DE2703625A1 - Digitale relaisanlage - Google Patents

Description

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THE GENERAL ELECTRIC COMPANY LIMITED. London, England

Digitale Relaisanlage

Die Erfindung bezieht sich auf digitale Relaisanlagen und auf Einrichtungen in solchen Anlagen. Digitale Relaisanlagen können über Richtfunkstrecken oder über Landverbindungen betrieben werden,

Bei digitalen Relaisanlagen mit einer Anzahl von Kanälen ist es oft erwünscht, einen der Kanäle durch einen anderen Kanal zu ersetzen, und zwar während des Betriebs, Dabei tritt das Problem auf, daß bsi der Kanalum3chaltung einige der übertragenen Daten verloren gehen oder einige der Daten zweimal übertragen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine digitale Relaisanlage zu schaffen, bei der die Datenübertragung bei einer Kanalunischaltung nicht störend beeinträchtigt wird.

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Nach der Erfindung ist eine digitale Rolaisan- ^ mit einer Vielzahl von normalen Kanälen und mit einem Bereitschaftskanal, über den digitale Datensignalo von einem ausgewählten der normalen Kanäle geleitet wardsn können, gekennzeichnet durch Steuermittel zum Einstellen einer synchronen Beziehung zwischen der Phase der Datensignale, die den Bereitschaftskanal passieran, und der Phase der Datensignale, die den ausgewählten normalen Kanal passieren, und durch Schaltmittel zum Ersetzen des ausgewählten Kanals durch den Bereitschaftskanal, oder umgekehrt, bei erreichter synchroner Phasenbeziehung.

In den Bereitschaftskanal ist vorzugsweise eine variable Verzögerungsanordnung eingeschaltet, die derart ausgebildet ist, daß sie die Phase der Datensignale einstellt, die durch den Bereitschaftskanal laufen.

Die Steuermittel enthalten vorzugsweise eine Einrichtung, die die Phase der durch den Bersitschaftskanal laufenden Datensignale mit der Phase der durch den ausgewählten normalen Kanal laufenden Datensignale vergleicht und die ein Fehlersignal erzeugt, das zur Einstellung der Phase der durch den Bereitschaftskanal geleiteten Datenaignale benutzt wird.

Dar durch den Bereitschaftskanal zu ersetzende normale Kanal kann entweder nanuall oder automatisch ausgewählt wurden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand einer Zeichnung erläutert. Es zeigt:

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Fig. 1 ein Blockschaltbild einer nach der Erfindung ausgebildeten digitalen Relaisanlage und

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer in der Anlage nach der Fig. 1 verwendeten Schaltanordnung.

Eine in der Fig. 1 dargestellte digitale Relais anlage enthält fünf normale Kanäle 1 bis 5 und einen Bereitschaftskanal 6. Die Kanäle erstrecken sich zwischen Jeweils zugeordneten Eingangsanschlüssen I und entsprechenden Au3gangsanschlUssen O. Weiterhin sind die Eingangsanschlüsse I an zugehörige feste Kontakte eines Drehschalters 7 angeschlossen. Den Eingangsanschlüssen I der fünf normalen Kanäle 1 bis 5 werden Binärsignale "doppelter Geschwindigkeit¹¹ von der Art zugeführt, wie sie aus der DT-OS 24 48 683 bekannt sind. Solche Binärsignale "doppelter Geschwindigkeit" tragen die Daten eines normalen Binärsignals mit der zweifachen Ziffernfolge des normalen Binärsignals. Jede Ziffer des normalen Binärsignals, das einen besonderen Binärwert hat, wird in dem Binärsignal "doppelter Geschwindigkeit" durch ein Paar von Ziffern dargestellt, die die Werte "01ⁿ (oder ⁿ10") haben. Die Ziffern des normalen Binärsignals, die den anderen Binärvert haben, werden in entsprechender V/eise durch Paare von Ziffern dargestellt, deren Warte abwechselnd "00" und "11" betragen.

