸入口和4個光輸出口的纖維光學(xué)星的平面圖;
圖1B是說明使用單一星的纖維光學(xué)通信網(wǎng)絡(luò)的示意圖，通過該星相互連接的終端設(shè)備布置在不同的本地區(qū)域;
圖1C是說明把終端設(shè)備的數(shù)字化信號耦合到纖維光學(xué)網(wǎng)絡(luò)的收發(fā)機的簡單例子的示意方框圖;
圖2A示意說明一種通常不會采用的方法，即使用一對星連接不同本地區(qū)域中的終端設(shè)備以減少單星通信網(wǎng)絡(luò)中必需的光纖數(shù);
圖2B示意說明一種通常不會采用的，圖2A網(wǎng)絡(luò)的修正;
圖2C是說明中繼站一般特點的示意方框圖;
圖3示意說明根據(jù)本發(fā)明的多星纖維光學(xué)網(wǎng)絡(luò);
圖4A和圖4B分別是發(fā)送機和光接收機簡單例子的示意方框圖，當(dāng)采用波長多路傳送時，它們適宜用在圖3的終端設(shè)備中;
圖5A是說明光發(fā)送機簡例的示意方框圖，當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)中使用頻率調(diào)制時，它適宜用在圖3的終端設(shè)備中;
圖5B是一個波形圖，表示施加在圖5A的發(fā)光二極管上的電信號的例子;
圖5C是說明光接收機簡例的示意方框圖，當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)中使用頻率調(diào)制時，它適宜用在圖3的終端設(shè)備中;
圖5D是說明中繼站的光接收機部分的簡例的示意方框圖，當(dāng)使用頻率調(diào)制時，它適宜用在圖3的網(wǎng)絡(luò)中;
圖6示意說明當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的星系列有兩個以上的星時，根據(jù)本發(fā)明的多星纖維光學(xué)網(wǎng)絡(luò)的例子;
圖7A是說明光發(fā)送機簡例的示意方框圖，當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)中使用振幅調(diào)制時，它適宜用在圖6的終端設(shè)備中;
圖7B是一個波形圖，它表示提供給圖7A的發(fā)光二極管的電信號的例子;
圖7C是補充說明圖7A的一個非常簡單的電路示意圖;
圖7D是說明光接收機簡例的示意方框圖，當(dāng)使用振幅調(diào)制時，它適宜用在圖6的終端設(shè)備中;
圖7E是說明中繼站的光接收機部分的簡例的示意方框圖，當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)中使用振幅調(diào)制時，它適宜用在圖6的系統(tǒng)中;
圖8A是說明光發(fā)送機簡例的示意方框圖，當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)中使用定向啟動信號時，它適宜用在圖6的終端設(shè)備中;
圖8B是一個波形圖，它表示提供給圖8A的發(fā)光二極管的電信號的例子;
圖8C是說明光接收機簡例的示意方框圖，當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)中使用定向啟動信號時，它適宜用在圖6的終端設(shè)備中;
圖8D是說明中繼站的光接收機部分的簡例的示意方框圖，當(dāng)使用定向啟動信號時，它適宜用在圖6的網(wǎng)絡(luò)中;
圖9是說明中繼站簡例的示意方框圖，當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)中使用定向阻通信號時，它適宜用在圖6的網(wǎng)絡(luò)中;
圖10示意說明本發(fā)明的一個實施例，其中網(wǎng)絡(luò)有分枝。
