DE2728686A1 - Optisches datenuebertragungssystem - Google Patents
Optisches datenuebertragungssystemInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein optisches Datenübertragungssystem, dessen Datenstationen an eine gemeinsame, in Zeitmultiplex betriebene, Sammelleitung angeschlossen sind.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielsweise erläutert. Es zeigen:
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer nicht als Leitungsverstärker verwendeten Datenstation aus Fig. 1,
Fig. 3 eine Glasfaser-Überbrückungs- und Kopplungsan-Ordnung für eine Datenstation des Systems nach
Pig. I,
Fig. 4 eine Glasfaser-Überbrückungs- und Kopplungsanordnung für eine doppelt gerichtete Datenübertragung auf einer einzigen Leitung,
Fig. 5 eine weitere Form eines Datenübertragungssystems für eine doppelt gerichtete Datenübertragung
auf verschiedenen Leitungen und
Fig. 6 eine überbrückungs-und Kopplungsanordnung einer
Datenstation des Systems nach Fig. 5.
Im System nach Fig. 1 ist eine Reihe von Datenstationen a, b, c... vorgesehen, wobei jede einen Sender Ra, Rb
und einen Empfänger Ta, Tb ... hat. Das übertragungs-
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medium ist eine Glasfaser. Jeder Sender ist über eine
Glasfaser La, Lb ... mit dem Empfänger der nächsten Datenstation verbunden, so daß das System ein sogenanntes
"Ringsystem" bildet. Außerdem hat jede Station eine Glasfaser-überbrückungsleitung
Pa, Pb ..., die ihre Eingangsleitung mit ihrer Ausgangsleitung verbindet. Die Stationen
C, P und H werden als Leitungs-Zwischenverstärker verwendet. Bei diesen führt die Überbrückungsleitung nur
einen kleinen Teil des Lichts, und der größere Teil gelangt in den Empfänger, z.B. in Rc im Falle der Datenstation
C. Das elektrische Ausgangssignal von Rc wird sowohl der Datenverarbeitungs- und Steuerungseinrichtung
und dem Sender Tc zugeführt. Im Falle, daß Signale an die anderen Stationen adressiert sind, sendet Tc die
von Rc empfangenen Signale lediglich weiter. Im Verstärker tritt natürlich eine gewisse Laufzeitverzögerung
auf, die auf eine der beiden folgenden Arten behandelt werden kann. Entweder ist die Glasfaser-Überbrückungsleitung
lang genug (z.B. durch Einfügen von Windungen), so daß hier die gleiche Verzögerung auftritt, oder
das auf der Glasfaser-Überbrückungsleitung an der Station vorbeilaufende Signal wird so stark gedämpft, daß es
von dem verstärkten Signal, das von Tc mit einem weitaus höheren Pegel ausgesendet wird, unterdrückt wird. Die an
die Station C adressierten Signale werden dort erkannt und nicht über Tc wieder ausgesendet.
Bei den nicht als Leitungsverstärker betriebenen Stationen A, B, D, E und G läuft der größere Teil des empfangenen
Lichts an der Station vorbei, und es wird nur soviel Licht um in die Station eingestrahlt wie notwendig ist, die dort
vorhandene Datenverarbeitungs- und Steuerungseinrichtung zu speisen. Die Leistungspegel der von jeder Station
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ausgesendeten Signale und die Dichte der Leitunpsverstärker
müssen so groß sein, daß bei einem Ausfall einer Leitungsverstärker-Station ein genügend großes
Signal an dieser ausgefallenen Station vorbeiläuft, um die darauffolgenden nicht als Leitungsverstärker
betriebenen Stationen und die nächste Leitungsverstärkerstation ausreichend zu versorgen. Dies erfordert
eine gewisse Form einer automatischen Verstärkungsregelung. Eine geeignete Form einer automatischen
Verstärkungsregelung wird nachstehend beschrieben.
