WO2005081572A2 - Cross-connector für optische signale in zeitmultiplex-technik - Google Patents

Cross-connector für optische signale in zeitmultiplex-technik Download PDF

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WO2005081572A2
WO2005081572A2 PCT/EP2005/050824 EP2005050824W WO2005081572A2 WO 2005081572 A2 WO2005081572 A2 WO 2005081572A2 EP 2005050824 W EP2005050824 W EP 2005050824W WO 2005081572 A2 WO2005081572 A2 WO 2005081572A2
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channels
division multiplex
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Harald Rohde
Wolfgang Schairer
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    • H04Q2011/0045—Synchronisation

Definitions

  • the invention relates to a cross connector for optical signals according to the preamble of patent claim 1.
  • OTDM optical time division multiplex
  • G 160 GBit / s
  • F G / M
  • each network it is necessary to realize cross-connectors to the circuit of 'time-division multiplex signals or their channels.
  • M 16 demultiplexers
  • the object of the invention is to provide a cross connector for optical signals, which enables simple, purely optical switching of data in channels from time-division multiplexed signals.
  • N optical signals which has N inputs and P outputs (N> 1, P> 1), the N optical signals being provided as time-division multiplex signals having multiple channels, is according to the invention
  • Switching channels from z. B. two of the time-division multiplex signals an optical time-division multiplex signal are each fed to an optical switch with a downstream optical combiner. A first number of channels branched off from the first optical signal are routed to the second optical combiner at the first optical switch. A second number of channels branched off from the second optical signal is likewise led to the first optical combiner at the second optical switch.
  • Such a circuit is controlled by means of optical control signals which are fed to the optical switches.
  • a major advantage of the cross connector according to the invention is that no demultiplexing in the sense of a distribution of the original time-division multiplex signal into several rows of low-bit-rate signals to be switched is required, since the switching is channel-specific. This aspect means a significant reduction in costs and an extremely high switching speed of any channels. A further corresponding complex multiplexing of the switched channels is also no longer required.
  • the circuit of the cross connector according to the invention is advantageously controlled by means of high bit rate control signals with modulated pulse sequences. The generation of this
  • Such a device for generating control signals of any high bit rate can be produced inexpensively as an integrated optical component or be based on fibers of corresponding length.
  • a device can be provided with which the pulse sequences can be varied or parts of the sequences can be switched off.
  • the control signals are maximally the bit rate of the time-division multiplex signals, e.g. B. at 160 Gbit / s, so
  • Channel-specific logical operations are triggered without interrupting the data streams of the N time-division multiplex signals arriving at the cross connector.
  • GT-UNI Gain transparent - ultraspeed nonlinear interferometers
  • FWM four-wave mixing
  • XPM cross phase modulation
  • Clock and phase synchronization means are also required for the cross-connector, but are not described for the present invention for reasons of clarity. Due to the further rapid development of electronic high-frequency technology, it is conceivable that in a few years also electronically based switches . can be used for these cross connectors. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.
  • the use of a single control signal for controlling a plurality of optical switches is particularly advantageous if the same number and sequence of time-multiplexed channels is to be switched.
  • Fig. 1 a first cross-connector for two incoming time-division multiplex signals with different numbers of time-division multiplexed signals
  • Fig. 2 a second cross-connector for two incoming time-division multiplexed signals for direct crossover of the same time-division multiplexed channels
  • Fig. 3 schematic representation of the first cross-connector with a device for time synchronization of the time-division multiplex signals.
  • FIG. 4 schematic representation of a cross-connector with 4 inputs and 5 outputs.
  • FIG. 5 schematic representation of a device for generating any pulse sequences of control signals
  • Fig. 1 an embodiment is given to clarify the subject matter of the invention, in which a cross-connector and its essential features for two incoming time-division signals S1, S2 and two outgoing time-division signals SSI, SS2 is shown.
  • the optical time-division multiplex signals S1, S2 have different numbers H, K of time-division multiplexed channels.
  • the time-division multiplex signal S1, S2 is supplied to an input of an optical switch OS1, 0S2 with a downstream optical combiner OKI, 0K2.
  • the circuit is connected to the optical switch OS1, OS2 - ie branching or passage - any channels.
  • a first number J of channels AS1 branched off from the first optical signal S1 is routed to the second optical combiner OK2.
  • a second number L of channels AS2 branched off from the second optical signal S1 are routed to the first optical combiner OKI.
  • the optical switches OS1, 0S2 are supplied with two control signals (KSl, KS2), the pulse sequence of which is designed such that any desired channels to be branched - e.g. B. AS1 or AS2 - one of both time division signals - z. B. Sl or S2 - is selected selectively and one of its optical switch - here OSl or 0S2- not connected downstream optical combiner - ie here OK2 or OKI - is supplied.