首先參考圖3，多星纖維光學(xué)網(wǎng)絡(luò)96包括設(shè)置在一個本地區(qū)域內(nèi)的、帶有星102的終端設(shè)備98和100，以及設(shè)置在不同的本地區(qū)域內(nèi)的帶有星106的終端設(shè)備104。光纖108和110使終端設(shè)備98的收發(fā)機112分別與星102的光輸入口和輸出口相連。同樣，終端設(shè)備100的收發(fā)機(未畫出)通過光纖114和116分別與星102的光輸入口和光輸出口相連，終端設(shè)備104的收發(fā)機118通過光纖120和122分別與星106的光輸入口和光輸出口相連。對于那些技術(shù)熟練的人來說，顯然星102和106可以承載比圖3所示更多的終端設(shè)備，這取決于星的光輸入和輸出口的數(shù)量。中繼站124通過光纖126和星102的光輸出口相連，并且通過光纖128與星106的光輸入口相連。中繼站130通過光纖132與星106的光輸出口相連，并且通過光纖134與星102的光輸入口相連。
繼續(xù)參考圖3，收發(fā)機112的光發(fā)送機136，向通道A和B發(fā)送信號，而光接收機138在通道A接收信號。同樣，收發(fā)機118的光發(fā)送機140向通道A和B發(fā)送信號，而光接收機142在通道A接收信號。在網(wǎng)絡(luò)中的其它終端設(shè)備(例如終端設(shè)備100)也向通道A和B發(fā)送信號，在通道A接收信號。中繼站124和130的光接收機部分144在通道B接收信號，而光發(fā)送機部分146向通道A發(fā)送信號。
現(xiàn)在敘述網(wǎng)絡(luò)96的一般工作情況。假定終端設(shè)備98產(chǎn)生了一個與傳輸?shù)浇K端設(shè)備100的信息相一致的電信號。光發(fā)送機136把電信號轉(zhuǎn)換成通道A中的光信號和通道B中的光信號，以使通道A和通道B都具有與原始電信號相一致的光信號，這些光信號通過光纖108，星102和光纖116傳送到終端設(shè)備100的收發(fā)機(未畫出)中。這個收發(fā)機在通道A接收光信息(可以不管通道B中的相同信息)，并且把該光信息轉(zhuǎn)換成與在終端設(shè)備98內(nèi)的原始電信號相一致的電信號。
下一步，假定來自終端設(shè)備98的信息要傳送到終端設(shè)備104。從光發(fā)送機136來的通道A和通道B中的光信號，通過光纖108、星102和光纖126傳送到中繼站124的光接收機部分144。光接收機144在通道B接收信號，產(chǎn)生一個與終端設(shè)備98的原始電信號相一致的電信號，并把這個電信號提供給光發(fā)送機部分146，其僅在通道A產(chǎn)生一個光信號。這個光信號通過光纖128、星106和光纖122傳送到收發(fā)機118的光接收機142中，產(chǎn)生一個與終端設(shè)備98所提供的原始電信號相一致的電信號。中繼站124在星102和106之間提供增益，以使發(fā)送到收發(fā)機118的光功率是光發(fā)送機146提供的光功率的1/N倍，而不是光發(fā)送機136提供的光功率的1/N2倍(這里星102和106每個都具有N對光輸入輸出口)。無論如何，網(wǎng)絡(luò)96不容易產(chǎn)生不穩(wěn)定性。在光纖128中通道A的光信號通過星106和光纖132傳送到中繼站130的光接收機部分144，但是因為光接收機部分144僅僅接收通道B的光信號，所以它對中繼站130的光發(fā)送機部分146并不產(chǎn)生電信號。最終結(jié)果是，來自中繼站124的光信號確實被星106返回，但并不通過中繼站130傳送回星102。
在網(wǎng)絡(luò)96內(nèi)所使用的光信號可以通過波長多路傳送、頻率調(diào)制或振幅調(diào)制得到。波長多路傳送技術(shù)的一個例子將參考圖4A和圖4B進行討論。
圖4A示意說明用在收發(fā)機中的通道A和B的光發(fā)送機，例如終端設(shè)備98的發(fā)送機136。發(fā)光二極管148以通道A的波長(例如840毫微米)發(fā)射光，而發(fā)光二極管150以通道B的波長(例如1060毫微米)發(fā)射光。發(fā)光二極管148和150通過導(dǎo)體152在電學(xué)上并聯(lián)相接，從相連的終端設(shè)備串行接收數(shù)字化信號。光纖154和156組成光學(xué)耦合器157的兩個輸入，而耦合器157只在光纖158上有一個輸出。來自發(fā)光二極管148的光由光纖154收集，而來自發(fā)光二極管150的光由光纖156收集。