Bis jetzt wurde nur die Wiederverstärkung von Signalen betrachtet. Selbstverständlich kann aber jede Station
auch eigene Signale aussenden. Die Aussendung von eigenen Signalen in jeder Station findet nur in der der
jeweiligen Station zugewiesenen Sendezeit statt. Der Sender dieser Station sendet dann die gespeicherten
Signale aus. Wiederum wird angenommen, daß die Pegel der ausgesendeten Signale hoch genug und die Verteilung
der Leitungs-Zwischenverstärker dicht genug ist, damit die ausgesendeten eigenen Signale irgendwelche Uberbrückungssignale
während dieser Zeitspanne unterdrücken können. Es ist zu betonen, daß der Abstand der Stationen
und die Verteilungsdichte der Leitungs-Zwischenverstärker sowohl von den Dämpfungseigenschaften der
Glasfaser-Übertragungsstrecke, die von der Länge jeder Strecke abhängt, als auch von der unterschiedlichen
durch die automatische Verstärkungsregelung in jeder Station bewirkte Verstärkung abhängt.
Vor der Beschreibung der Anordnungen zur automatischen Verstärkungsregelung und der Einzelheiten der Stationen,
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ist es notwendig, das Signalformat des Systems zu betrachten. Bei einem System mit η Stationen werden
die Signale in aufeinanderfolgenden Rahmen mit jeweils η Kanälen ausgesendet. Jeder Kanal ist in 180
Zeitabschnitte aufgeteilt, die wie folgt verwendet werden:
Präambel (zur Synchronisierung und automatischen Verstärkungsregelung)
30
Adresse des Senders 12
Adresse des Empfängers 12
Daten 120
Leerstellen 6
180
Anhand der Präambel bestimmt jede Station den Grad der automatischen Verstärkung. Im Falle der Station D ist
normalerweise nur eine minimale Verstärkung notwendig, da die vom Sender der Stion C empfangenen Signale
stark sind. Wenn jedoch C ausgefallen ist, so erhält D nur diejenigen Signale, die Über die Glasfaser-Überbrückung
Pc an der Station C vorbeigegangen sind. Diese haben dann eine viel geringere Amplitude, und daher
stellt Station D die Verstärkung ihres Empfängers auf einen hohen Pegel ein.Dasselbe geschieht in den Stationen
E und P, die immer höhere Verstärkungen benötigen, um
wirksam zu arbeiten. Es sei darauf hingewiesen, daß die Verstärkung getrennt für jeweils eine Kanalzeit eingestellt
wird. Im Falle des Ausfalls der Station D, setzt die Station F also nur dannflhre Verstärkung herauf,
wenn sie Signale empfängt, die von anderen Stationen als der Station E stammen. Die von der Station E stammenden
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Jeweils nur eine Station sendet zu einem Zeitpunkt. Wenn auch jeder Empfänger seine automatische Verstärkungsregelung zu Beginn jeder Kanalzeit neu einstellt, so
schreiben doch nur diejenigen Stationen, die adressiert sind, die darauffolgenden Daten in ihren Speicher.
Einzelheiten einer nicht als Leitungsverstärker betriebenen Station eines Systems mit zehn Stationen sind
in Fig. 2 gezeigt. Das auf der Glasfaser ankommende
und einen Vorverstärker enthält. Dessen Ausgang ist mit einem Verstärker 11 verbunden. Dieser enthält die automatische Verstärkungsregelung, die durch denSignalpegel der Präambel von außen eingestellt wird. Das elektri-
sehe Ausgangssignal des Verstärkers gelangt auf einen Impulsformer 12 und von dort über ein Tor 13 in einen
Speicher 14. Außerdem gelangt das Ausgangssignal des
Verstärkers 11 auf einen Taktrep:ens*ator 15, der einen
Takt mit einer Frequenz mit 1,5 MHz ableitet, die gleich
der Zeichengeschwindjgkeit der empfangenen Signale ist.