  • the optical switches OS1, OS2 used here are purely optically triggered switches which enable fast switching.
  • a GT-UNI is used for switching.
  • the branching of an input data signal is implemented here by means of an optical control pulse in a gain-transparent semiconductor amplifier (English: Semiconductor Optical amplifier, abbreviated SOA) after the input data signal has previously been divided into two orthogonally polarized pulses.
  • SOA Semiconductor Optical amplifier
  • optical combiners OKI, 0K2 used here have a detection unit for determining the occupancy of incoming time-multiplexed channels and means for mutual
  • a time delay element T is connected upstream of the first optical switch OS1, so that an optional relative time or Phase delay between the two incoming time-division multiplex signals S1, S2 in the event of an undesired shift, for example by means of a phase detector and regulator PDR, is checked and set correctly.
  • a control unit CR determines the set time delay of the time-division multiplex signals S1, S2 and also synchronizes the phase of the high-bit-rate control signals KS1, KS2.
  • a “one" pulse of the pulse sequence means, for example, “branching off” at one of the optical switches OS1, OS2, and a “zero ⁇ pulse” means "passing through”.
  • a pulse source PULS with two data pulse sequence generators PULSTRAIN1, PULSTRAIN2 connected in parallel is used, the output signals of which are the desired control signals KSl, KS2 Devices for generating and controlling the control pulses PULSTRAIN1, PULSTRAIN2 can also be connected to the phase detector PDR for time synchronization.
  • two time-division multiplex signals S1, S2 each have a total number M of time-division multiplexed channels, from which a number H or K of channels are transmitted in the optical switches OS1, OS2, the control signals KS1, KS2 are to be designed such that the first total number H + J and the second
  • Total number K + L of the channels outgoing from the optical switches OS1, OS2 remains less than or equal to the total number of channels of a time-division multiplex signal SSI, SS2 outgoing from the optical combiner OS1, OS2.
  • FIG. 2 the special case according to FIG. 1 is considered in FIG. 2 in that the number and the sequence of the channels to be switched ASl, AS2 are the same.
  • the formation of both control signals KS1, KS2 is simplified in such a way that their pulse sequences are the same. Therefore, only a single data pulse sequence generator PULSTRAINl with two identical output signals KS is required.
  • FIG. 3 shows an expansion of the arrangement according to FIG. 1.
  • the delay element T is used only for the synchronization of the time-division multiplex signals S1 and S2.
  • two further delay elements D1 and D2 by two control devices
  • PULSTRAINl-CON and PULSTRAIN2-CON are controlled, which also generate pulses for the signals to be branched as before, these signals can now be delayed individually and then inserted into any free time slot of the other time-division multiplex signal.
  • FIG. 4 shows a cross connector according to the invention with 4 inputs and 5 outputs.
  • the cross connector can be expanded to any number N of inputs and P of outputs.
  • a time-division multiplex signal is emitted.
  • a total of four time-division multiplex signals will go through a series of four (or Pl with P outputs) optical switches, e.g. B.
  • optical combiners OK (x, y) - here x, y are integers and 0 ⁇ x ⁇ 5, 0 ⁇ y ⁇ 3 - are connected downstream to the optical switches OS (i, j), so that the outputs of the four or (Pl) optical switches OS (1,4), OS (2, 4), OS (3, 5), OS (4,4) three or NI serial optical combiners ⁇ 0K (1,1) , 0K (1,2), 0K (1,3) ⁇ or ⁇ OK (2,1), OK (2, 2), OK (2, 3) ⁇ or ⁇ OK (3,1), OK (3, 2), OK (3, 3) ⁇ or ⁇ 0K (4.1), OK (4.2), OK (4.3) ⁇ follow.
  • Another row of three or Nl series-connected optical combiners ⁇ OK (5, 1), OK (5.2), OK (5.3) ⁇ is also z. B. to one of the outputs of the optical switch OS (4, 4) switched.
  • the pairs of numbers in italics in the components indicate which optical combiners 0K (x , y) one of the outputs of an optical switch OS (i, j) is connected.
  • the outputs of the optical combiners OK (l, 3), OK (2, 3), OK (3, 3), OK (4, 3), OK (5, 3) form the 5 or P outputs of the cross connector ,
  • FIG. 5 schematically shows an arrangement for generating any sequence of control signals as are required for branching or inserting individual channels.
  • the control signals are optical pulses that affect the clock of the data signals i.e. the OTDM data rate (here G) are synchronized and their pulse duration corresponds approximately to a bit duration.
  • An optical pulse 01 generated in a laser source with a repetition rate that corresponds to the basic data rate (here F) is transmitted at the input of the arrangement according to the invention by a
  • Splitter S divided into N partial pulses TU to TIN.