因此，如果發(fā)送數(shù)字“1”，則發(fā)光二極管148和150都發(fā)光，并且光纖158以通道A和通道B的波長發(fā)送光。另一方面，如果發(fā)送數(shù)字“0”，發(fā)光二極管148或150都不發(fā)光。收發(fā)機的光接收機可以是如硅光二極管那樣的光檢測器，它對通道A和通道B的波長都有響應(yīng)。應(yīng)當(dāng)注意到，發(fā)光二極管典型地具有50毫微米的帶寬，以至于，若對發(fā)光二極管選擇840和1060毫微米的光，則在通道A和通道B之間應(yīng)當(dāng)有很小的重疊。硅光二極管在700-1100毫微米帶寬內(nèi)是靈敏的，而且在這個波段范圍是極好的傳輸介質(zhì)的光纖在市場上可買到。中心波長在700-1100毫微米范圍以上(例如1300毫微米)的發(fā)光二極管也可以與一個砷化鎵銦(InGaAs)定向器一起使用，或者使用激光二極管。
圖4B示意說明中繼站的光接收機部分，例如中繼站124的光接收機部分144。光纖156把波長A和B的光傳送到光學(xué)濾光器158，它僅允許波長B通過。光檢測器160產(chǎn)生一個電信號，信號被放大器162放大并通過整形電路164(如施密特觸發(fā)器)得到很陡的上升和下降沿。中繼站的光發(fā)送機部分可以由通道A的發(fā)光二極管提供。
網(wǎng)絡(luò)96的頻率調(diào)制技術(shù)的實例將參考圖5A-5D討論。為便于說明起見，假定有一個要傳送信息的終端設(shè)備以每秒2兆畢特的數(shù)據(jù)傳輸率提供信息流給相連的收發(fā)機，那么半微秒傳送一個“1”和半微秒傳送一個“0”。還假定通道A是基帶通道(即“1”由持續(xù)半微秒的高強度光信號表示，“0”則由持續(xù)半微秒的低強度光信號表示)，并且在通道B中使用頻移開關(guān)，通道B的頻率在6MHz(表示“0”)和8MHz(表示“1”)之間變化。
圖5A示意說明在終端設(shè)備的收發(fā)機中的光發(fā)送機，例如圖3中的發(fā)送機136。8MHz振蕩器166的輸出通過電控開關(guān)170與加法放大器168的輸入電連接。6MHz振蕩器172的輸出通過電控開關(guān)174也與加法放大器168的輸入相連。來自終端設(shè)備的信息流提供給與放大器168的輸入電連接的終端176。當(dāng)終端176的信號是“1”時，開關(guān)170關(guān)閉，把振蕩器166的輸出提供給放大器168。開關(guān)174通過反相器178被控制，因此當(dāng)終端176出現(xiàn)“0”時，振蕩器172的輸出提供給放大器168。發(fā)光二極管180與放大器168的輸出相連。當(dāng)相連的終端設(shè)備不發(fā)送信息時，放大器168關(guān)閉(有關(guān)線路未畫出)。
放大器168加有偏壓，所以無論施加在終端176的信號怎樣，放大器的輸出都不經(jīng)過零點。圖5B表示當(dāng)“1”和“0”加到終端176上時。放大器168的輸出。當(dāng)“1”加到終端176上時，輸出是疊加在基帶信號上的振蕩器166的8MHz信號。另一方面，當(dāng)“0”加到終端176上時，放大器168的輸出是來自振蕩器172的6MHz信號加上一個小偏置的和。當(dāng)然，發(fā)光二極管180所發(fā)射的光信號在強度上也以圖5B所示方式變化。
圖5C是適宜用在終端設(shè)備的收發(fā)機中的光接收機，例如圖3中的接收機138。光信號由光檢測器182接收，由放大器184放大，由低通濾波器185濾波，提供給電平檢測器186，它恢復(fù)通道A的基帶信號(盡管恢復(fù)通道B的寬帶信號的線路也可以替換使用)。實際上，圖5C的線路只不過簡單地不考慮疊加在基帶信號上的6MHz和8MHz信號。
圖5D是一個適宜用在中繼站中的光接收機部分，例如在中繼站124中的接收機部分144。光信號由光檢測器188接收并由放大器190放大。放大器190的輸出提供給帶通濾波器192，它除去基帶信號和任何高頻噪聲。然后頻率-電壓轉(zhuǎn)換器194當(dāng)6MHz信號存在時，產(chǎn)生一個低壓輸出，當(dāng)8MHz信號存在時，產(chǎn)生一個高壓輸出，并且電平檢測器196給出一個數(shù)字輸出信號。中繼站的光發(fā)送機部分可以簡單的是一個發(fā)光二極管，它輸出一個與電平檢測器196產(chǎn)生的電基帶信號相一致的光基帶信號。
