DE19531761C1 - Synchrones Zeitmultiplex-Telekommunikationssystem für unterschiedliche Bitraten - Google Patents

Description

In der (synchronen) Zeitmultiplextechnik geht die Übermittlung (Übertragung und/oder Vermittlung) von Signalen in zeitlich voneinander getrennten Kanälen (Zeitkanälen) vor sich, die jeweils durch (auch time slots, Zeitschlitze, genannte) Zeitfächer von einheitlicher Dauer und fester, sich in jedem Zeitmultiplexrahmen einer Zeitmultiplexrahmenfolge wiederho­ lender Zeitlage gegeben sind.

Im Regelfall ist für jeden Zeitkanal ein Zeitfach je Zeitmul­ tiplexrahmen reserviert, womit dann in jedem Zeitkanal die gleiche Bitrate zur Verfügung steht (Leon W. Couch II: Digital and Analog Communication Systems, Fourth Edition, New York u. a. 1993, S. 206 . . . 223; Dieter Stoll: Einführung in die Nachrichtentechnik, Berlin u. a. 1978, S. 207 . . . 211; Karl Dirk Kammeyer: Nachrichtenübertragung, Stuttgart 1992, S. 216 . . . 218; Taschenbuch der Nachrichtentechnik, 3. Ausg., Berlin 1988, S. 279 . . . 285; US 5 353 145 A; US 5 323 255 A; US 5 103 333 A). Wenn in einem Synchron-Zeitmultiplex-Koppelnetz Ver­ bindungen mit höheren Bitraten durchzuschalten sind, werden in bisher verwendeten elektronischen Koppelnetzen den betreffen­ den Verbindungen jeweils mehrere Zeitfächer je Zeitmultiplex­ rahmen zugeteilt (Mehrkanal-Durchschaltung), womit jeweils eine Bitrate zur Verfügung steht, die gleich einem Vielfachen der Regel-Bitrate eines Zeitkanals ist. Bei einer solchen Re­ alisierung haben hochbitratige Verbindungen allerdings im all­ gemeinen höhere Verlustwahrscheinlichkeiten (IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 9(1991)2, 226 . . . 232).

Die Erfindung zeigt demgegenüber einen anderen Weg zu einem (synchronen) Zeitmultiplex von Zeitkanälen unterschiedlicher Bitraten.

Die Erfindung betrifft ein synchrones Zeitmultiplex-Telekom­ munikationssystem für unterschiedliche Bitraten, mit jeweils durch Zeitfächer systemeinheitlicher Dauer und fester, sich in jedem Zeitmultiplexrahmen einer Zeitmultiplexrahmenfolge wie­ derholender Zeitlage gegebenen Zeitkanälen; dieses Zeitmulti­ plex-Telekommunikationssystem ist erfindungsgemäß dadurch ge­ kennzeichnet, daß jeweils signalquellenseitig in einer der je­ weiligen signalquellenindividuellen, von den Bitraten der an­ deren Signalquellen unabhängigen Quellen-Bitrate entsprechen­ den Anzahl von Bits zu jeweils ein Zeitfach belegenden Bytes nicht systemeinheitlicher Bitanzahl zusammengefaßte optische Kanal-Signale mit entsprechenden optischen Kanal-Signalen anderer Signalquellen im Zeitmultiplex auf einem Multiplex- Lichtwellenleiter zusammengefaßt sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung führt dabei signal­ quellenseitig jeweils ein die zu übertragenden Bits puffernder Speicher zu einem von einer Zeitmultiplexrahmensteuerung jeweils während des zugeordneten Zeitfachs entriegelten, mit einer der jeweiligen signalquellenindividuellen Quellen-Bit­ rate nach Maßgabe des Verhältnisses von Zeitmultiplexrahmen­ dauer zu Zeitfachfolgezeit entsprechenden und von den Kanal- Bitraten der anderen optischen Sender unabhängigen Kanal-Bit­ rate arbeitenden optischen Sender, dessen ausgangsseitiger Lichtwellenleiter mit den ausgangsseitigen Lichtwellenleitern entsprechender anderer optischer Sender mittels eines opti­ schen Kombinierers zum Multiplex-Lichtwellenleiter zusammengefaßt ist.