  • N 4.
  • the individual partial pulses TU to TI4 run through different path lengths, which are selected such that the transit time of each optical partial pulse differs by an integer multiple of a bit duration of the OTDM data rate.
  • the different running times are set by means of delay units T.
  • the partial pulses TU to TI4 offset in time in this way are combined by means of a combiner K to form a pulse sequence OPS, in which one partial pulse is present per time slot.
  • a control signal contains exactly one partial or individual pulse generated in this way.
  • the arrangement according to the invention can consist, for example, of a monolithically integrated or discrete waveguide structure.
  • Any pulse sequence of the control signals from “one , pulse and“ zero ”pulse, as is required for branching or inserting individual channels, is generated by inserting optical switches within the path lengths of the partial pulses TU to TI4.
  • Such a switch can be implemented, for example, as a Mach-Zehnder arrangement (MZI).
  • MZI Mach-Zehnder arrangement
  • the partial pulse TU is fed to a first coupler Kl and split into two further partial pulses.
  • One of these partial pulses experiences one Phase shift by varying the optical path length of one interferometer arm by heating in the heating element Hl.
  • one of the partial pulses is switched through via the coupler K2 to the combiner K at the output of the overall arrangement.
  • Mach-Zehnder arrangements are used to control the heating elements correctly. If a "one" is to be generated, ie if the corresponding channel is to be branched off, the heating element is regulated in such a way that there is no intensity at the photodiode and a partial pulse is passed on as a control signal.
  • the intensity is regulated at the photodiode 5 is configured as an example for a 4x40 Gbit / s OTDM system, which means that with a total data rate of 160 Gbit / s, the delays of the partial pulses TU to TI4 in the respectively associated waveguides is 6.25 ps
  • the refractive index of the waveguides of approximately 1.5 corresponds to length differences of approximately 1.25 mm It is also possible to generate the control signal in such a way that the number N of the partial pulses corresponds exactly to the number M of the channels of the time-division multiplex signal by to achieve full flexibility in the number of channels to be switched.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Cross-Connector für optische Zeitmultiplex-Signale, deren zeitmultiplexierte Kanäle mit optischen Kontrollpulsen geschaltet werden. Eines der optischen Zeitmultiplex-Signale wird jeweils einem optischen Schalter mit einem nachgeschalteten optischen Kombinierer zugeführt. An einem ersten optischen Schalter wird eine erste Anzahl von aus einem ersten optischen Zeimultiplex-Signal abgezweigten Kanälen einem zweiten optischen Kombinierer zugeführt. Ebenfalls wird an einem zweiten optischen Schalter eine zweite Anzahl von aus einem zweiten optischen Signal abgezweigten Kanälen dem ersten optischen Kombinierer zugeführt. Eine derartige Schaltung zur gleichzeitigen Zuführung der beiden abgezweigten Kanalgruppen in beide optische Kombinierer wird mittels hochbitratiger Kontrollsignale betätigt, die den optischen Schaltern zugeführt sind. Die optischen Kontrollsignale steuern mittels einer Vorrichtung zur Erzeugung von Pulssequenzen das Abzweigen bzw. Hinzufügen einzelner Zeitmultiplex-Signale.

Description

Beschreibung
Cross-Connector für optische Signale in Zeitmultiplex-Techni
Die Erfindung betrifft einen Cross-Connector für optische Signale nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
In einem Netzwerk mit optischen Zeitmultiplex-Signalen oder so genannten OTDM-Signalen (OTDM = optical time division multiplex) werden Daten eines Zeitmultiplex-Signals bei hoher Datenrate G (z.B. G = 160 GBit/s) aus Datenkanälen niedriger Datenrate - d.h. mit einer Grunddatenrate F = G/M, wobei M ganzzahlig ist, z.B.
M = 16, F = 10 GBit/s - mit Hilfe optischer Methoden zusam- menmultiplext . Ein derartiges Zeitmultiplex-Signal mit hoher Datenrate G kann maximal aus einer Gesamtzahl von M = G/F Kanälen zusammengesetzt sein.
In jedem Netzwerk ist es erforderlich, Cross-Connectoren zur Schaltung von' Zeitmultiplex-Signalen oder deren Kanäle zu realisieren. Meistens werden die Kanäle der Zeitmultiplex-Signale in eine Einrichtung mit einer Anzahl von z.B. M=16 Demultiplexern eingespeist, neu geschaltet und mittels einer weiteren Multiplex-Einrichtung in ein neues Zeitmultiplex-Signal weitergeleitet. Dies erfordert viel Aufwand sowie hohe Kosten. Zudem verschlechtert sich dadurch das Sig- nal-Rauschleistungs-Verhältnis stark.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Cross-Connector für optische Signale anzugeben, der eine einfache rein-optische Schaltung von Daten in Kanälen aus Zeitmultiplex-Signalen ermöglicht.