下一步轉(zhuǎn)到圖6，本發(fā)明并不局限于用在如圖3所示的二星系統(tǒng)。多星纖維光學(xué)網(wǎng)絡(luò)196包括星198、200、202、204和206，每個星都位于不同的本地區(qū)域，并且每個星都與在該本地區(qū)域中的很多終端設(shè)備相連。但是在圖6中，只畫出終端設(shè)備208、210、212和214。星198通過中繼站216和218與星200相連;星200通過中繼站220和222與星202相連;星202通過中繼站224和226與星204相連;星204通過中繼站228和230與星206相連。作為對討論方便而做出的隨意的約定，圖6表示出“上行”方向和“下行”方向。因此，中繼站216、220、224和228可稱作“上行”中繼站，而中繼站230、226、222和218可稱作“下行”中繼站。
在網(wǎng)絡(luò)196中使用三個通信通道。本地通道A用來與直接連接到這個相同星上的其它終端設(shè)備進行通信。例如，圖6中的終端設(shè)備212通過通道A與終端設(shè)備210通信。通道B是上行通道，用來與連接到上行星上的終端設(shè)備進行通信。例如，終端設(shè)備212通過通道B與終端設(shè)備214通信。最后，通道C是下行通道，用來與連接到下行星上的終端設(shè)備進行通信。例如，終端設(shè)備212通過通道C與終端設(shè)備208通信。
為討論方便起見，區(qū)別開星系列兩端的“外部星”(即星198和星206)和外部星之間的“內(nèi)部星”是有用的。同樣，“外部成分”是指直接與外部星相連的成分。例如，終端設(shè)備208和中繼站216與218是外部成分，它們直接與外部星198相連。另一方面，“內(nèi)部成分”是那些僅與內(nèi)部星相連的其它成分。例如，終端設(shè)備210和212以及中繼站220和222是內(nèi)部成分。
繼續(xù)參考圖6，在內(nèi)部終端設(shè)備的收發(fā)機中的光發(fā)送機全都向通道A、B和C發(fā)送信號，而這些收發(fā)機的光接收機只在通道A接收信號。內(nèi)部的上行中繼站具有在通道A和B發(fā)送信號的發(fā)送機部分和在通道B接收信號的光接收機部分。最后，內(nèi)部的下行中繼站的光發(fā)送機部分在通道A和C發(fā)送信號，光接收機部分在通道C接收信號。例如，圖6中的內(nèi)部終端設(shè)備212向通道A、B和C發(fā)送信號，上行中繼站220在通道B接收信號并向通道A和B發(fā)送信號，下行中繼站222在通道C接收信號并向通道A和C傳送信號。
為說明方便起見，假設(shè)終端設(shè)備212發(fā)送一個信息，此信息同時送給通道A、B和C。這個信息到達在通道A接收信號的終端設(shè)備210。這個信息也到達連接到星202上的終端設(shè)備(未畫出)，因為通道B的信息通過中繼站220轉(zhuǎn)換成通道A和B的信息。與星202相連的終端設(shè)備(未畫出)通過通道A接收信息。中繼站224接收通道B的信息，并在通道A和B產(chǎn)生輸出，使信息進一步上行。另一方面，如果與星202相連的終端設(shè)備(未畫出)發(fā)送一個信息，則中繼站222在通道C接收這個信息并把它轉(zhuǎn)換成通道A和C的信息。
總之，內(nèi)部終端設(shè)備向本地通道A、上行通道B和下行通道C發(fā)送信息。信息通過通道A到達連接到這個相同星上的另外的終端設(shè)備，因為所有的終端設(shè)備都在通道A接收信息。信息到達與上行星相連的終端設(shè)備，因為上行中繼站在上行通道B接收信息，向本地通道A(對于連接到隨后的上行星上的終端設(shè)備)和上行通道B(被隨后的上行中繼站所接收)發(fā)送信息。同樣，信息到達與下行星相連的終端設(shè)備，因為下行中繼站在下行通道C接收信息，并向本地通道A(對于連接到隨后的下行星上的終端設(shè)備)和下行通道C(被隨后的下行中繼站所接收)發(fā)送信息。如果需要的話，外部成分可以稍微簡化。因為沒有從外部星198下行的星了，所以，與它相連的終端設(shè)備只需向本地通道A和上行通道B發(fā)送信息。