Dieser regenerierte Takt wird zusammen mit dem Ausgangssignal des Impulsformers 12 einem Serien - Parallel-Wandler 16 zur führt. Von dort gelangen die parallelen Daten auf zwei Vergleicher 17 und 18. Im Vergleicher 17
werden die Daten mit dem eigenen Adressenkode der Station verglichen, der in einem voreinstellbaren Adressenspeicher 19 gespeichert ist. Wenn die Adressen übereinstimmen, so öffnet der Vergleicherl7 Torschaltungen
13 und 20, die es zusammen ermöglichen, daß die empfangenen
Daten in einen Speicher 14 eingeschrieben werden. Der
Vergleicher 18 vergleicht die empfangenen Signale mit
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voreingestellten Sender-Adressenkodes die im Speicher 21 gespeichert sind. Das Ausgangssignal des Vergleichers 18
wird zur Synchronisierung einer Teilerkette verwendet, die die verschiedenen in der Datenstation benötigten Takt-
!3 signale liefert. Diese Teilerkette enthält einen quarzgesteuerten
Oszillator 23, der den Takt von 1,5 MHz der übertragenenZeichen liefert. Diesem folgen ein Teiler 2Ί
mit einem Teilverhältnis 15, der die mittlere Ausgangs-Taktfrequenz von 100 kHz liefert, ein Teiler 25 mit einem
Teilverhältnis 12, der die Kanaltaktfrequenz von 8,333 kHz liefert und ein Teiler 26 mit einem Teilverhältnis 10,
der die Haupt-Taktfrequenz von 833 Hz liefert. Die Kanaltaktfrequenz von 8,333 kHz wird über eine Verzögerungsstufe 27 und eine monostabile Kippschaltung 28 mit einer
Zeitkonstante von 20 Mikrosekunden dem Verstärker 11 zugeführt und schaltet dort die automatische Verstärkungsregelung
nur während der Dauer der Präambel wirksam. Für den Rest der Kanalzeit wird die Verstärkung konstant
gehalten. Das Ausgangssignal der monostabilen Kippschaltung 28 wird außerdem dazu verwendet, die Zeitkontante
der phasenstarren Schleife des Taktgenerators 15 zur verändern damit sie während der Dauer der Präambel schnell
einrastet, und dann eine lange Zeitkonstante während des Empfangs der Adressenkodes und der Daten einzustellen..
Der Takt von 8,33 kHz gelangt außerdem über eine Verzögerungsstufe
29,eine monostabile Kippstufe 30, ebenfalls mit einer Zeitkonstante von 20 Mikrosekunden, zum
Serien-Parallel-Wandler 16 und die Übernahme der empfangenen Adressenkodes in den Serien-Parallel-Wandler zu steuern. Die
mittlere Ausgangs-Taktfrequenz von 100 kHz wird über eine Torschaltung 31 dem Speicher l'<
zugeführt und steuert dort das Auslösen des Speicherinhaltes. Die Torschaltung
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wird vom Ausgangssignal einer Verzögerungs- und Impulsverlängerungsstufe 32 geöffnet, die das Ausgangssignal des Adressenvergleichers 17 erhält und die Torschaltung 31 für 120 Perioden von jeweils 1,2 ms öffnet,
wenn diese Datenstation adressiert wird. Zum Aussenden
der Daten von der Datenstation wird eine lichtemittierende
Diode oder ein Laser 33 moduliert, der mit der abgehenden Glasfaser gekoppelt ist. Diese Lichtquelle 33 wird
von einer Verstärker- und Impulsformerschaltung 31I ge
steuert, die die Ausgangssignaleais dem Speicher 35
empfängt. Der Speicher 35 erhält die Präambel und die Adressenkodes von einem Kodeerzeuger 36. Die auszusendenden
Daten werden, gesteuert von einem unabhängigen Eingangstakt, in den Speicher 35 eingespeichert, wobei Mittel
zur Anzeige eines Speicherüberlaufs vorgesehen sind. Der
Betrieb des Kodeerzeugers 36 und das Auslesen aus dem Speicher 35 erfolgen unter der Steuerung des Taktes von
1,5 MHz über eine Torschaltung 37 während der zugewiesenen Kanalzeit. Diese Kanalzeit bestimmt eine logische Schaltung
38, die den Takt von 8,33 kHz und den Takt von 833 Hz erhält. Diese logische Schaltung wählt die n-te Kanalzeit aus (im Falle der η-ten Datenstation) und öffnet
die Torschaltung 37 während dieser Zeit, so daß diese genau l80 Perioden des Takts von 1,5 MHz während die
ser Zeit abgibt.