Mit einer solchen Zeitmultiplexbildung, derzufolge die elek­ trischen Signale zunächst in einer der jeweiligen signalquel­ lenindividuellen Bitrate entsprechenden Anzahl von Bits zu jeweils ein Zeitfach einheitlicher Zeitfachdauer belegenden Bytes uneinheitlicher Bitanzahl zusammengefaßt und dann in optische Signale umgesetzt werden und erst diese optischen Signale dann im Zeitmultiplex zusammengefaßt werden, bringt die Erfindung den Vorteil mit sich, Signale auch unterschied­ licher Bitraten im synchronen Zeitmultiplex übertragen und vermitteln zu können, ohne daß dazu im Zeitmultiplexrahmen auch unterschiedlich viele Zeitfächer belegt werden müssen; die Verlustwahrscheinlichkeit ist daher von der Höhe der Bitrate unabhängig.

Weitere Besonderheiten der Erfindung werden aus der nachfol­ genden näheren Erläuterung der Erfindung anhand der Zeichnun­ gen ersichtlich. Dabei verdeutlicht

Fig. 1 die Rahmenstruktur eines Zeitmultiplex-Telekommunika­ tionssystem gemäß der Erfindung, und

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Bildung einer solchen Rahmenstruktur.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild eines optischen Zeitmultiplex- Koppelnetzes in R-Z-Struktur,

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines optischen Zeitmultiplex- Koppelnetzes in Z-R-Struktur, und

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild eines optischen Koppelnetzes für Wellenlängenmultiplex und Zeitmultiplex in R-Z- Struktur.

Die Zeichnung Fig. 1 verdeutlicht die Rahmenstruktur eines Zeitmultiplex-Telekommunikationssystem gemäß der Erfindung. Gemäß Fig. 1 umfaßt ein Zeitmultiplexrahmen ZMR eine Reihe von (sich von Zeitmultiplexrahmen zu Zeitmultiplexrahmen zy­ klisch wiederholenden) Zeitfächern ZF1, . . . , ZFn einheitli­ cher Dauer, wobei jeweils zwei aufeinanderfolgende Zeitfächer durch eine Schutzzeitspanne SZ voneinander getrennt sein mö­ gen; eine solche Schutzzeit wirkt einem Informationsverlust bei einem Vermitteln aufeinanderfolgender Zeitfächer entge­ gen. Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich ist, kann im Zeitmulti­ plexrahmen am Anfang ein Rahmen-Overhead ROH vorgesehen sein, der zu Synchronisationszwecken genutzt werden kann. Die Größe der ein Zeitfach belegenden Bytes, d. h. die Anzahl der innerhalb eines Zeitfachs übertragenen Bits, kann von Zeitkanal zu Zeitkanal unterschiedlich sein; sie ist von der Bitrate der jeweiligen Signalquelle abhängig. Die Zeitfächer eines Zeitkanals können also beispielweise von einer Signalquelle mit einer Bitrate von a bit/s gefüllt werden und die Zeitfä­ cher eines anderen Zeitkanals von einer Signalquelle mit ei­ ner davon unterschiedlichen Bitrate von b bit/s. In Fig. 1 wird dies durch in den Zeitfächern ZF1, ZF2, ZFn skizzierte Bytes von der einheitlichen Zeitfachdauer entsprechender ein­ heitlicher Dauer verdeutlicht, die aus unterschiedlich langen und damit auch unterschiedlich vielen 0- und 1-Bits gebildet sind. Die Zeitfächer sind transparent bezüglich des Transfer­ modes.

