DE69231406T2 - Net mit Leitungsüberwachungssystem - Google Patents

Net mit Leitungsüberwachungssystem

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur Überwachung der Leistungsfähigkeit eines Netzes. Das System ist geeignet für die Verwendung z. B. in einem TPON-System (TPON = Telephonie über ein passives optisches Netz), kann jedoch auch in anderen Zusammenhängen verwendet werden.
  • Herkömmlicherweise wurden installierte Lichtleitphasennetze getestet, um einen Fehler wie z. B. einen Bruch im Netz zu erfassen, indem ein dediziertes optisches Zeitbereich-Reflektometer (OTDR) ans Netz angeschlossen wurde. Das OTDR umfaßt typischerweise eine Hochleistungslichtquelle, die einen Impuls auf das Netz sendet. Das von Fehlern im Netz zurückgestreute Licht wird erfaßt und mit dem gesendeten Impuls korreliert, um den Ort des Fehlers zu ermitteln, der das zurückgestreute Signal hervorgerufen hat.
  • Wie in der früheren internationalen Anmeldung WO-91/02959 des Anmelders beschrieben ist, hat die Verwendung einer dedizierten OTDR-Ausrüstung signifikante Nachteile. Genauer erfordert sie die Unterbrechung des Dienstes, der normalerweise auf dem Netz geführt wird, und wird daher normalerweise nur verwendet, nachdem ein Fehler aufgetreten ist, und ist nicht geeignet für die kontinuierliche Überwachung des Netzes. Das beschriebene und in der obenerwähnten Anmeldung beanspruchte System schlägt die Sendung eines geeignet codierten OTDR-Signals als einen Teil jedes Stromabwärtsdatenrahmens vor, der auf das Netz gesendet wird. Im bevorzugten Beispiel ist die Testimpulssequenz ein Barker- oder Golay-Code, der im Kopfabschnitt eines multiplexierten Datenrahmens gesendet wird. Obwohl diese Anordnung es ermöglicht, das Netz kontinuierlich zu überwachen, besteht der Nachteil eines signifikanten Sendeüberhangs, der den dedizierten OTDR-Codes zugeordnet ist, und eines daraus folgenden Verlustes an Bandbreite, die andernfalls für Daten oder für andere Systemsteuerfunktionen verwendet werden könnte.
  • Die frühere europäische Anmeldung EP 0 318-335 des Anmelders beschreibt ein optisches Kommunikationsnetz, bei dem die OTDR- Überwachung erreicht wird unter Verwendung eines Teils eines Synchronisierungsrahmens, in diesem Fall die 140 Bits, die ein MF-Synchronisierungsmuster bilden. Nach Setzen des MF-Synchronisierungsmusters auf eine vorgegebene Bitsequenz und Verwürfeln derselben werden Reflexionen der resultierenden Bitsequenz in einem vom Netz empfangenen Signal gesichtet. Die Verwendung eines Abschnitts eines Synchronisierungsrahmens erlaubt die kontinuierliche OTDR-Überwachung des Netzes ohne Beanspruchung von Bandbreite, die andernfalls zum Befördern von Verkehrsdaten verwendbar ist.
  • In Electronics Letters, Bd. 16, Nr. 16, 31. Juli 1980, beschreiben Okada U. A. eine Korrelation auf der Grundlage einer Lichtleitkabel-Fehlerlokalisierungstechnik, bei der Impulse über eine Lichtleitfaser gesendet werden und irgendwelche empfangenen Reflexionen des gesendeten Signals mit dem gesendeten Signal, das durch eine Verzögerungseinheit verzögert worden ist, korreliert werden.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System geschaffen zum Überwachen eines Telekommunikationsnetzes, wobei das System eine Station umfaßt, die im Betrieb an das Netz angeschlossen werden kann und einen Sender, der im Betrieb ein mit Ausgangsverkehrsdaten moduliertes Signal auf einen Weg des Netzes ausgibt, sowie einen Empfänger, der ein Signal vom Netzweg empfangen kann, umfaßt, wobei das System ferner eine Überwachungsschaltung mit einer Einrichtung zum Kombinieren eines Signals vom Sender mit einem empfangenen Signal vom Netzweg umfaßt, um ein von der Korrelation zwischen den Signalen abhängendes Ausgangssignal zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsschaltung eine Einrichtung zum Erzeugen eines die Ausgangsverkehrsdaten transportierenden Referenzsignals mittels einer variablen Verzögerung enthält und die Kombinationseinrichtung das Referenzsignal mit dem empfangenen Signal kombinieren kann, um ein von der Korrelation zwischen dem Referenzsignal und irgendeiner im empfangenen Signal vorhandenen Modulation abhängendes Ausgangssignal zu erzeugen.