Eine Lösung der Aufgabe erfolgt durch einen Cross-Connector mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
In der vorliegenden Erfindung wird zur Erleichterung des Lesens über "Schaltung, Durchlassung, Zeitverzögerung, Zuordnung, etc von Kanälen" die Rede sein. Es wird in solchen Fällen gemeint, dass übertragene Daten z. B. von einem Kanal zu einem anderen Kanal geschaltet oder Daten über einen Kanal durchgelassen, etc werden. Dabei ist ein Wechsel zwischen Granularitäten z. B. durch Konversion aus Zeitmultiplex- in Wellenlängenmultiplex-Signale nicht vorgesehen.
Ausgehend vom einem Cross-Connector für N optische Signale, der N Eingänge und P Ausgänge (N>1, P>1) aufweist, wobei die N optischen Signale als mehrere Kanäle aufweisende Zeitmulti- plex-Signale vorgesehen sind, ist zur erfindungsgemäßen
Schaltung von Kanälen aus z. B. zwei der Zeitmultiplex-Signale ein optisches Zeitmultiplex-Signal jeweils zu einem optischen Schalter mit einem nachgeschalteten optischen Kombinierer zugeführt. An dem ersten optischen Schalter ist eine erste Anzahl von aus dem ersten optischen Signal abgezweigten Kanälen zu dem zweiten optischen Kombinierer geführt. Ebenfalls ist an dem zweiten optischen Schalter eine zweite Anzahl von aus dem zweiten optischen Signal abgezweigten Kanälen zu dem ersten optischen Kombinierer geführt. Eine derartige Schaltung wird mittels optischer Kontrollsignale, die den optischen Schaltern zugeführt sind, gesteuert.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Cross-Connectors ist darin zu sehen, dass keine Demultiplexierung im Sinne einer Verteilung des ursprünglichen Zeitmultiplex-Signals in mehrere Reihen von zu schaltenden Signalen niedriger Bitrate benötigt wird, da die Schaltung kanalindividuell erfolgt. Dieser Aspekt bedeutet eine erhebliche Senkung der Kosten sowie eine extrem hohe Schaltgeschwindigkeit beliebiger Kanäle. Eine weitere entsprechende aufwendige Multiplexierung der geschalteten Kanäle ist ebenso nicht mehr benötigt.
In vorteilhafter Weise wird die erfindungsgemäße Schaltung des Cross-Connectors mittels hochbitratiger Kontrollsignale mit modulierten Pulssequenzen gesteuert. Die Erzeugung dieser
Kontrollsignale basiert auf einer Mehrzahl von herkömmlichen parallel geschalteten optischen Leitern, die optische Modu- latoren z. B. bei einer Grunddatenrate von F=10 GBit/s sowie unterschiedliche optische Lichtwege aufweisen und deren Ausgänge optisch gekoppelt sind, derart dass eine resultierende Pulssequenz mit einer Bitrate von X mal 10 Gbit/s nach der Kopplung der optischen Leitern erzeugt wird. Eine derartige Vorrichtung zur Erzeugung von Kontrollsignalen beliebiger Hochbitrate kann als integriertes optisches Bauelement kostengünstig erstellt werden oder auf Fasern entsprechender Länge basiert sein. Dabei kann eine Vorrichtung vorgesehen sein, mit der die Pulssequenzen variiert werden können oder teilweise Teile der Sequenzen ausgeschaltet werden können. Bei der Erfindung werden die Kontrollsignale maximal die Bitrate der Zeitmultiplex-Signale z. B. bei 160 GBit/s aufweisen, damit
■ kanalindividuelle logische Operationen ohne Unterbrechung der Datenströme der dem Cross-Connector eingehenden N Zeitmultiplex-Signale getriggert werden.