外部中繼站216，像內(nèi)部上行中繼站一樣，在上行通道B接收信息，并且向本地通道A和上行通道B發(fā)送信息。但是，不同于內(nèi)部下行中繼站，外部下行中繼站218在下行通道C接收信息，而僅向本地通道A發(fā)送信息，這是因為沒有從星198下行的星了。同樣理由，與外部星206相連的外部成分可以做如下簡化中繼站228在上行通道B接收信息而向本地通道A發(fā)送信息，終端設(shè)備214在本地通道A接收信息而向本通道A和下行通道C發(fā)送信息，中繼站230在下行通道C接收信息而向本地通道A和下行通道C發(fā)送信息。下面的表一總結(jié)了上述關(guān)系
表一發(fā)送通道 接收通道上行中繼站216 A和B B220 A和B B224 A和B B228 A B下行中繼站218 A C222 A和C C226 A和C C230 A和C C與星相連的終端設(shè)備198(外部) A和B A200(內(nèi)部) A、B和C A202(內(nèi)部) A、B和C A204(內(nèi)部) A、B和C A206(外部) A和C A顯然對于那些技術(shù)熟練的人來說，參考圖3所討論的波長多路傳輸技術(shù)或頻率多路技術(shù)，可以容易地擴展用于圖6的網(wǎng)絡(luò)196中。例如，在波長多路傳輸技術(shù)中，由附加的另一個發(fā)光二極管提供一個附加通道，不同的波長可以由不同位置的位置檢測器檢測。但是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)196的特例將參考調(diào)幅技術(shù)進行討論。討論中將使用圖7A-7E，在這里，再次假定數(shù)據(jù)傳輸率是每秒2兆畢特。基帶信號提供給本地通道A，而上行通道B是一個6MHz信號，下行通道C是一個12MHz信號。
圖7A表示內(nèi)部終端設(shè)備的收發(fā)機的光發(fā)送機。信息流加到與加法放大器234的輸入端電連接的終端232上。1MHz振蕩器236和2MHz振蕩器238通過電控開關(guān)240和242與放大器234的其它輸入端相連。當(dāng)電信號“1”出現(xiàn)在終端232上時，放大器234則把這個信號加到來自振蕩器236與238的6MHz、12MHz信號上，產(chǎn)生如圖7B所示波形。發(fā)光二極管則產(chǎn)生一個相應(yīng)的光信號?？墒?，當(dāng)電信號“0”加到終端232上時，發(fā)光二極管244不發(fā)光。
實現(xiàn)圖7A的一個特別簡單的例子表示在圖7C中，其中，輸入信號加在電阻246上，再輸給三極管246的基極。當(dāng)終端232的信號為“0”時，三極管246偏置在中斷位置。
圖7D表示內(nèi)部終端設(shè)備的收發(fā)機中的光接收機線路方框圖。光信號由光檢測器248接收，並由放大器250放大。由低通濾波器252除去6MHz和12MHz信號，最后得到的基帶信號是由整形電路254給出的很陡的波形。
圖7E表示適宜用作中繼站的光接收機部分的線路方框圖。由光檢測器256接收光信號，并由放大器258放大。帶通濾波器260分出或是6MHz的通道B信號(對上行中繼站)或是12MHz的通道C信號(對下行中繼站)。包絡(luò)檢測器262以所選擇的濾波器頻率提供一個與信號強度相一致的輸出信號，整形電路264通過給出很陡的波形完成基帶信號的再現(xiàn)。中繼站的光發(fā)送機部分除了只需要一個振蕩器以外，與圖7A的電路相似。
修正的振幅調(diào)制技術(shù)也可用在網(wǎng)絡(luò)196中。圖8A-8D的修正技術(shù)依賴于定向啟動信號。給本地通道A提供基帶信號，給上行通道B提供連續(xù)的6MHz信號，而給下行通道C提供連續(xù)的12MHz信號?；旧?，內(nèi)部終端設(shè)備在基帶接收信號，并且除了發(fā)送基帶信號以外還發(fā)送上行和下行定向碼。當(dāng)上行內(nèi)部中繼站被上行信號啟動時，它們發(fā)送基帶信號和上行啟動信號。同樣，當(dāng)內(nèi)部下行中繼站被下行啟動信號啟動時，它們發(fā)送基帶信號和下行啟動信號。