  • Statt ein dediziertes OTDR-Probesignal zu verwenden, wie bei einigen Systemen des Standes der Technik, überwacht das System der vorliegenden Erfindung kontinuierlich die Korrelation zwischen dem Ausgangsignal und dem empfangenen Signal als eine Funktion einer veränderlichen Verzögerung zwischen diesen Signalen. Auf diese Weise wird bei einer Verzögerung, die dem Ort eines Fehlers im Netz entspricht, eine Spitze im Korrelationsausgangssignal erfaßt. Dieser Lösungsansatz kann eine verbesserte Empfindlichkeit bieten im Vergleich zu Systemen des Standes der Technik, wenn die gesendete Gesamtsignalleistung auf Reflexionen hin überwacht wird.
  • Wenn das Netz duplex-fähig ist, ist der Empfänger so beschaffen, daß er ein moduliertes Signal mit dem ankommenden Verkehr empfängt, während dann, wenn das Netz simplex-fähig ist, ein entsprechendes Sender/Empfänger-Paar sowohl für die Abwärtsstrompfade (Senden) als auch die Aufwärtsstrompfade (Empfangen) des Netzes vorhanden ist, wobei jedes Paar eine zugeordnete Überwachungsschaltung besitzt. Der dem Empfangspfad zugeordnete Sender kann ferner so beschaffen sein, daß er abgehenden Verkehr sendet.
  • Das Netz ist vorzugsweise ein optisches Netz, wobei der Sender und der Empfänger so beschaffen sind, daß sie optische Signale senden und empfangen. Das System umfaßt vorzugsweise ferner eine Einrichtung zum progressiven Verändern der Verzögerung.
  • Das System der vorliegenden Erfindung bringt bestimmte Vorteile, wenn es im Zusammenhang mit einem optischen Netz verwendet wird. In einem solchen Netz kommt es häufig vor, daß ein lokaler Fehler in einem Zweig des Netzes andere Teile des Netzes normal funktionieren läßt. Unter Verwendung des Systems der vorliegenden Erfindung ist es dementsprechend möglich, daß das Senden und Empfangen von Daten auf den anderen Abschnitten des Netzes normal fortgesetzt wird, während der lokale Fehler erfaßt wird und geeignete Maßnahmen zum Korrigieren des Fehlers ergriffen werden. Dies steht im Gegensatz zu bestimmten Systemen des Standes der Technik, bei denen es erforderlich ist, den Betrieb des gesamten Netzes zu unterbrechen, um ein dediziertes OTDR anzuschließen.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren geschaffen zum Überwachen eines Telekommunikationsnetzes, bei dem eine mit dem Netz verbundene Station einen Sender, der ein mit Ausgangsverkehrsdaten moduliertes Signal auf einen Weg des Netzes ausgibt, sowie einen Empfänger, der ein Signal vom Netzweg empfängt, umfaßt, wobei das Verfah ren das Kombinieren eines Signals vom Sender mit einem vom Netzweg empfangenen Signal, um ein von der Korrelation zwischen den kombinierten Signalen abhängendes Ausgangssignal zu erzeugen, umfaßt, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch den Schritt des Erzeugens eines die modulierten Verkehrsdaten transportierenden Referenzsignals mittels einer variablen Verzögerung, wobei das Referenzsignal mit dem empfangenen Signal kombiniert wird, um ein von der Korrelation zwischen dem Referenzsignal und irgendeiner auf dem empfangenen Signal vorhandenen Modulation abhängendes Ausgangssignal zu erzeugen.