Die Ein^angsanschlüsse I der fünf normalen Kanäle 1 bis 5 sind nit den Eingängen von fünf zugehöri gen Signalverarbeitungsanordnungan 8 verbunden, von denen jede derart ausgebildet ist, daß sie au3 dem Binärsignal "doppelter Geschwindigkeit", das dem Eingangsanachluß I des zugehörigen normalen Kanals zugeführt wird, ein normales Binärsignal und ein Taktai-

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gnal nit einer FoIjg von Taktiapulsen ableitet. Weitsrhin ist jede der Signnlvararbeitungaanordnungen 8 dsrart ausgebildet, daß sie das normale Binärsignal und das Taktsignal in eine Form umsetzt, die zur Modulation eines zugeordneten Funkkanals 9 einer Richtfunkstrecke 10 geeignet ist. Ein bewegbarer Kontakt 11 de3 Dreh3chalters 7 ist mit dem Eingang einer Bereitschaftssi gnalverarbeitungsanordnung 12 verbunden, die ebenfalls derart ausgestaltet ist, daß sie aus einem Binärsignal "doppelter Geschwindigkeit" ein normales Binärsignal und ein Taktsignal ableitet und diese Signale in eine solche Form umsetzt, die zur Modulation eines Bereitschaftsfunkkanals 13 der Richtfunkstrecke 10 geeignet i3t.

Die Ausgangssignale aller Funkkanäle 9 werden entsprechend zugeordneten digitalen Verarbeitungsschaltungen 14 zugeführt, von denen jede derart ausgebildet ist, daß sie aus einem empfangenen Ausgangssignal ein normales Binärsignal und ein Taktsignal ableitet. In ähnlicher Weise wird das Au3gang3signal de3 Bereitschaf tsfunkkanal a 13 einer digitalen Bereitschaftsverarbaitungsschaltung 15 zugeführt, die ebenfalls aus dem empfangenen Ausgangssignal ein normales Binärsisnal und ein Taktsignal ableitet. Die normalen Binärsignale und die Taktsignale der Verarbeitungsschaltungen 14 werden entsprechend zugeordneten Eingangslöitung'in 16 bis 20 einer Schaltanordnung 21 zugeführt. Ausgangsleitungen 22 bi3 26 der Schaltanordnung 21 sind mit entsprochen^ zugehörigen Schaltungsanordnungan 27 verbunden, die die normalen Binärsignale in Binärsignale "doppelter Geschwindigkeit" uasetzsn. Die normalem Einärsignale und dis Taktsignalo von der Bereitscha:Tc;r/:irarb3itung33chaltung 15 werden ebanfalls einer Eingangsloittmg 28 der Schaltanordnung 21 zugeführt.

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Eine entsprechend zugeordnete Ausgangsleitung 29 führt zu einer Boreitschaftsschaltungsanordnung 30, uia das Binärsignal in ein Binärsignal "doppelter Geschwindigkeit" umzusetzen.

Die Stellung des bewegbaren Kontakts 11 des Drehschalters 7 wird von einer Überwachungs- und Steueranordnung 31 überwacht und gesteuert, die über einen Hilfskanal 32 der Richtfunkstrecke 10 mit einer weiteren Überwachungs- und Steueranordnung 33 verbunden ist, deren Aufgabe darin besteht, die Arbeitsweise der Schaltanordnung 21 zu überwachen und zu steuern.