圖8A表示使用定向啟動信號時，內(nèi)部終端設(shè)備的收發(fā)機中的光發(fā)送機的例子?；鶐щ娦盘栆孕畔⒘鞯男问郊拥脚c加法放大器268的輸入電連接的終端266上，6MHz振蕩器270(對上行信號，B)和12MHz振蕩器272(對下行信號，C)提供268的其它輸入。放大器268的電輸出具有偏壓，以避免過零點，如圖8B所示。發(fā)光二極管274把這個電信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的光信號。當(dāng)相連的終端設(shè)備不發(fā)送信息時，放大器268被圖中未畫出的電路關(guān)閉。
圖8C表示使用定向啟動信號時，內(nèi)部終端設(shè)備的收發(fā)機中的光接收機的例子。光信號由光檢測器276接收并由放大器278放大。6MHz和12MHz的信號由低通濾波器280除去，并由整形電路282得到很陡的波形。
圖8D表示使用定向啟動信號時，內(nèi)部中繼站的光接收機部分的例子。光信號由光檢測器284接收并由放大器286放大?；鶐盘栍傻屯V波器288和整形電路290再現(xiàn)。同時，適當(dāng)選擇濾波器292的頻率響應(yīng)，帶通濾波器292和包絡(luò)檢測器294確定或者存在上行啟動信號(通道B)或者存在下行啟動信號(通道C)。假定圖8D的光接收機用在上行內(nèi)部中繼站中，例如，帶通濾波器292的頻率位于通道B頻率中心，即6MHz并且假定除6MHz信號以外還有基帶信號落在檢測器284上。在這種情況，包絡(luò)檢測器294在整個信息傳送過程中的輸出是“1”，因此“與”門296的輸出取決于基帶信號。中繼站的光發(fā)送機部分除了只需上行信號振蕩器以外，與圖8A的電路相似。
在使用定向阻通信號的修正系統(tǒng)中，中繼站傳送通道A(基帶)的信號，除非此信號附有一個阻通信號。這樣，上行中繼站被下行信號阻斷，而下行中繼站被上行信號阻斷。這使終端設(shè)備簡化;收發(fā)機中的光發(fā)送機只需向基帶通道發(fā)送信號。收發(fā)機的光接收機可以如圖8C中所示的那樣。圖9表示在使用定向阻通信號的網(wǎng)絡(luò)中的內(nèi)部中繼站的例子，其既有光接收機部分也有光發(fā)送機部分。在圖9中，光信號由光檢測器298接收，并由放大器300放大。低通濾波器302和整形電路304再現(xiàn)基帶信號。同時，帶通濾波器306和包絡(luò)檢測器308確定是否存在一個預(yù)定的阻通信號。例如，若圖9的中繼站是下行中繼站，則帶通濾波器306調(diào)諧到下行阻通信號頻率。反相器310連在包絡(luò)檢測器308和“與”門312的輸入端之間，因此在“與”門312的輸出端是基帶信號，除非接收到下行阻通信號。結(jié)果，顯然無論檢測器298接收單獨的基帶信號還是接收附帶上行阻通定向信號的基帶信號，門312的輸出總是基帶信號。無論哪種情況發(fā)生，都由振蕩器316提供一個上行阻通信號，通過開關(guān)317加到加法放大器314上，并且相應(yīng)地開啟發(fā)光二極管318。
如果需要的話，可以修改線性纖維光學(xué)網(wǎng)絡(luò)(例如圖6中的網(wǎng)絡(luò)196)，以提供分枝。圖10表示這樣一種修改，其中，多星纖維光學(xué)網(wǎng)絡(luò)320具有主部322和枝部324。主部322包括星326、328、330、332和334，上行中繼站336、338、340和342，下行中繼站344、346、348和350。在星330處與主部322相連的枝部324包括星352和354，出分枝中繼站356和358，以及入分枝中繼站360和362。
為容納分枝部分324，一些直接與星330相連的中繼站需要一個附加的光通道(通道D)。給星330提供信號的每一個中繼站向通道A(終端設(shè)備通道)以及通道B、C、D中的一個通道發(fā)送信息，從星330接收信號的每一個中繼站在通道B、C和D中的兩個通道接收信息。下面的表二說明了附加通道的用途(應(yīng)注意到，在表二中，分枝部分324被假定擴展出星354之外;否則，若星354是外部星的話，則中繼站358只需要向通道A發(fā)送信息)表二發(fā)送通道 接收通道上行中繼站336 A和B B338 A和B B340 A和B B和D342 A B下行中繼站344 A C346 A和C C和D348 A和C C350 A和C C出分枝中繼站356 A和B B和C358 A和B B