  • Beispiele des Systems und des Verfahrens gemäß dieser Erfindung werden im folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben, in welchen:
  • Fig. 1 ein Blockschaltbild ist, das schematisch eine Kopfendestation zeigt, die das Überwachungssystem der vorliegenden Erfindung enthält;
  • Fig. 2 die Kopfendestation zeigt, die eine Einrichtung zum Löschen einer Reflexion enthält; und
  • Fig. 3 eine Alternative der Ausführungsform der Fig. 2 zeigt.
  • Eine Kopfendestation 1 für die Verwendung in einem TPON-System (TPON = Telephonie über ein passives optisches Netz) enthält eine Senderstufe 2 und eine Empfängerstufe 3, die mit einem Duplex-Lichtleitfasernetz 4 verbunden sind. Die Kopfendestation ist so beschaffen, daß sie Daten in Mehrfachzugriff-Zeitbereich-Multiplex-Rahmen sendet und empfängt unter Verwendung eines Bittransportsystems (BTS), wie genauer beschrieben ist im US-Patent Nr. 4977593 des Anmelders. Die Senderstufe 2 umfaßt einen Eingang für Verkehrsdaten und einen Datenverwürfler, der den Übertragungsdatenstrom unter Verwendung eines Pseudozufall-Binärsequenz-(PRBS)- Generators verwürfelt. Das Verwürfeln der Daten auf diese Weise stellt sicher, daß der Übertragungsdatenstrom eine lange Autokorrelationslänge aufweist. Ein komplementärer Prozeß wird in der Empfängerstufe mit den Daten ausgeführt, die durch eine Daten-Entwürfler laufen und anschließend zum Verkehrsausgang laufen.
  • Die Kopfendestation 1 enthält einen elektrooptischen Umsetzer S. der mit den optischen Ausgangssignalen am Netz 4 in Reaktion auf Daten verbunden wird, die von der Senderstufe ausgegeben werden, zusammen mit einem optoelektrischen Umsetzer 6, der in komplementärer Weise angeschlossen ist, um ankommende optische Signale, die vom Netz 4 empfangen werden, in ein analoges elektrisches Signal umzusetzen, das in die Empfängerstufe 3 eingegeben wird. Die Senderstufe 2 und der E/O-Umsetzer S bilden gemeinsam den "Sender" der vorliegenden Erfindung. In ähnlicher Weise bilden die Empfängerstufe 3 und der O/E-Umsetzer 6 den "Empfänger" der vorliegenden Erfindung. Die Kopfendestation enthält eine Überwachungsschaltung 7, die, wie im folgenden beschrieben wird, kontinuierlich die Rückgaben vom Netz überwacht, wenn Daten gesendet werden. Die Überwachungsschaltung enthält eine programmierbare Verzögerungsleitung und eine Signalmittelungsvorrichtung.
  • Die Überwachungsschaltung 7 arbeitet im elektrischen Analogbereich. Ein erster Eingang der Überwachungsschaltung 7 ist im Gleichtakt mit dem elektrooptischen Umsetzer 5 am Ausgang der Senderstufe 2 angeschlossen. Der zweite Eingang der Überwachungsschaltung 7 ist im Gleichtakt mit dem Eingang an der Empfängerstufe 3 angeschlossen, um das elektrische Ausgangssignal vom optoelektrischen Umsetzer 6 zu empfangen. Der erste Eingang der Überwachungsschaltung 7 wird über die programmierbare Verzögerungsleitung gespeist und anschließend mit dem zweiten Eingang an einem Exklusiv-ODER-Gatter kombiniert. Der zweite Eingang durchläuft einen Verstärker 8, bevor er mit dem ersten Eingang kombiniert wird. Das resultierende Signal enthält eine Gleichspannungskomponente, die proportional ist zum Grad der Korrelation zwischen dem ankommenden Signal, das irgendein von der Faser zurückgestreutes Signal und dergleichen enthält, und dem ursprünglich gesendeten Signal. Die von der Verzögerungsleitung bewirkte Verzögerung wird progressiv abgetastet, wobei irgendwelche Spitzen in der Korrelation als Funktion der Verzögerung identifiziert werden. Solche Spitzen zeigen eine hohe Wahrscheinlichkeit einer signifikanten Reflexion an einer Faserstrecke, die der fraglichen Verzögerung entspricht.