Gleichzeitig schaltet die logischeSchaltung 38 die Stufe 10 mit der Fotodiode und dem Vorverstärker wirksam, so
daß, sofern während jeder η-ten Kanalzeit Daten in der Datenstation empfangen werden, diese durch neue von dieser Station stammende Daten ersetzt werden.
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Der laufende Zählerstand in der logischen Schaltung 38,
der die Form einer Adresse hat, wird im Vergleicher 22 mit der jeweils durch den Vergleicher 18 empfangenen
Adresse verglichen. Wenn sich diese beiden unterscheiden und somit einen Fehler anzeigen, so wird mit dem
Ausgangssignal des Zählers 22 der Zählerstand in der
logischen Schaltung 38 korrigiert.
Nur wenn der Empfänger während einer Periode der Haupt-Taktfrequenz
adressiert wird, wird der Auslösetakt für eine Reihe von 120 Impulsen wirksam. Dies bedeutet,
daß, wenn eine Datenstation mit weniger als 100 kbit/s empfängt, sie Daten in Bündeln von 100 kbit/s (zehn mal
zwölf-Bit-Wörter) mit einigen Leerperioden von 1,2 ms
herausgibt. Die Datenstation könnte so ausgelegt werden, daß eine Erhöhung der Bitgeschwindigkeit der empfangenen
Daten bis auf 0,9 Mbit/s möglich ist. Die Taktfrequenz
wäre dann höher und der Speicher größer, und es ist wieder dafür gesorgt, daß Impulsbündel von 120 Taktperioden
verarbeitet werden können, jedes Mal wenn der Empfänger adressiert wird. Die Grenze ist dann erreicht, wenn
alle anderen neun Datenstationen den gleichen Empfänger adressieren.
Es kann wünschenswert sein, eine zusätzliche Information in jede Nachricht einzufügen, um die Bestätigung zu
geben, daß im letzten Rahmen eine paritätsrichtige Nachricht empfangen worden ist.Dies könnte in der Form
eines zusätzlichen Zehn-Bit-Wortes geschehen, das in jede gesendete Nachricht eingefügt wird.
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Eine Möglichkeit bestünde darin, jedem Sender ein Bit zuzuordnen, so daß lauter !lullen bedeuten würden, daß
im letzten Rahmen keine Nachrichten empfangen wurden. Eine einzige Eins beduetet eine paritätsrichtige Nach
rieht, und ihre Stellung im Wort gibt den Sender an,
von dem sie empfangen worden ist. Dies würde es erlauben, in einer einzigen Nachricht eine Bestätigung an
alle Datenstationen zu senden, so daß es möglich wäre? daß alle neun Datenstationen zu einem einzigen Empfänger
senden. Dies wird als eine Verfeinerung betrachtet, die für die Umfunktion des Systems nicht notwendig ist.
Das Einfügen dieses zusätzlichen Wortes könnte der Benutzereinrichtung überlassen werden, die an jede Datenstation angeschlossen ist.
Es kann auch wünschenswert sein, einem Empfänger zu ermöglichen, gewisse Arten von Nachrichten äußerten speziell
an ihn gerichteten Nachrichten zu empfangen. Dies könnte dadurch erreicht werden, daß die Empfängeradresse von
einer abgesetzten Stelle aus programmierbar ist und
daß eigene Adressenkodes verwendet werden, die die|ftrt
der Information angeben.
Die Verwendung eines Kodes mit eigenem Takt, z.B. eines Zwei-Phasen-Kodes, würde die Arbeitsweise des Systems
vereinfachen. Eine Zwei-Phasen-Kodierung hat unabhängig
von den übertragenen Daten eine konstante Gleichspannungskomponente. Dies bedeutet, daß ein einfaches Netzwerk
zur Pegelverschiebung verwendet werden kann, um die Schaltschwelle für den Empfänger zu wählen.Bei diesem
Kode ist sichergestellt, daß wenigstens ein Signal
übergang für jedes Datenbit auftritt, so daß die Zeit
konstanten für die Pegelverschiebung kurz sein können.