表二(續(xù))入分枝中繼站 發(fā)送通道 接收通道360 A和D C362 A和C C一般說來，如果N個中繼站信道都連在一個星上，則從這個星接收信息的每個中繼站都在N-1個通道接收信號。在接合處，全部需要N+1個通道，一個用于終端設(shè)備，一個用于給星發(fā)送信息的每個中繼站。
從上述討論，顯然本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)，此系統(tǒng)增加星之間的增益，以補償在多星纖維光學(xué)網(wǎng)絡(luò)中信號逐星傳送時反復(fù)分配造成的光功率的衰減。中繼站可以插在星之間，但又不會由于在很多通道提供光信號而引入不穩(wěn)定性。這可以由波長多路傳送、頻率調(diào)制或振幅調(diào)制技術(shù)，包括使用定向啟動或阻通信號的修正調(diào)幅技術(shù)來完成。
可以理解，本發(fā)明的上述說明可做各種修正、改變和修改，而這些修正、改變和修改都被理解為在附加權(quán)利要求
的等同物的意義和范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于連接很多光學(xué)終端設(shè)備的纖維光學(xué)網(wǎng)絡(luò)(每個終端設(shè)備都有一個帶有發(fā)送光信號的光發(fā)送機和接收光信號的光接收機的收發(fā)機)，其包括具有分別連接到終端設(shè)備中的收發(fā)機的光發(fā)送機和光接收機的很多光輸入口和光輸出口的第一個光學(xué)接合星(並且第一個星還具有一個另外的光輸入口和一個另外的光輸出口)；具有分別連接到終端設(shè)備中的收發(fā)機的光發(fā)送機和光接收機的很多光輸入口和光輸出口的第二個光學(xué)接合星(所述的第二個星還具有一個另外的光輸入口和一個另外的光輸出口)，其特征是通過在星之間提高增益的裝置補償反復(fù)分配造成的光衰減，所述的提高增益的裝置包括把所述的第一個星的所述的另外的光輸出口連接到所述的第二個星的所述的另外的光輸入口的裝置，以及把所述的第二個星的所述的另外的光輸出口連接到所述的第一個星的所述的另外的光輸入口的裝置，用以提高從一個星傳送到另一個星的光信號的增益，而避免所述的星之間的來回反射，所述的裝置包括一個上行中繼站和一個下行中繼站，上行中繼站具有接收來自所述的第一個星的所述的另外的光輸出口的光信號的光接收機裝置和發(fā)送光信號到所述的第二個星的所述的另外的光輸入口的光發(fā)送機裝置，下行中繼站具有接收來自所述的第二個星的所述的另外的光輸出口的光信號的光接收機裝置和發(fā)送光信號到所述的第一個星的所述的另外的光輸入口的光發(fā)送機裝置，每個中繼站的光發(fā)送機裝置發(fā)送光信號，另一個中繼站的光接收機裝置對該信號不敏感。
2.權(quán)利要求
1中的網(wǎng)絡(luò)，其中，終端設(shè)備的收發(fā)機中的光發(fā)送機包括向很多通道發(fā)送光信號的裝置，并且其中，對每個中繼站，所述的光接收機裝置包括在一個通道接收光信號的裝置，而所述的光發(fā)送機裝置包括向至少一個不同的通道發(fā)送光信號的裝置。
3.權(quán)利要求
2中的網(wǎng)絡(luò)，其中，諸通道傳送不同波長的光，并且其中，對每個中繼站，所述的光接收機裝置包括在一個波長上接收光信號的裝置，而所述的光發(fā)送機裝置包括以一個不同波長發(fā)送光信號的裝置。
4.權(quán)利要求
2中的網(wǎng)絡(luò)，其中，諸通道傳送相同波長的光，至少其中一個通道是頻率調(diào)制通道。
5.權(quán)利要求
4中的網(wǎng)絡(luò)，其中，至少諸通道中的一個通道是基帶通道。
6.權(quán)利要求
5中的網(wǎng)絡(luò)，其中，對每一個中繼站，所述的光接收機裝置包括接收調(diào)頻光信號的裝置，而所述的光發(fā)送機裝置包括至少發(fā)送基帶信號的裝置。
7.權(quán)利要求
2中的網(wǎng)絡(luò)，其中，諸通道傳送相同波長的光，至少其中一個通道是振幅調(diào)制通道。
8.權(quán)利要求