  • Der Ausgang der Überwachungsschaltung wird einem Steuerprozessor 9 zugeführt. Der Steuerprozessor 9 liefert ferner den Steuereingang, der die von der programmierbaren Verzögerungsleitung bewirkte Verzögerung bestimmt. Der Steuerprozessor 9 kann so beschaffen sein, daß er eine Referenzabtastung des Netzes speichert, die zum Kommissionierungszeitpunkt vorgenommen wurde. Anschließende Abtastungen werden dann mit der Referenzabtastung verglichen. Irgendwelche signifikanten Abweichungen in der Referenzabtastung liefern anschließend eine klare Anzeige für bestehende oder beginnende Fehler. Wenn ein Fehler erfaßt wird, kann der Steuerprozessor 9 ein geeignetes Alarmsignal an das Wartungs- und Diagnosesystem des Netzes ausgeben. Der Prozessor 9 kann ferner den Ausgang der Überwachungsschaltung auf einer geeigneten Anzeigevorrichtung wie z. B. einem CRO anzeigen.
  • Wenn ein Fehler im Netz so beschaffen ist, daß er eine Unterbrechung des Sendens von Daten verursacht, kann das System der vorliegenden Erfindung immer noch verwendet werden, um den Fehler zu lokalisieren und zu diagnostizieren. In diesem Fall wird ein konstanter Eingang an dem Datenverwürfler 2 anstelle des Verkehrseingangs angelegt. Dieser konstante Eingang wird anschließend gemäß der Pseudozufalls-Binärsequenz moduliert und auf das Netz ausgegeben. Die Rückgabe vom Netz wird anschließend wie oben beschrieben analysiert.
  • Wo in der obenbeschriebenen Ausführungsform die Korrelation der Signale im elektrischen Bereich durchgeführt wird, sind andere Anordnungen möglich, in denen z. B. die Signale optisch gemischt werden, um das erforderliche Korrelationssignal zu erhalten. Obwohl die vorliegende Erfindung spezielle Vorteile bietet, wenn sie im Zusammenhang mit einem optischen Netz verwendet wird, ist sie auch z. B. auf ein elektrisches Koaxialkommunikationsnetz anwendbar.
  • In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform sind Löscheinrichtungen vorgesehen, die vom Prozessor 9 und einem Subtrahierer 10 gebildet werden, wobei der Prozessor 9 dazu dient, nach der Erfassung einer Reflexion den Subtrahierer 10 zu steuern, um den Ausgang der Verzögerungsleitung, der geeignet skaliert und in analoger Form vorliegt, mit dem Ausgang des optoelektrischen Umsetzers 6 subtrahierend zu kombinieren, um die Reflexion der Datenaussendung vor der Verarbeitung durch den Datenentwürfler auszulöschen. In einer alternativen Ausführungsform, wie in Fig. 3 gezeigt, wird die Auslöscheinrichtung gebildet von einem Filter 11 mit endlicher Impulsantwort, in das der Ausgang der Sendestufe 2 eingegeben wird, dem Prozessor 9, der die Koeffizienten des Filters 11 ermittelt und einrichtet, einem Digital-Analog- Umsetzer 12, der den Ausgang des Filters umsetzt, und einem Subtrahierer 13 zum Kombinieren des Ausgangs des Umsetzers 12 mit dem Ausgang des Umsetzers 6. Diese letztere Implementierung ist eine effektive Kombination des verzögerten Signals mit dem empfangenen Signal. Wenn der Prozessor 9 eine ausreichende Verarbeitungsleistung aufweist, kann die Auslöschung mehrerer Reflexionen gleichzeitig durchgeführt werden.