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der
gelung"\/vorstehend beschriebenen Art mit einem "Nachführ
unri Halte-Verfahren" verzichtet werden. Auch eine
phasenstarre Schleife wäre bei einem solchen Kode nicht mehr notwendig.
Die bereits erwähnten überbrückungseinrichtungen werden durch optische Faser-zu Faser-Kopplungsanordnungen verwirklicht. Für das Grundsystem mit einer übertragung
in nur einer Richtung, dasfyPig. I schematisch gezeigt
ist, wird eine Kopplungsanordnung der in Fig. 3 gezeigten Art verwendet. Die ankommende Glasfaser 40 ist
über ein kurzes Glasfaserstück 1Il an den Empfänger 10
und die abgehende Glasfaser 42 über ein kurzes Glasfaserstück 43 mit dem Sender 33 gekoppelt. Die ankommende
Verbindung 1IO ist auch an die Überbrückungs-Glasfaser 44
angekoppelt, die wiederum an ihrem anderen Ende an die abgehende Glasfaser 42 angekoppelt ist. Im Falle einer
als Leitungs-Zwischenverstärker betrieben Station haben die Glasfaserstücke 1Jl und 43 eine geringe Dämpfung, wo
gegen die Überbrückungs-Glasfaser 44 so gewählt werden
muß, daß sie eine beträchtliche Dämpfung aufweist. Im Falle einer nicht als Leitungs-Zwischenverstärker verwendeten Datenstation hat die überbrückungsglasfaser 44
eine geringe Dämpfung, und der größte Teil des von der
lasfaser 44 eingekoppelt^und nur ein kleiner Teil des
Lichts, lediglich genug, um die Datenstation in Betrieb zu halten, gelangt in das Glasfaserstück 41.
Bisher wurde nur ein System betrachtet, das über eine
einzige Glasfaser in einer einzigen Richtung betrieben
wird. Die Fig. 4 zeigt eine Anordnung, bei der Glasfaserverbindungen verwendet sind, die in beiden Richtungen betrieben werden, wobei jede Datenstation zu ihren beiden
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Machbarstationen sendet und von diesen empfängt. In diesem Falle sind beide Glasfaser-Kopplungsstücke 1Il und
43 an ein geneinsames Koppelelement 45 angekoppelt, das
wiederum durch getrennte weitere Kopplungsstücke 46 und
mit dem Empfänger 10 und dem Sender 43 gekoppelt ist.
Somit gelangt aus beiden Ubertragungsrichtungen Licht auf den Empfänger 10, und das vom Sender 33 abgegebene
Licht wird in beiden Ubertragungsrichtungen weitergeleitet. Die Wirkung des Glasfaser-Überbrückungsstückes
ist genau wie bisher angegeben.
Die Pig. 5 zeigt ein Glasfaser-Datenübertragungssystem, bei dem zwei in jeweils einer Richtung betriebene Sammelleitungen 50 und 51 zwei Hauptstationen 52 und 53 verbinden und bei dem Zwischenstationen 54 und 55 an die
Sammelleitungen angeschaltet sind. Jede Zwischenstation empfängt von jeder Sammelleitung und sendet auf jeder
Sammelleitung. In diesem Falle ist, wie bei allen anderen Anordnungen, eine Synchronisation der Kanalzeiten der
einzelnen Stationen erforderlich. Die Kopplungsanord
nungen der Zwischenstationen sind in Fig. 6 im Einzelnen
gezeigt. Die ankommende Glasfaser 50 a der Sammelleitung 50 speist das Glasfaser-Kopplungsstück 56 und das Glasfaser-Uberbrückungsstück 57, wogegen die ankommende Glasfaser 51 b der Sammelleitung 51 das Glasfaser-Kopplungs-
stück 58 und das Glasfaser-überbrückungsstück 59 speist.
Die Kopplungsstücke 56 und 58 sind wiederum über ein gemeinsames Kopplungselement 60 mit dem Empfänger 10 verbunden. Der Sender 33 speist über ein gemeinsames kurzes
Kopplungselement 61 die GlasfaserkopplungsstUcke
62 und 63, die wiederum mit den abgehenden Glasfasern 50 b
und 51 a verbunden sind.