Im allgemeinen weist der Cross-Connector mit N Eingängen und P Ausgängen N(P-l) optische Schalter und P(N-l) optische Kom- binierer auf. Da Datenkanäle mit sehr hohen Bitraten geschaltet werden müssen, werden optische Schalter sowie Kombinierer verwendet, die auf optischen Mechanismen beruhen. Elektrische und mechanische Vorrichtungen sind dafür vorerst nicht vorgesehen, da sie viel zu langsam sind. Verwendbare Technologien sind z. B. Gewinn-Transparente Ultraschnelle Nichtlineare Interferometer (GT-UNI = Gain transparent - ultraspeed nonlinear interferometer) oder Schalter, die auf Vierwellenmischung (FWM = four wave mixing) , Kreuzphasenmodulation {XPM = cross phase modulation) oder Kreuzgewinnmodulation (XGM = cross gain mo- dulation) beruhen. Ebenfalls sind Takt- und Phasensynchroni- sationsmittel für den Cross-Connector erforderlich, die aber aus Klarheitsgründen für die vorliegende Erfindung nicht beschrieben werden. Durch die weitere schnelle Entwicklung der elektronischen Hochfrequenztechnik ist es vorstellbar, dass in wenigen Jahren auch elektronisch basierte Schalte .für diese Cross-Connectoren eingesetzt werden können. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines einzelnen Kontrollsignals für die Steuerung mehrerer optischen Schalter, wenn eine gleiche Anzahl und Reihenfolge von zeitmultiplexierten Kanälen geschaltet werden soll.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1: ein erster Cross-Connector für zwei eingehende Zeitmultiplex-Signale mit unterschiedlicher Anzahl zeitmultiplexierter Signale, Fig. 2: ein zweiter Cross-Connector für zwei eingehende Zeitmultiplex-Signale zum direkten Überkreuzschalten der gleichen zeitmultiplexierten Kanäle, Fig. 3: schematische Darstellung des ersten Cross-Connectors mit Vorrichtung zur zeitlichen Synchronisation der Zeitmultiplex-Signale Fig. 4: schematische Darstellung eines Cross-Connectors mit 4 Eingängen und 5 Ausgängen Fig. 5: schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Erzeugen beliebiger Pulssequenzen von Kontrollsignalen
In Fig. 1 ist zur Verdeutlichung des Gegenstandes der Erfindung ein Ausführungsbeispiel angegeben, bei dem ein Cross-Connector und dessen wesentliche Merkmale für zwei eingehende Zeitmultiplex-Signale Sl, S2 und zwei ausgehende Zeitmultiplex-Signale SSI, SS2 dargestellt ist. Dabei weisen die optischen Zeitmultiplex-Signale Sl, S2 unterschiedliche Anzahlen H, K von zeitmultiplexierten Kanälen auf. Jeweils zu einem Eingang eines optischen Schalters OSl, 0S2 mit einem nachgeschalteten optischen Kombinierer OKI, 0K2 wird das Zeitmultiplex-Signal Sl, S2 zugeführt. Am optischen Schalter OSl, OS2 wird die Schaltung - d. h. Abzweigung oder Durchlassung - beliebiger Kanäle erfolgen. An dem ersten optischen Schalter OSl wird eine erste Anzahl J von aus dem ersten optischen Signal Sl abgezweigten Kanälen AS1 zu dem zweiten optischen Kombinierer OK2 geführt. Ebenfalls an dem zweiten optischen Schalter OS2 wird eine zweite Anzahl L von aus dem zweiten optischen Signal Sl abgezweigten Kanälen AS2 zu dem ersten optischen Kombinierer OKI geführt. Den optischen Schaltern OSl, 0S2 sind zwei Kontrollsignale (KSl, KS2) zugeführt, deren Pulsequenz derart ausgebildet ist, dass innerhalb der Anzahl H, K der zeitmultiplexierten Kanäle jegliche gewünschte abzuzweigende Kanäle - z. B. AS1 oder AS2 - eines beider Zeitmultiplex-Signale - z. B. Sl bzw. S2 - selektiv gewählt wird und einem seinem optischen Schalter - hier OSl bzw. 0S2- nicht nachgeschalteten optischen Kombinierer - d. h. hier OK2 bzw. OKI - zugeführt ist.
Wie bereits angegeben handelt es sich bei den hier verwendeten optischen Schaltern OSl, OS2 um rein-optisch getriggerte Schalter, die ein schnelles Schalten ermöglichen. In einer Ausführungsvariante wird ein GT-UNI zum Schalten verwendet. Das Abzweigen eines Eingangsdatensignals wird hier mittels eines optischen Kontrollpulses in einem Gewinn transparenten Halbleiterverstärker (engl. Semiconductor Optical amplifier, abgekürzt SOA) realisiert, nachdem das Eingangsdatensignal zuvor in zwei orthogonal zueinander polarisierte Impulse aufgeteilt wurde .
Die hier verwendeten optischen Kombinierer OKI, 0K2 weisen eine Detektionseinheit zur Ermittlung der Belegung eingehender zeitmultiplexierten Kanäle sowie Mittel zur gegenseitigen
Zeitverschiebung bzw. Neuzuordnung und Hinzufügung von Kanälen auf, damit eine kollisionsfreie Zusammenfassung ihrer eingehenden Kanäle für die Erzeugung der ausgehenden Zeitmultiplex-Signale SSI, SS2 erfolgt.