Wie es aus der Fig. 2 hervorgeht, weist die Schaltanordnung 21 fünf Umschalter 34 bis 38 auf, von denen jeweils der eine feststehende Kontakt mit einer der Eingangsleitungen 16 bis 20 verbunden ist und der bev/egbare Kontakt an die jeweils zugehörige der Ausgangsleitungen 22 bis 26 angeschlossen ist. Die anderen feststehenden Kontakte der Umschalter 34 bis 38 stehen gemeinsam mit dem Ausgang einer veränderbaren Verzögerungsanordnung 39 in Verbindung, deren Eingang an die Eingang3leitung 28 angeschlossen ist. Der Ausgang der veränderbaren Verzögerungsanordnung 39 führt zum einen Eingang eines Fehlerdetektors 40, dessen anderer Eingang nit dam bewegbaren Kontakt 41 eines Dr&hschalters 42 verbunden ist, der fünf feststehende Kontakte aufweist, von danen jeder jeweils mit einer zugeordneten der Eingangsleitungen 16 bis 20 verbunden ist. Der Ausgang des Fqhlerdetektors 40 führt zum Eingang einer Steuerlogikschaltung 43, die fünf Ausgangsleitungen 44 bis 48 aufxveist, von denen jede zur Steuarung der Arbeitsweise von jeweils einem der Umschalter 34 bis 38 dient. Eine weitere Ausgangsleitung 49 der Steuerlogikschaltung 43 ist zur Steuerung dar Arbsits-, v/eis;? dar veränderbaren Verzögerungsanordnung 39 vorgesehen. 709832/0671

Die beschriebene Anlage arbeitet wie folgt, falls eine Einrichtung, die einen ausgewählten der normalen Kanäle 1 bis 5 darstellt, beispielsweise der norcale Kanal 1, durch die Einrichtung, die den Bereitschaftskanal 6 darstellt, ausgetauscht bzw. ersetzt werden soll. Falls der normale Kanal 1 als der zu ersetzende Kanal ausgewählt ist, gibt die Uberwachungs- und Steueranordnung 33 ein Signal an die Steuerlogikschaltung 43 ab und sendet auch über den Hilfskanal 32 der Richtfunkstrecke ein Signal an die Uberwachungs- und Steueranordnung 31 aus. Die Überwachungsund Steueranordnung 31 überwacht die Stellung des bewegbaren Kontakts 11 und bewegt diesen Kontakt in eine solche Stellung, daß er den Eingangsanschluß I des normalen Kanals 1 mit der Bereitschaftssignalverarbeitungsanordnung 12 verbindet. Währenddessen überwacht die überwachungs- und Steueranordnung 33 die Stellung des bewegbaren Kontakts 41 und bewegt diesen Kontakt in eine solche Stellung, daß er die Eingangsleitung 16 mit den Eingang des Fehlerdetektors 40 verbindet. In dieser Zeit nehmen alle bewegbaren Kontakte der Umschalter 34 bis 38 die in der Fig. 2 dargestellte Stellung ein.

Der Fehlerdetektor 40 empfängt somit die Signale, die durch den normalen Kanal 1 laufen, und zwar über die SignalVerarbeitungsanordnung 8, den Funkkanal 9, die digitale Verarbeitungsschaltung 14, die Eingangsleitung 16, den bawsgbaren Kontakt 41 und eine Eingangsleitung 50. Der Fehlerdetektor 40 erhält auch die Signale, die am Eingangsanschluß I des normalen Kanals 1 anliegen, aber über den bewegbaren Kontakt 11, den Bereitschaftskanal 6, die Bereitschaftssignalverarbeltungsanordnons 12, den Bereitschaftsfunkkanal 13, die digitale Bereitschaftsverarbeitungsschaltung 15, die Eingangsleitung 28, die veränderbare Verzögerungsanord-

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nung 39 und eine Eingangsleitung 51 laufen. Dar Fehlerdetektor 40 vergleicht die Phase der über die beiden beschriebenen Wege empfangenen Signale und liefert ein Fehlersignal, das über eine Leitung 52 der Steuerlogikschaltung 43 zugeführt wird. Die Steuerlogikschaltung 43 gibt an der Ausgangsleitung 49 ein Ausgangssignal ab, das die durch die veränderbare Verzögerungsanordnung 39 hervorgerufene Verzögerung so lange verstellt, bis die Phase der Daten, die der Fehlerdetektor 40 über die Eingangsleitung 51 erhält, mit der Phase der Daten, die der Fehlerdetektor 40 Über die Eingangsleitung 50 erhält, bitsynchron ist.