  • Die Verzögerungsleitung der Überwachungsschaltung 7 kann ein Filter mit endlicher Impulsantwort sein, das durch geeignete Koeffizienten gesteuert wird, die vom Prozessor 9 erzeugt werden, und so beschaffen ist, daß es einen geeigneten Ausgang zum Ansteuern des Umsetzers 12 liefert, wobei das Filter 11 weggelassen werden kann.
  • Dieser Aspekt der Reflexionsauslöschung ist hauptsächlich von Bedeutung, wenn das Lichtleitfasernetz eine Duplex-Anordnung ist, wie in den Zeichnungen gezeigt, kann jedoch in einer Simplex-Anordnung nützlich sein, um Reflexionen des gesendeten Signal auszulöschen, wenn die reflektierte Amplitude nicht unbedeutend ist.
  • In einer solchen Simplex-Anordnung sind separate Simplex-Lichtleitfasernetze für die Abwärtsstrom- und Aufwärtsstromsendungen vorgesehen. In diesem Fall wird ein separater optischer Sender mit dem Empfangsanschluß der Kopfendestation verbunden und wird vorzugsweise mittels des elektrischen Ausgangs des Abwärtsstromsenders angesteuert, der gedämpft sein kann. In ähnlicher Weise wird der separate optische Empfänger mit dem Sendeanschluß verbunden, wobei vorzugsweise separate Reflexionserfassungsschaltungen für die zwei Netze vorgesehen sind. Mit anderen Worten, beim Sendeabschnitt der Kopfendestation ist eine Schaltung vorhanden, wie in Fig. 1 gezeigt, mit Ausnahme einer Empfängerstufe 3, wobei in ähnlicher Weise am Empfangsabschnitt die entsprechende Schaltung die Sendestufe 2 wegläßt, wobei der elektrooptische Umsetzer (Sender), wie oben erwähnt, durch den Ausgang von der Senderstufe im Senderabschnitt der Kopfendestation angesteuert wird.
  • tion angesteuert wird.

Claims (14)

1. System zum Überwachen eines Telekommunikationsnetzes, wobei das System eine Station (1) umfaßt, die im Betrieb an das Netz angeschlossen werden kann und einen Sender, der im Betrieb ein mit Ausgangsverkehrsdaten moduliertes Signal auf einen Weg des Netzes ausgibt, sowie einen Empfänger, der ein Signal vom Netzweg empfangen kann, umfaßt, wobei das System ferner eine Überwachungsschaltung (7) mit einer Einrichtung zum Kombinieren eines Signals vom Sender mit einem empfangenen Signal vom Netzweg umfaßt, um ein von der Korrelation zwischen den Signalen abhängendes Ausgangssignal zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsschaltung (7) eine Einrichtung zum Erzeugen eines die Ausgangsverkehrsdaten transportierenden Referenzsignals mittels einer variablen Verzögerung enthält und die Kombinationseinrichtung das Referenzsignal mit dem empfangenen Signal kombinieren kann, um ein von der Korrelation zwischen dem Referenzsignal und irgendeiner im empfangenen Signal vorhandenen Modulation abhängendes Ausgangssignal zu erzeugen.
2. System nach Anspruch 1, in dem das Netz ein optisches Netz ist und der Sender und der Empfänger so beschaffen sind, daß sie optische Signale senden bzw. empfangen.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, in dem die Überwachungsschaltung ferner eine Einrichtung zum progressiven Ändern der für die Erzeugung des Referenzsignals verwendeten Verzögerung enthält.
4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem die Überwachungsschaltung einen ersten Eingang, der so angeschlossen ist, daß er ein elektrisches Signal vom Sender empfängt, einen zweiten Eingang, der so angeschlossen ist, daß er ein in den Empfänger eingegebenes elektrisches Signal empfängt, und eine programmierbare Verzögerungsleitung, die an den ersten Eingang angeschlossen ist, umfaßt und die Einrichtung zum Kombinieren Eingänge besitzt, die an den Ausgang der programmierbaren Verzögerungsleitung und an den zweiten Eingang der Überwachungsschaltung angeschlossen sind.
5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Überwachen eines Netzes mit einem einzigen Duplexweg (4) zur Station, wobei der Empfänger so beschaffen ist, daß er ein mit ankommenden Verkehrsdaten moduliertes Signal empfängt.