Dem ersten optischen Schalter OSl ist ein Zeitverzögerungsglied T vorgeschaltet, damit eine optionale relative Zeit- oder Phasenverzögerung zwischen den zwei eingehenden Zeitmultiplex-Signalen Sl, S2 bei einer eventuellen unerwünschten Verschiebung beispielsweise mittels eines Phasendetektors und -regiers PDR überprüft und korrekt eingestellt wird. Eine Kontrolleinheit CR ermittelt die eingestellte Zeitverzögerung der Zeitmultiplex-Signale Sl, S2 und synchronisiert ebenfalls die Phase der hochbitratigen Kontrollsignale KSl, KS2 mit.
Je nachdem, welche Kanäle ASl, AS2 in den Zeitmultiplex-Signalen Sl, S2 abgezweigt werden, werden die Pulssequenzen beider Kontrollsignale KSl, KS2 dementsprechend aufmoduliert. Ein „Eins"-Puls der Pulssequenz bedeutet z. B. an einem der optischen Schalter OSl, OS2 "Abzweigen", ein „Null^-Puls "Durchlassen". Zur Erzeugung zweier beliebiger Pulssequenzen für beide Sätze von abzuzweigenden Kanälen ASl, AS2 wird hier eine Pulsquelle PULS mit zwei parallel nachgeschalteten Datenpulssequenzerzeugern PULSTRAIN1, PULSTRAIN2 verwendet, deren Ausgangssignale die erwünschten Kontrollsignale KSl, KS2 sind. Dadurch wird die Betätigung der Abzweigung der Kanäle ASl, AS2 gleichzeitig und kanalindividuell in beiden eingehenden Zeitmultiplex-Signalen Sl, S2 erfolgen. Die Einrichtungen zur Erzeugung und Steuerung der Kontrollpulse PULSTRAINl, PULSTRAIN2 können zur zeitlichen Synchronisation auch mit dem Phasendetektor PDR verbunden werden.
Weisen zwei Zeitmultiplexsignale Sl, S2 jeweils eine Gesamtzahl M von zeitmultiplexierten Kanälen auf, aus denen eine Anzahl H bzw. K von Kanälen in den optischen Schaltern OSl, OS2 durchgelassen werden, so sind die Kontrollsignale KSl, KS2 derart auszubilden, dass die erste Gesamtzahl H+J und die zweite
Gesamtzahl K+L von den optischen Schaltern OSl, OS2 ausgehenden Kanälen kleiner oder gleich bleibt als die Gesamtzahl von Kanälen eines dem optischen Kombinierer OSl, OS2 ausgehenden Zeitmultiplex-Signals SSI, SS2.
Ferner wird in Fig. 2 der Spezialfall gemäß Figur 1 betrachtet, indem die Anzahl und die Reihenfolge der zu schaltenden Kanäle ASl, AS2 gleich sind. In diesem Fall vereinfacht sich die Ausbildung beider Kontrollsignale KSl, KS2 derart, dass ihre Pulssequenzen gleich sind. Daher wird lediglich ein einzelner Datenpulssequenzerzeuger PULSTRAINl mit zwei gleichen Aus- gangsSignalen KS benötigt.
Figur 3 zeigt eine Erweiterung der Anordnung nach Fig. 1. Das Verzögerungsglied T dient nur zur Synchronisation der Zeitmultiplexsignale Sl und S2. Durch zwei weitere Verzöge- rungsglieder Dl und D2, die von zwei Steuereinrichtungen
PULSTRAINl-CON und PULSTRAIN2-CON gesteuert werden, die außerdem wie bisher Impulse für die abzuzweigenden Signale erzeugen, können diese Signale nunmehr individuell verzögert werden und dann in einen beliebigen freien Zeitschlitz des anderen Zeitmultiplexsignals eingefügt werden.