In Fig. 2 ist schematisch in einem zum Verständnis der Erfin­ dung erforderlichen Umfang ein Ausführungsbeispiel für die signalquellenseitige Realisierung eines Zeitmultiplex-Tele­ kommunikationssystems gemäß der Erfindung skizziert. Gemäß Fig. 2 ist signalquellenseitig zur Multiplexbildung jeweils ein von einer Zeitmultiplexrahmensteuerung RS her im Takt der Zeitmultiplexrahmen jeweils während des der betreffenden Sig­ nalquelle zugeordneten Zeitfachs (ZF1, . . . in Fig. 1) entrie­ gelter elektrooptischer Sender M1, . . . vorgesehen, dessen ausgangsseitiger Lichtwellenleiter L1, . . . mit den ausgangs­ seitigen Lichtwellenleitern . . . , Ln entsprechender anderer elektrooptischer Sender . . . , Mn mittels eines optischen Kom­ binierers C zu einem Multiplex-Lichtwellenleiter ML zusammengefaßt ist. Jeder elektrooptische Wandler M arbeitet mit ei­ ner Kanal-Bitrate, die der jeweiligen Quellen-Bitrate nach Maßgabe des Verhältnisses von Zeitmultiplexrahmendauer T (in Fig. 1) zu Zeitfachfolgezeit t (in Fig. 1) entspricht. Dabei möge, wie dies auch in Fig. 2 angedeutet ist, den optischen Sendern M1, . . . , Mn jeweils ein die zu übertragenden Bits zu­ nächst puffernder FIFO-Speicher SP1, . . . , SPn vorgeschaltet sein, in den die zu übertragenden Bits kontinuierlich mit der jeweiligen Quellen-Bitrate eingeschrieben werden können, um danach jeweils während des der betreffenden Signalquelle zu­ geordneten Zeitfachs mit der jeweiligen, um den Faktor T/t höheren Kanal-Bitrate ausgelesen und dem elektrooptischen Sender zugeführt zu werden.

Die Rahmensteuerung RS sendet zu Beginn jedes Zeitmultiplex­ rahmens (ZMR in Fig. 1) den Rahmen-Overhead (ROH in Fig. 1) aus; danach entriegelt sie einen der elektrooptischen Sender M1, . . . , Mn nach dem anderen jeweils während eines Zeitfaches (ZF1, . . . , ZFn in Fig. 1).

Der während des Zeitfachs ZF1 entriegelte elektrooptische Sender M1 liest den ihm vorgeschalteten Pufferspeicher SP1 mit einer der betreffenden Quellen-Bitrate von beispielsweise a bit/s entsprechenden Kanal-Bitrate von a·T/t bit/s aus und setzt die elektrischen Signalbits in optische Signalbits um, die in den ausgangsseitigen Lichtwellenleiter L1 eingespeist werden.

An das erste Zeitfach schließt sich nach einer Schutzzeit­ spanne (SZ in Fig. 1) das nächste Zeitfach ZF2 an, in dessen Verlauf der nächste elektrooptische Sender von der Rahmen­ steuerung RS her entriegelt ist und den ihm vorgeschalteten Pufferspeicher mit einer der betreffenden Quellen-Bitrate von beispielsweise b bit/s entsprechenden Kanal-Bitrate von b·T/t bit/s ausliest und in optische Signalbits umsetzt, die in den ausgangsseitigen Lichtwellenleiter L2 eingespeist wer­ den.

Dies setzt sich in entsprechender Weise fort, bis schließlich im Verlauf des letzten Zeitfachs ZFn der letzte elektrooptische Sender Mn von der Rahmensteuerung RS her entriegelt ist und den ihm vorgeschalteten Pufferspeicher SPn mit einer der betreffenden Quellen-Bitrate von beispielsweise z bit/s ent­ sprechenden Kanal-Bitrate von z·T/t bit/s ausliest und in op­ tische Signalbits umsetzt, die in den ausgangsseitigen Licht­ wellenleiter Ln eingespeist werden.