6. System nach Anspruch 5, wobei die Kombinationseinrichtung eine zugeordnete Aufhebungseinrichtung besitzt, die als Antwort auf eine Korrelationsspitze von der Kombinationseinrichtung das Referenzsignal mit dem empfangenen Signal subtraktiv kombiniert, um so eine Reflexion des auf den Netzweg ausgegebenen Signals aufzuheben.
7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Überwachen eines Netzes mit getrennten Simplex-Sende- und Empfangswegen, wobei der Netzweg der Simplex-Sendeweg ist, wobei das System einen weiteren Sender zum Ausgeben eines Signals auf den Empfangsweg, einen weiteren Empfänger zum Empfangen eines mit ankommendem Verkehr modulierten Signals von dem Empfangsweg und eine weitere Überwachungsschaltung, die dem Empfangsweg zugeordnet ist, umfaßt.
8. System nach Anspruch 7, wobei der weitere Sender so beschaffen ist, daß er ein mit den Ausgangsverkehrdaten moduliertes Signal ausgibt.
9. Verfahren zum Überwachen eines Telekommunikationsnetzes, bei dem eine mit dem Netz verbundene Station (1) einen Sender, der ein mit Ausgangsverkehrsdaten moduliertes Signal auf einen Weg des Netzes ausgibt, sowie einen Empfänger, der ein Signal vom Netzweg empfängt, umfaßt, wobei das Verfahren das Kombinieren eines Signals vom Sender mit einem vom Netzweg empfangenen Signal, um ein von der Korrelation zwischen den kombinierten Signalen abhängendes Ausgangssignal zu erzeugen, umfaßt, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch den Schritt des Erzeugens eines die modulierten Verkehrsdaten transportierenden Referenzsignals mittels einer variablen Verzögerung, wobei das Referenzsignal mit dem empfangenen Signal kombiniert wird, um ein von der Korrelation zwischen dem Referenzsignal und irgendeiner auf dem empfangenen Signal vorhandenen Modulation abhängendes Ausgangssignal zu erzeugen.
10. Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend das progressive Ändern der für die Erzeugung des Referenzsignals verwendeten Verzögerung.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, umfassend das Anlegen eines vom Sender ausgegebenen elektrischen Signals an einen ersten Eingang der Überwachungsschaltung, das Liefern des in den Empfänger eingegebenen elektrischen Signals an einen zweiten Eingang der Überwachungsschaltung, das Leiten des Signals vom ersten Eingang der Überwachungsschaltung durch eine programmierbare Verzögerungsleitung und das Kombinieren des Ausgangssignals der programmierbaren Verzögerungsleitung mit dem Signal vom zweiten Eingang der Überwachungsschaltung.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 zum Überwachen eines Netzes mit einem einzigen Duplexweg (4) zur Station (1), ferner umfassend das Modulieren des vom Netzweg (4) empfangenen Signals mit Eingangsverkehrsdaten.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 zum Überwachen eines Netzes mit getrennten Simplex-Sende- und Empfangswegen zur Station (1), wobei der Weg des Netzes der Simplex-Sendeweg ist, wobei das Verfahren umfaßt: Senden eines Signals auf dem Empfangsweg des Netzes mit einem weiteren Sender, Empfangen eines mit ankommendem Verkehr modulierten Signals vom Empfangsweg mit einem weiteren Empfänger, Erzeugen eines Referenzsignals mittels einer variablen Verzögerung in einem Signal vom weiteren Sender und Kombinieren des Referenzsignals mit einem vom Empfangsweg empfangenen Signal, um ein von der Korrelation des Referenzsignals mit dem vom Empfangsweg empfangenen Signal abhängendes Ausgangssignal zu erzeugen.
14. Verfahren nach Anspruch 13, umfassend das subtraktive Kombinieren des Referenzsignals mit dem vom Netz empfangenen Signal als Antwort auf eine Korrelationsspitze, um so eine Reflexion des in das Netz gesendeten Signals im empfangenen Signal aufzuheben.
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