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Die Erfindung kann auf Brückensysteme angewendet werden,
bei denen beispielsweise zwei Ringsysteme über eine kurze gemeinsame Verbindung miteinander verbunden sind,
so daß das Licht jedes Ringes jeweils in den anderen Ring eingekoppelt wird.
Das Problem des Laufzeitunterschiedes zwischen dem Signal, das durch das T-Stück läuft, und dem in der
Datenstation regenierten Signal könnte eine untragbare Verzerrung durch Zeichenüberlappungen zur Folgehaben.
Diese Verzerrung könnte dadurch beseitigt werden, daß entweder im weiterführenden Teil des T-Stücks eine
optische Verzögerung hinzugefügt wird, oder daß die Dämpfung auf diesem Stück soweit erhöht wird, daß die Verzerrung
durch Zeichenüberlappungen hingenommen werden kann.
Beispielsweise betrögt bei einer Dämpfung von 20 dB in Vorwärtsrichtung, bei einer Abgriffs-Dämpfung von
-3 dB und bei einer Dämpfung auf einem Streckenabschnitt von 5 dB die normale Dämpfung zwischen den Stationen
11 dB. Wenn eine Station ausfällt, so beläuft sich die Dämpfung auf 36 dB. Verzögerte Impulse, deren Pegel um
20 dB unterhalb des Signalpegels liegt, wären tragbar. Dieses Beispiel zeigt, daß der Ausfall einer Datenstation
leicht verkraftet werden kann. Ein System anzugeben, das auch den Ausfall zweier benachbarter Stationen verkraftet,
wäre allerdings schwierig.
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Claims (1)
- PatentanwaltDipl.Phys.Leo THULPostfach 300 929 97?SRftß7000 Stuttgart 30 * ' '· y w v vM.Chown-J.G.Farrington I6-IINTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, New YorkAnsprücheOptisches Datenübertragungssystem, dessen Datenstationen an eine gemeinsame, im Zeitmultiplex betriebene Sammelleitung angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Datenstation (A bis H) Mittel (Pa bis Ph) enthält, die einen Teil des auf der angeschlossenen Glasfaser (Lh bis Lg) ankommenden Lichts vom Eingang des Empfängers (Ra bis Rh) dieser Station auf den Ausgang des Senders (Ta bis Th) dieser Datenstation koppeln (Fig. 1).System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (Pa bis Ph) eine Glasfaser (M) enthalten, die optisch zwischen die ankommende (1IO) und die abgehende Glasfaser (42) gekoppelt ist, derart, daß sie einen Teil des ankommenden Lichts an der Datenstation vorbeileitet (Fig. 3).21.06.1977, Kg/Ku7098ft?/0fi15 ORIGINAL INSPECTEDM.Chown lG-13. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß einige (c, F, H) der Datenstationen als Leitungsverstärker betrieben werden, an denen nur der kleinere Teil des empfangenen Lihts vorbeigeleitet wird, wogegen an allen anderen Datenstationen (A, B, D, E, G) der größere Teil des empfangenen Lichts vorbeigeleitet wird (Fig. 1).4. System nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, daß eine als Leitungsverstärker betriebene Datenstation (C, F, H) Mittel enthält, die den elektrischen Ausgang ihres Empfängers (Rc) während aller Kanalzeiten des Zeitmultiplexrahmens mit ihrem elektrischem Eingang (Tc) koppeln, jedoch nicht während derdieser Datenstation zugeteilten Kanalzeit.5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitung in beiden Übertragungsrichtungen betrieben wird und daß jede eine Datenstation mit einer benachbarten Datenstation verbindende Glasfaser (40, 42) über ein optisches Koppelelement (45) sowohl mit dem Sender (33) als auch mit dem Empfänger (10) der Datenstation verbunden ist (Fig. 4).6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der Datenstationen (54, 55) an zwei getrennte Glasfasern (50, 52) mit entgegengesetzten Übertragungsleitungen angeschlossen sind, derart, daß ein Teil des auf jeder dieser Glasfaser (50a, 51b) ankommenden Lichts mittels jeweils einer Überbrückungs-Glasfaser (57, 59) an der Datenstation vorbeigeleitet wird (Fig. 5, Fig. 6)709882/0815
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