Der normale Kanal 1 und der Bereitschaftskanal 6 sind jetzt miteinander synchronisiert, und das über die Leitung 52 der Steuerlogikschaltung 43 zugeführte Signal ruft jetzt an der Ausgangsleitung 48 ein Ausgangssignal hervor, das den umschalter 34 betätigt. Die dem Eingangsanschluß I des normalen Kanals 1 zugeführten Signale werden jetzt durch die Bereitschaftssignal Verarbeitungsanordnung 12, den Bereitschaftsfunkkanal 13 und die digitale Bereitschaftsverarbeitungsschalfcung 15 zur zugehörigen Ausgangsschaltungsanordnung 27 geleitet. Die den Bereitschaftskanal 6 bildende Einrichtung ersetzt somit die den normalen Kanal 1 bildende Einrichtung, ohne daß ein beachtlicher Schlupf oder Bruch in den Daten auftritt, die durch den ersetzten Kanal gerade übertragen werden. Zwischen jede der Ausgangsleitungen 22 bi3 26 und 29 und die jeweils zugeordneten Ausgangsschaltungsanordnungen 27 und 30 kann nan noch eine jeweils zugeordnete Schaltungsanordnung schalten, um irgendwelche "Zittervorgänge¹¹ zu vermindern, die sonst zum Ausgang3anschluß 0 übertragen werden.

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Die Anlage kann auch den umgekehrten Vorgang ausführen, d.h., sie kann die Einrichtung, die von dem Bereitschaftskanal 6 gebildet wird, durch die Einrichtung ersetzen, die den ausgewählten normalen Kanal 1 bildet. Wie zuvor empfängt der Fehlerdetektor AO Signale, die durch den normalen Kanal 1 geleitet werden, also über die Signalverarbeitungsanordnung 8, den Funkkanal 9, die digitale Verarbeitungsschaltung 14, die Eingangsleitung 16, den bewegbaren Kontakt 41 und die Eingangsleitung 50 laufen, und Signale, die zwar ebenfalls am Eingangsanschluß I des normalen Kanals 1 anliegen, aber über den Bereitschaftskanal 6 weitergeleitet werden, also über den bewegbaren Kontakt 11, die Bereitschaftseignalverarbeitungsanordnung 12, den Bereitschaftsfunkkanal 13, die digitale Bereitschaftsverarbeitungsschaltung 15, die Eingangsleitung 28, die veränderbare Verzögerungsanordnung 39 und die Eingangsleitung 51 laufen. Der Fehlerdetektor 40 vergleicht die Phase der über diese beiden Wage empfangenen Signale und liefert ein Fehlersignal, das über die Leitung 52 der Steuerlogikschaltung 43 zugeführt wird. Die Steuerlogikschaltung 43 gibt an die Leitung 49 ein Ausgangssignal ab, das die von der veränderbaren Verzögerungsanordnung 39 hervorgerufene Verzögerung derart einstellt, daß die Phase der Daten, die dem Fehlerdetektor 40 über die Eingangsleitung 51 zugeführt werden, bitsynchron mit der Phase der Daten ist, die der Fehlerdetektor 40 über die Eingangsleitung 50 erhält.

Der normale Kanal 1 und der Bereitschaftskanal 6 sind jetzt miteinander synchronisiert, und das der Steuarlogikschaitung 43 über die Leitung 52 zugeführte Signal ruft an der Leitung 48 ein Ausgangssignal hervor, das den Umschalter 34 so betätigt, daß er in seine ursprüngliche Stellung zurückkehrt. Die am Eingangsanschluß I des normalen Kanals 1 anliegenden Signale

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laufen Jetzt über die Signalverarbeitungsanordnung 8, den Funkkanal 9, die digitale Verarbeitungsschaltung und die Schaltungsanordnung 53 zur Ausgangsschaltungüanordnung 27. Die den Bereitschaftskanal 6 darstellende Einrichtung wird somit durch die Einrichtung ersetzt, die den normalen Kanal 1 bildet, ohne daß dabei irgendein beachtlicher Schlupf oder Bruch in den Daten auftritt, die gerade übertragen werden. Die Schaltungsanordnung 53 dient wiederum zur Herabsetzung von irgendwelchen auftretenden "Zittervorgängen¹¹.