Die geschilderten Vorgänge wiederholen im Zyklus der Zeitmul­ tiplexrahmen.

Die auf den im optischen Kombinierer C zusammenlaufenden Lichtwellenleitern L1, . . . , Ln auftretenden, zeitlich gegen­ einander versetzten optischen Kanal-Signalbytes werden durch den optischen Kombinierer C im Zeitmultiplex zusammengefaßt; man erhält dann auf dem Multiplex-Lichtwellenleiter ML ein optisches Zeitmultiplexsignal mit der in Fig. 1 skizzierten Rahmenstruktur.

Empfangsseitig kann das optische Zeitmultiplexsignal mit Hil­ fe von einem optischen Splitter nachgeschalteten, zeitfach­ richtig entriegelten optoelektrischen Wandlern (Empfängern) und nachfolgenden Pufferspeichern in einer zu den im vorste­ henden geschilderten Vorgängen spiegelbildlichen Weise wieder in die ursprünglichen elektrischen Einzelsignale aufgelöst werden, ohne daß dies hier noch weiter ins einzelne gehend erläutert werden muß. Dabei muß der Multiplex-Lichtwellenlei­ ter ML (in Fig. 2) nicht direkt zu dem empfangsseitigen opti­ schen Splitter führen; es ist vielmehr auch möglich, daß ein optisches Zeitmultiplex-Koppelnetz dazwischenliegt, an das eine Mehrzahl von Multiplex-Lichtwellenleitern angeschlossen ist.

In Fig. 3 ist ein Blockschaltbild eines optischen Zeitmulti­ plex-Koppelnetzes für beispielsweise m Eingangs-Lichtwellen­ leiter ML1, . . . , MLm bzw. Ausgangs-Lichtwellenleiter 1LM, mLM dargestellt, auf denen jeweils n Zeitkanäle im Zeit­ multiplex zusammengefaßt sein mögen; das von einer elektro­ nische Steuereinrichtung S her beim jeweiligen Verbindungs­ aufbau entsprechend einstellbare Koppelnetz weist dabei eine Raum-Zeit-Struktur auf: In ihm folgt auf eine Raumkoppelstufe mit einer Raumkoppelanordnung RK eine Zeitkoppelstufe mit Zeitkoppeleinrichtungen Z. In diesem Koppelnetz können die Zeitfächer eines Zeitkanals von einer niederbitratigen oder hochbitratigen Verbindung belegt sein, ohne daß es einer Mehrkanal-Durchschaltung bedarf.

Eine am Koppelnetzeingang liegende Synchronisationseinrich­ tung SYN erkennt an Hand der Rahmen-Overheads (ROH in Fig. 1) den jeweiligen Rahmenanfang des auf dem zugehörigen Eingangs- Lichtwellenleiter ML1, . . . , MLm ankommenden optischen Zeit­ multiplexsignals und synchronisiert die Zeitmultiplexrahmen der einzelnen Eingangs-Lichtwellenleiter auf einen entspre­ chenden Koppelnetz-Zeitmultiplexrahmen. Die Raumkoppelanord­ nung RK vermittelt die an den Eingängen in ihren jeweiligen Zeitfächern auftretenden Bytes zu dem jeweils in Frage kom­ menden Ausgang hin. In der nachfolgenden Zeitstufe (Z) geht erforderlichenfalls ein Zeitlagenwechsel vor sich, d. h. die in den Zeitfächern eines Eingangs-Zeitkanals ankommenden By­ tes werden in die Zeitfächer des Ausgangs-Zeitkanals umge­ setzt. Hierzu ist im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 je Aus­ gangslichtwellenleiter eine Zeitkoppeleinrichtungen Z mit n Verzögerungseinheiten der Verzögerungszeiten 0·t bis (n-1)·t vorgesehen; die zeitliche Relation zwischen Eingangs-Zeitka­ nal und Ausgangs-Zeitkanal bestimmt die jeweils erforderliche Verzögerungszeit. Diese wird beim Verbindungsaufbau bestimmt und bleibt für die Dauer der Verbindung unverändert. Schließ­ lich fügt eine am Koppelnetzausgang liegende Rahmenbildungs­ einrichtung RB einen neuen Rahmen-Overhead (ROH in Fig. 1) ein und speist das neue Zeitmultiplexsignal in den zugehörigen Ausgangs-Lichtwellenleiter (1LM, . . . , mLM) ein.