In Fig. 4 wird ein erfindungsgemäßer Cross-Connector mit 4 Eingängen und 5 Ausgängen schematisch dargestellt. Der Cross-Connector lässt sich auf eine beliebige Anzahl N von Eingängen und P von Ausgängen erweitern. An jedem Eingang des Cross-Connectors, d. h. am jedem Eingang eines ersten optischen Schalter OS(i, 1) - mit i ganzzahlig und 0<i≤4 - von seriell geschalteten Reihen von weiteren optischen Schalter OS (i, j ) - mit j ganzzahlig und 0<j≤4 - ist ein Zeitmultiplex-Signal abgegeben. Insgesamt vier Zeitmultiplex-Signale werden über eine Reihe von vier (oder P-l bei P Ausgängen) optischen Schaltern durchgehen, z. B. für das erste Zeitmultiplex-Signal über die optischen Schalter OS (1,1), OS (1,2), OS (1,3), OS (1,4). An die optischen Schalter OS(i,j) sind gemäß Figur 1 oder 2 optische Kombinierer OK(x,y) - hier x, y ganzzahlig und 0<x≤5, 0<y≤3 - nachgeschaltet, derart dass den Ausgängen der vier bzw. (P-l) optischen Schalter OS (1,4), OS (2, 4), OS (3, 5), OS (4,4) drei bzw. N-l seriell geschaltete optische Kombinierer {0K(1,1), 0K(1,2), 0K(1,3)} bzw. {OK (2,1) , OK (2, 2) , OK (2, 3) } bzw. {OK (3,1) , OK (3, 2) , OK (3, 3) } bzw. {0K(4,1), OK(4,2), OK(4,3)} folgen. Eine weitere Reihe von drei bzw. N-l seriell geschalteten optischen Kombinierern {OK(5,l), OK(5,2), OK(5,3)} ist ebenfalls z. B. an einen der Ausgänge des optischen Schalters OS (4, 4) geschaltet. Aus Ersichtlich- keitsgründen wurden nicht alle Verbindungen zwischen Ausgängen aller optischen Schalter 0S(i, j) mit den optischen Kombinierern OK(x,y) dargestellt, aber die Zahlenpaare in kursiven Klammern in den Bauelementen geben an, mit welchen optischen Kombinierern 0K(x,y) einer der Ausgänge eines optischen Schalters OS(i,j) verbunden ist. Die Ausgänge der optischen Kombinierer OK(l,3), OK (2, 3), OK (3, 3), OK (4, 3), OK (5, 3) bilden die 5 bzw. P Ausgänge des Cross-Connectors.
Figur 5 zeigt schematisch eine Anordnung zur Erzeugung einer beliebigen Sequenz von Kontrollsignalen, wie sie zum Abzweigen bzw. Einfügen einzelner Kanäle benötigt werden. Bei den Kontrollsignalen handelt es sich um optische Impulse, die auf den Takt der Datensignale i.e. der OTDM-Datenrate (hier G) synchronisiert sind und deren Impulsdauer annähernd einer Bitdauer entspricht.
Ein in einer Laserquelle erzeugter optischer Impuls 01 mit einer Repetitionsrate, die der Grunddatenrate (hier F) entspricht, wird am Eingang der erfindungsgemäßen Anordnung durch einen
Splitter S in N Teilimpulse TU bis TIN aufgeteilt. Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsvariante beträgt N = 4. Die einzelnen Teilimpulse TU bis TI4 durchlaufen unterschiedliche Weglängen, die derart gewählt sind, dass sich die Laufzeit jedes optischen Teilimpulses jeweils um ein ganzzahliges Vielfaches einer Bitdauer der OTDM-Datenrate unterscheidet. Die unterschiedlichen Laufzeiten werden mittels Verzögerungseinheiten T eingestellt. Am Ausgang werden die derart zeitlich versetzten Teilimpulse TU bis TI4 mittels eines Kombinierers K zu einer Pulssequenz OPS zusammengefasst, bei der pro Zeitschlitz ein Teilimpuls vorhanden ist. Ein Kontrollsignal beinhaltet genau einen derart erzeugten Teil- bzw. Einzelimpuls.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann beispielsweise aus einer monolithisch integrierten oder diskret aufgebauten Wellenleiterstruktur bestehen. Eine beliebige Pulssequenz der Kontrollsignale aus ,,Eins,-Pulsen und „Null"-Pulsen, wie sie zum Abzweigen bzw. Einfügen einzelner Kanäle benötigt wird, wird durch Einfügen optischer Schalter innerhalb der Weglängen der Teilimpulse TU bis TI4 erzeugt. In monolithisch integrierten Wellenleiterstrukturen kann ein solcher Schalter beispielsweise als Mach-Zehnder-Anordnung (MZI) realisiert werden. In Fig. 5 ist als AusführungsVariante ein solcher Aufbau gezeigt. Der Teilimpuls TU wird einem ersten Koppler Kl zugeführt und in zwei weitere Teilimpulse aufgespalten. Einer dieser Teilimpulse erfährt eine Phasenverschiebung, indem durch Heizen im Heizelement Hl die optische Weglänge des einen Interferometerarms variiert wird. Je nach Phasenverschiebung wird einer der Teilimpulse über den Koppler K2 zum Kombinierer K am Ausgang der Gesamtanordnung durchgeschaltet. Photodioden (PDl, PD2... ) an den „offenen" Ausgängen der
Mach-Zehnder-Anordnung dienen dazu, die korrekte Ansteuerung der Heizelemente vorzunehmen. Soll eine „Eins" erzeugt werden, d.h. wenn der entsprechende Kanal abgezweigt werden soll, wird das Heizelement so geregelt, dass keine Intensität an der Photodiode anliegt und ein Teilimpuls als Kontrollsignal weitergeleitet wird. Andernfalls wird auf maximale Intensität an der Photodiode geregelt. Die in Fig. 5 gezeigte Anordnung ist beispielhaft für ein 4x40 Gbit/s OTDM-System konfiguriert. Dies bedeutet, dass bei einer Gesamtdatenrate von 160 Gbit/s die Verzögerungen der Teilimpulse TU bis TI4 in den jeweils zugehörigen Wellenleitern 6,25 ps beträgt. Bei einem Brechungsindex der Wellenleiter von in etwa 1,5 entspricht dies Längendifferenzen von in etwa 1,25 mm. Es ist auch möglich, das Kontrollsignal derart zu erzeugen, dass die Anzahl N der Teilimpulse genau der Anzahl M der Kanäle des Zeitmultiplex-Signals entspricht, um damit eine volle Flexibilität bei der Anzahl der zu schaltenden Kanäle zu erreichen.