Die Binärsignale "doppelter Geschwindigkeit" und die normalen Binärsignale sowie Taktimpulse werden typischerweise mit 139,264 Megabit pro Sekunde übertragen. Die Gesamtstreuung der Verzögerung durch digitale Abschnitte der Anlage ist so bemessen, daß sie nicht mehr als ί 3 Ziffern oder 21 Nanosekunden ausmacht. Damit die veränderbare Verzögerung im Bereitschaftskanal 6 stets positiv ist, kann man die Kanäle 1 bis 5 um eine feste Verzögerung von drei Ziffern oder 21 Nanosekunden verzögern. Die von der veränderbaren Verzögerungsanordnung 39 bereitzustellende Verzögerung braucht daher nicht größer als O bis 6 Ziffern oder O bis 42 Nanosekunden zu sein, um der maximalen Streuung der Verzögerungen zwischen den Kanälen Rechnung zu tragen.

Derjenige Kanal, der von dem Bareitschaftskanal 6 ersetzt werden soll, kann manuell oder automatisch ausgewählt werden. Die Kanäle können Richtfunkstrecken enthalten, wie es oben beschrieben ist, oder können Landverbindungen aufweisen, bsi denen es sich un herkömmliche Leitsr oder optische Faserleiter handeln kann.

Die schwierigste Kombination an Umständen für die Prüfung auf Synchronismus liegt vor, wenn eine hohe Fehlerrate (größer als 1 in 10 ) auftritt und Ruhaver-

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kehrsdaten vorliegen, d.h, nur Einsen oder Nullen mit Ausnahme des Rahmenausrichtsignals, von dem angenommen wird, daß es die Form 11111O1OOOOOO hat und etwa alle 3000 Bits auftritt. Wenn in diesem Fall die beiden Datenströme, die dem Fehlerdetektor 40 zugeführt werden, kann man für nicht mehr als vier Fehler (plu3 Rauschen) in etwa 3000 Ziffern garantieren. Das Problem besteht somit darin, die 1-in-10 -Fehlerrate infolge Nichtausrichtung in der Gegenwart einer Rauschfehlerrate von mehr als 1 in 10 zu erkennen. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß die vier Fehler infolge Nichtausrichtung der beiden Datenströme innerhalb eines Bereiches von acht Ziffern auftreten.

Die Strategie zur Bestimmung der Ausrichtung zwischen den beiden Datenströmen, die der Fehlerdetektor empfängt, ist somit die folgende:

1. Wenn in irgendwelchen acht Ziffern vier Fehler vorkommen, d.h. vier Ziffern nicht einander äquivalent sind, sind die beiden Datenströme nicht miteinander ausgerichtet oder es handelt sich nicht um dieselben Daten.

2. Wenn in irgendwelchen acht Ziffern weniger als vier Fehler in einer Periode vorkommen, die größer als die Zeit zwischen zwei Rahaenausrichtsignalen ist, werden die beiden Datenströme als identisch und als miteinander ausgerichtet betrachtet.

Unter Verwendung der obigen Kriterien werden die folgenden Situationen betrachtet:

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1. Wenn die beiden Datenströme miteinander nicht ausgerichtet sind und sich der Verkehr einem Zufallsdaten» verkehr nähert, wird mit einer Wahrscheinlichkeit von etwa 99% in einer Probe von zwölf Ziffern Nichtausrichtung festgestellt,

2. Wenn die beiden Datenströme richtig miteinander ausgerichtet sind, jedoch Rauschen eine Poisson-Fehler-

rate von 1 in 10 verursacht, ist die Wahrscheinlichkeit, daß in einer Probe von acht mehr als drei Fehler auftauchen, etwa 1 in 10 . Die Wahrscheinlichkeit einer störenden Feststellung einer Nichtausrichtung in der Zeit zwischen Rahmenausrichtsignalen liegt somit in der Größenordnung von 1 in 10³.