In Fig. 4 ist ein Blockschaltbild eines optischen Zeitmulti­ plex-Koppelnetzes in Zeit-Raum-Struktur, d. h. Raumkoppelnetz RK und Zeitstufe (Z) sind im Vergleich mit Fig. 3 vertauscht. Die durchzuschaltenden Kanal-Signalbytes werden jetzt der Raumkoppelanordnung RK bereits in der gewünschten Ausgangs- Reihenfolge zugeführt.

Das im vorstehenden beschriebene Zeitmultiplex-Telekommunika­ tionssystem gemäß der Erfindung kann in deren Weiterbildung auch mit einem Wellenlängenmultiplex [WDM] verbunden sein, indem auf einem Multiplex-Lichtwellenleiter ML eine Mehrzahl von Zeitmultiplexsystemen im Wellenlängenmultiples [WDM] zusammengefaßt ist.

Ein Ausführungsbeispiel einer im übrigen auf dem Ausführungs­ beispiel gemäß Fig. 4 basierenden entsprechend kombinierten WDM-ZM-Koppelanordnung ist in Fig. 5 skizziert. Gemäß Fig. 5 sind die Koppelanordnungseingänge jeweils über eine Synchro­ nisiereinrichtung SYN mit den Ausgängen von Wellenlängen­ demultiplexern DEMUX verbunden, die die eingangsseitigen Mul­ tiplex-Lichtwellenleiter ML1, . . . , MLn abschließen, und die Koppelanordnungsausgänge sind jeweils über eine Rahmenbil­ dungseinrichtung RB und einen Wellenlängenkonverter WK mit den Eingängen von Wellenlängenmultiplexern MUX verbunden, die zu den ausgangsseitigen Multiplex-Lichtwellenleitern 1LM, . . . , nLM führen. Wellenlängendemultiplexer, Wellenlängenmultiple­ xer und Wellenlängenkonverter sind in bekannten optischen WDM-Koppelanordnungen (Proc. ISS′95 Berlin, paper C7.1) ge­ läufig, so daß hier insoweit eine kurze Erläuterung genügt:

Die WDM-Demultiplexer DEMUX splitten das jeweilige Eingangs­ signal in die einzelnen Wellenlängen λ1, . . . , λk auf. Die Synchronisationseinrichtungen SYN, die Koppelanordnung in ihrer zeitlichen und die räumlichen Durchschaltefunktion der sowie die Rahmenbildungseinrichtungen RB wurden bereits im Zusammenhang mit Fig. 3 und Fig. 4 erläutert; allerdings können jetzt am Ausgang einer Rahmenbildungseinrichtung RB in jedem Zeitfach eines Zeitmultiplexrahmens Licht einer anderen Wel­ lenlänge auftreten. Die ausgangsseitigen Wellenlängenkonver­ ter WK setzen dann die von den Rahmenbildungseinrichtungen RB her zu ihnen gelangenden Kanal-Signale jeweils auf eine ein­ heitliche Ausgangswellenlänge um.