Claims

Patentansprüche
1. Cross-Connector für optische Signale (Sl, S2, ...), der N Eingänge und P Ausgänge (N>1, P>1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Signale (Sl, S2, ...) zeitmultiplexierte Kanäle aufweisen und jeweils zu einem optischen Schalter (OSl, OS2, ... ) mit einem nachgeschalteten optischen Kombinierer (OKI, 0K2, ...) zugeführt sind, dass an dem ersten optischen Schalter (OSl) eine erste Anzahl (J) von aus dem ersten optischen Signal (Sl) abgezweigten Kanälen (ASl) zu dem zweiten optischen Kombinierer (OK2) geführt ist und dass an dem zweiten optischen Schalter (OS2) eine' zweite Anzahl (L) von aus dem zweiten optischen Signal (S2) abgezweigten
Kanälen (AS2) zu dem ersten optischen Kombinierer (OKI) geführt ist, und dass die optischen Schalter (OSl, OS2) von optischen Kontrollsignalen (KSl, KS2) gesteuert werden.
2. Cross-Connector nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich et, dass die optischen Kombinierer (OKI, 0K2) eine Detektionseinheit zur Ermittlung der Belegung eingehender zeitmultiplexierter Kanäle sowie Mittel zur gegenseitigen Zeitverschiebung bzw. Neuzuordnung von Kanälen aufweisen.
3. Cross-Connector nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den optischen Schaltern (OSl, OS2) und den optischen Kombinierern (OKI, OK2) Verzögerungsglieder (Dl, D2) angeordnet sind, die mit einer Steuerreinrichtung (PULSTRAIN1-CON, PULSTRAIN2-CON) verbunden sind, und eine zeitliche Synchronisation der Zeitmultiplex-Signale erlauben.
4 . Cross-Connector nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Hinzufügen bzw. Abzweigen von Kanälen in dem nicht demultiplexierten Zeitmultiplex-Signal mittels einer Sequenz aus Impulsen als Kontrollsignale (KSl, KS2) gesteuert wird.
5. Cross-Connector nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich et, dass die Kontrollsignale (KSl, KS2) als Ausgangssignale mindestens einer Pulsquelle (PULS) Pulssequenzen aufweisen, deren maximale Bitrate die Bitrate der Zeitmultiplex-Signale (Sl, S2) beträgt.
6. Cross-Connector nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung von Kontrollsignalen ein Splitter (S) vorgesehen ist, der ein Impulssignal (01) , das eine Grunddatenrate des Zeitmultiplexsignals aufweist, in mehrere Teilimpulse (TU, TI2... ) aufteilt, dass mehreren Laufzeitgliedern (T) jeweils einer der Teilimpulse (TU, TI2... ) zugeführt wird, dass die Laufzeitglieder (T) unterschiedliche Laufzeiten von einem ganzzahligen Vielfachen einer Bitdauer aufweisen, dass in Reihe mit jedem Laufzeitglied (T) ein optischer Schalter (MZI) angeordnet ist, dass den optischen Schaltern (MZIl, MZI2...) ein Kombinierer (K) nachgeschaltet ist, der die verzögerten Teilimpulse (TU, TI2...) zu Kontrollsignalen (KSl, KS2) zusammenfasst .
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich et, dass als optische Schalter (MZIl, MZI2...) Mach-Zehnder-Anordnungen in Kombination mit Photodioden vorgesehen sind, sodass als kanalbezogene Operationen ein Hinzufügen, eine Abzweigung oder eine Zeitverschiebung von Daten eines der zeitmultiplexierten Kanäle des Zeitmultiplex-Signals durchgeführt werden.
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