3. Wenn die beiden Datenströme nicht miteinander ausgerichtet sind und der gesamte Verkehr ruht, ausgenommen die Rahmenausrichtsignale, beträgt die Wahrscheinlichkeit, daß das Rahmenausrichtsignal in einer Leitungsfehlerrate von 1 in 10 maskiert wird, etwa 1 In 25.

2 Bei einer Rauschfehlerrate von 1 in 10 kann man

somit eine Nichtausrichtung in etwa zwölf Datenbits oder etwa 100 Nanosekunden feststellen. Wenn die Bandbreite der Steuerschleife der veränderbaren Verzögerung etwa 500 kHz beträgt, braucht man zur Änderung der Verzögerung um ein Bit etwa 2 Mlkrosekunden. Alle sech3 Verzögerungspositionen kann man daher in etwa 10 Mikrosekunden abtasten. Wenn alle Daten mit Ausnahme der Rahmenausrichtsignale Null oder Eins sind, nimmt die Zeit bei einer Ausfallrate von 1 in 25 auf etwa 100 Mlkrosekünden zu (in Abhängigkeit von der 1-in-10 -Leitungsfehlerrate). Bei geringerem Rauschen (1 in 10 oder besser) fällt die Ausfallrate für die richtige Ausrichtung auf weniger als 1 in 10^ oder wird noch niedriger.

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Claims (8)

1. Patentansprüche

   1,) Digitale Relaisanlage ait einer Vielzahl von normalen Kanälen und mit einem Bereitschaftskanal, Ober den digitale Datensignale von einem ausgewählten der normalen Kanäle geleitet werden können, gekennzeichnet durch Steuermittel (39, 40, 43, 49) zum Einstellen einer synchronen Beziehung zwischen der Phase der Datensignale, die den Bereitschaftskanal (13) passieren, und der Phase der Datensignale, die den ausgewählten normalen Kanal (1, 2, 3» 4 oder 5) passieren, und durch Schaltmittel (34 bis 38) zum Ersetzen des ausgewählten Kanals durch den Bereitschaftskanal, oder umgekehrt, bei erreichter synchroner Phasenbeziehung.
2. 2. Digitale Relaisanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine variable Verzögerungsanordnung (39), die in den Bereitschaftskanal (6) geschaltet ist und derart ausgebildet ist, daß sie die Phase der den Bereitschaftskanal passierenden Datensignale einstellt.
3. 3. Digitale Relaisanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel eine Einrichtung (40) enthalten, die die Phase der den Bereit3chaft3kanal passierenden Datensignale mit der Phase der den ausgewählten normalen Kanal passierenden Datensignale vergleicht und ein Fehlersignal liefert, das zur Einstellung der Phase der den Bereitschaftskanal passierenden Daten3ignale benutzt wird.

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   ORIGINAL INSPECTED

   The General Electric Company Li/Gu-8679
4. 4. Digitale Relaisanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche,

   dadurch gekennzeichnet, daB der durch den Bereitschaftskanal zu ersetzende normale Kanal manuell ausgewählt ist.
5. 5. Digitale Relaisanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Bereitschaftskanal zu ersetzende normale Kanal automatisch ausgewählt 1st.
6. 6. Digitale Relaisanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche,

   dadurch gekennzeichnet, daB die digitalen Datensignale Binärsignale doppelter Geschwindigkeit von einer solchen Art sind, daß die dem einen Binärwert zugeordneten Ziffern durch ein Paar von Ziffern mit den Werten "01 ■ (oder "10") dargestellt sind und die dem anderen Binärwert zugeordneten Ziffern durch ein Paar von Ziffern dargestellt sind, die abwechselnd die Werte "00" und "11" haben.
7. 7. Digitale Relaisanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle Richtfunkverbindungen (9) enthalten.
8. 8. Digitale Relaisanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle Landverbindungen enthalten.

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