Claims (10)

1. Synchrones Zeitmultiplex-Telekommunikationssystem für un­ terschiedliche Bitraten, mit jeweils durch Zeitfächer system­ einheitlicher Dauer und fester, sich in jedem Zeitmultiplex­ rahmen einer Zeitmultiplexrahmenfolge wiederholender Zeitlage gegebenen Zeitkanälen, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils signalquellenseitig in einer der jeweiligen signalquellenindividuellen, von den Bitraten der anderen Signalquellen unabhängigen Quellen-Bitrate entsprechenden Anzahl von Bits zu jeweils ein Zeitfach (ZF1, . . . , ZFn) belegenden Bytes nicht systemeinheitlicher Bitanzahl zusammengefaßte optische Kanal-Signale mit entsprechenden optischen Kanal-Signalen anderer Signalquellen im Zeitmul­ tiplex auf einem Multiplex-Lichtwellenleiter (ML) zusammengefaßt sind.

2. Zeitmultiplex-Telekommunikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß signalquellenseitig jeweils ein die zu übertragenden Bits puffernder Speicher (SP1, . . . , SPn) zu einem von einer Zeit­ multiplexrahmensteuerung (RS) jeweils während des zugeordne­ ten Zeitfachs (ZF1, . . . , ZFn) entriegelten, mit einer der je­ weiligen signalquellenindividuellen Quellen-Bitrate nach Maß­ gabe des Verhältnisses von Zeitmultiplexrahmendauer (T) zu Zeitfachfolgezeit (t) entsprechenden und von den Kanal-Bitra­ ten der anderen optischen Sender ( . . . , Mn) unabhängigen Ka­ nal-Bitrate arbeitenden optischen Sender (M1, . . . ) führt, dessen ausgangsseitiger Lichtwellenleiter (L1, . . . ) mit den ausgangsseitigen Lichtwellenleitern ( . . . , Ln) entsprechender anderer optischer Sender ( . . . , Mn) mittels eines optischen Kombinierers (C) zum Multiplex-Lichtwellenleiter (ML) zusammengefaßt ist.

3. Zeitmultiplex-Telekommunikationssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Sender (M1 . . . , Mn) von der Zeitmultiplex­ rahmensteuerung (RS) zyklisch jeweils für die Dauer eines Zeitfachs (ZF1, . . . , Zn) entriegelt werden.

4. Zeitmultiplex-Telekommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitfächer (ZF1, . . . , Zn) einheitlicher Dauer durch Schutzzeiten (SZ) voneinander getrennt sind.

5. Zeitmultiplex-Telekommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitmultiplexrahmen (ZMR) am Anfang mit einem Rahmen- Overhead (ROH) versehen sind.

6. Zeitmultiplex-Telekommunikationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Multiplex-Lichtwellenleitern (ML1, MLm) an ein optisches Zeitmultiplex-Koppelnetz (RK, Z) ange­ schlossen ist.

7. Zeitmultiplex-Telekommunikationssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Zeitmultiplex-Koppelnetz (RK, Z) eine Raum- Zeit-Struktur aufweist.

8. Zeitmultiplex-Telekommunikationssystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Zeitmultiplex-Koppelnetz (RK, Z) eine Zeit- Raum-Struktur aufweist.

9. Zeitmultiplex-Telekommunikationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Multiplex-Lichtwellenleiter (ML) eine Mehrzahl von Zeitmultiplexsystemen im Wellenlängenmultiplex [WDM] zusammengefaßt ist.

10. Zeitmultiplex-Telekommunikationssystem nach Anspruch 9 in Verbindung mit einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelanordnungseingänge jeweils über eine Synchroni­ siereinrichtung (SYN) mit den Ausgängen von die eingangssei­ tigen Multiplex-Lichtwellenleiter (ML1, . . . , MLn) abschließenden Wellenlängendemultiplexern (DEMUX) und die Koppelan­ ordnungsausgänge jeweils über eine Rahmenbildungseinrichtung (RB) und einen Wellenlängenkonverter (WK) mit den Eingängen von zu den ausgangsseitigen Multiplex-Lichtwellenleitern (1LM, . . . , nLM) führenden Wellenlängenmultiplexern (MUX) ver­ bunden sind.