7中的網(wǎng)絡(luò)，其中，至少諸通道中的一個通道是基帶通道。
9.權(quán)利要求
8中的網(wǎng)絡(luò)，其中，對每一個中繼站，所述的光接收機裝置包括接收調(diào)幅光信號的裝置，而所述的光發(fā)送機裝置包括至少發(fā)送基帶信號的裝置。
10.權(quán)利要求
2中的網(wǎng)絡(luò)，其中，諸通道傳輸相同波長的光，并且包括一個基帶通道和至少一個定向啟動信號通道，并且其中，對每一個中繼站，所述的光接收機裝置包括接收基帶信號的裝置和對于控制基帶信號的定向啟動信號的應(yīng)答裝置。
11.權(quán)利要求
1中的網(wǎng)絡(luò)，其中，終端設(shè)備的收發(fā)機中的光發(fā)送機包括在基帶通道發(fā)送信號的裝置，并且其中，對每個中繼站，所述的光發(fā)送機裝置包括發(fā)送基帶信號和定向阻通信號的裝置，而所述的光接收機裝置包括接收基帶信號的裝置和對于控制基帶信號的定向阻通信號的應(yīng)答裝置。
12.權(quán)利要求
1中的網(wǎng)絡(luò)，其中，終端設(shè)備的收發(fā)機中的光發(fā)送機向第一和第二通道發(fā)送光信號，而終端設(shè)備的收發(fā)機中的光接收機在第一通道接收光信號，并且其中，對每一個中繼站，所述的光接收機裝置包括在第一通道接收光信號的裝置，而所述的光發(fā)送機裝置包括向第二通道發(fā)送光信號的裝置。
13.權(quán)利要求
1中的網(wǎng)絡(luò)，其中，與所述的星中的一個相連的終端設(shè)備的收發(fā)機中的光發(fā)送機向第一和第二通道發(fā)送光信號，其中，與所述的星中的另一個相連的終端設(shè)備的收發(fā)機中的光發(fā)送機向第一、第二和第三通道發(fā)送光信號，其中，與兩個星中的任一個相連的終端設(shè)備的收發(fā)機中的光接收機在第一通道接收光信號，其中，對所述的中繼站中的一個，光接收機裝置包括在第二通道接收光信號的裝置，而光發(fā)送機裝置包括向第一和第二通道發(fā)送光信號的裝置，并且其中，對所述的中繼站中的另一個，光接收機裝置包括在第三通道接收光信號的裝置，而光發(fā)送機裝置包括向第一通道發(fā)送光信號的裝置。
14.權(quán)利要求
1中的網(wǎng)絡(luò)，其中，與兩個星中的任一個相連的終端設(shè)備的收發(fā)機中的光發(fā)送機向第一、第二和第三通道發(fā)送光信號，其中，與兩個星中的任一個相連的終端設(shè)備的收發(fā)機中的光接收機在第一通道接收光信號，其中，對所述的中繼站中的一個，光接收機裝置包括在第二通道接收光信號的裝置，而光發(fā)送機裝置包括向第一和第二通道發(fā)送光信號的裝置，并且其中，對所述的中繼站中的另一個，光接收機裝置包括在第三通道接收光信號的裝置，而光發(fā)送機裝置包括向第一和第三通道發(fā)送光信號的裝置。
15.權(quán)利要求
1中的網(wǎng)絡(luò)，進一步包括至少一個附加的星，以及把所述的至少一個附加的星與所述的第一和第二個星連成星系列的裝置。
16.權(quán)利要求
1中的網(wǎng)絡(luò)，其中，所述的第一個星還有另一個光輸入口和另一個光輸出口，并且進一步包括一個分枝鏈，此分枝鏈有至少一個星以及與所述的另一個光輸入口和輸出口光學(xué)連接的許多中繼站。
專利摘要
一種多星纖維光學(xué)網(wǎng)絡(luò)包括一系列兩個或多個位于不同的本地區(qū)域的無源傳輸星，每個星都服務(wù)于其本地區(qū)域的終端設(shè)備。在星系列的相鄰星之間的一對中繼站，在一個通道接收光信號，而且在至少一個不同的通道發(fā)送信息，由此避免相鄰星之間的重復(fù)反射?？梢圆捎貌ㄩL多路傳送、調(diào)頻和調(diào)幅技術(shù)以提供不同的通道，其中的一個通道可以是基帶通道?？梢圆捎眯拚恼{(diào)幅技術(shù)在不同通道提供定向啟動或阻通信號。
文檔編號H04B10/20GK86100231SQ86100231
公開日1986年8月27日 申請日期1986年1月15日
發(fā)明者哈羅德·巴里·舒特利 申請人:西屋電氣公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan