DE3144722A1

DE3144722A1 - Ausfallsicheres uebertragungssystem

Info

Publication number: DE3144722A1
Application number: DE19813144722
Authority: DE
Inventors: Stewart Edward 07760 Locust N.J. Miller
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1980-11-14
Filing date: 1981-11-11
Publication date: 1982-06-24
Also published as: SE8106524L; FR2494528B1; SE454831B; NL8105153A; US4370745A; GB2089621A; JPS57112150A; CA1211528A; FR2494528A1

Description

.1 Ir λ. .:.··.. Λ 31U722

Ausfallsicheres Übertragungssystem

Die Erfindung betrifft Netzwerkausbildungen zur B.ereltstellung einer brauchbaren Signalübertragung unabhängig ■ von einer vollständigen Unterbrechung einer von mehreren Übertragungsverbindungen.

Die Aufrechterhaltung des Betriebs bei der Unterbrechung einer Übertragungsverbindung ist in üblicher Weise mit Hilfe von Reserve-Übertragungsverbindungen erreicht worden. Während zwar eine Reserveverbindung für mehrere in Betrieb befindliche Verbindungen vorgesehen werden kann, bietet diese Praxis keine Lösung für ein Übertragungssystem unter Verwendung optischer Fasern. Beispielsweise kann es wirtschaftlich zweckmäßig sein, zwei oder mehrere Fasern als Einheit zu behandeln, sie in eine bandförmige Anordnung zu bringen und mit Wiederholverstärkern unter Verwendung eines einzigen Steckverbinders abzuschließen. Die Detektoren, . lichtemittierenden Dioden (LED) und Laser können jeweils zusammen auf einem einzigen Halbleiterplättchen hergestellt ■ und die elektronischen Schaltungen für mehrere Wiederholverstärker auf einem einzigen Halbleiterplättchen untergebracht werden. Wenn eine Wartung eines dieser Bauteile erforderlich ist, werden alle über die bandförmige Anordnung verlaufenden Übertragungsverbindungen unterbrochen. Es ist also in hohem Maße wünschenswert, die Übertragung so vorzunehmen, daß eine brauchbare (wenn auch etwas ver-.

schlechterte) Übertragung aufrechterhalten bleiben kann, wenn eine Verbindung (gegebenenfalls nur für wenige Sekunden) unterbrochen ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Bei einem.ausfallsicheren System nach der vorliegenden Erfindung wird der Informationsgehalt eines oder mehrerer • Eingangssignale in eine Vielzahl von codierten Signalen"

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codiert, derart, daß eine Information mit Bezug auf jedes Eingangssignal in wenigstens zwei codierten Signalen enthalten ist. Jedes codierte Signal wird dann über eine andere Übertragungsverbindung einer Vielzahl von Übertragungsverloindungen zu einem Decodierer übertragen,· der die ursprünglichen Signale wiedergewinnt.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß unter kurzzeitiger Inkaufnahme entweder eines verschlechterten Signal-Rauschverhältnisses oder einer Verringerung der Bandbreite der Betrieb selbst dann nicht unterbrochen wird, wenn eine depr Übertragungsverbindungen vollständig ausfällt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß unproduktive Reserve-Übertragungsverbindungen nicht erforderlich sind. '.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: .

Fig. 1 ein ausfallsicheres Übertragungssystem nach.' der _ö ' Erfindung,

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Codierers zur praktischen Verwirklichung der Erfindung, Fig. 3 die Arbeitsweise des Codierers nach Fig. 2, Fig. 4 einen Decodierer zur Wiedergewinnung der durch

den Codierer gemäß Fig. 2 codierten Signale, Fig·. 5 einen Codierer zur Codierung von drei Signalen, Fig. 6 einen Codierer zur Codierung von ßigital-

signalen,
Fig. 7, 8, 9> 10 und 11 die Arbeitsweise des Codierers

nach Fig. 6,

Fig. 12 einen Decodierer zur Verwendung in Verbindung mit dem Codierer nach Fig. 6,

Fig. 13, 14 und 15 alternative Codier- und Decodier-•anordnungen.

Das in Fig. 1 dargestellte Übertragungssystem 10 nach der vorliegenden Erfindung weist einen Codierer 11 und einen Decodierer 12 auf, die über m unabhängige Übertragungsver-

dung der codierten Signale S₁ und s, kombiniert. Es werden also drei Übertragungsverbindungen benutzt, die zur Übertragung von drei Eingangssignalen dienen. Wenn eine Verbindung ausfällt, geht nur ein Drittel der Abtastwerte verloren. Dieser Verlust läßt sich dadurch verringern,daß der Decodierer einen fehlenden Abtastwert "einfüllt", indem er die Amplitude des vorhergehenden Abtastwertes benutzt, wenn eine Gruppe von Abtastwerten für mehr als ein Abtastintervall fehlt. Alternativ kann der Decodierer bei dem fehlenden" Abtastwert "raten", indem er den Mittelwert aus einem vorhergehenden und einem nachfolgenden Abtastwert zur Lieferung des fehlenden Abtastwertes bildet.

■ -■·;

Wenn das zu übertragende Signal ein Digitalsignal ist, ist es wichtig, daß keine größere Anzahl von Ziffern verloren geht. Ein Kompromiß für einen ausfallsicheren Digitalbetrieb ist ein verringertes Signal-Rauschverhältnis während der zeitweiligen Störbedingung. Dafür ist es na-• türlich erforderlich, daß das System für ein besseres als nur minimales Signal-Rauschverhältnis im normalen Betrieb ausgelegt ist.

Fig. 6-zeigt einen Codierer 60 für den beabsichtigten, digitalen und ausfallsicheren Betrieb, bei dem zur Erläuterung zwei synchrone Eingangssignale S₁ und S₂ mit der' gleichen Baüd-Rate codiert werden. Der Codierer besitzt ein Paar von Abtastschaltungen 61 und 62, die, die Eingangssignale S₁ und S₂ in Intervallen abtasten, die durch Taktimpulse 1 bzw. 2 aus einer Taktquelle 63 definiert werden. Die Ausgangsimpulse S^ und S'₂ der Abtastschaltungen werden in einer Summierschaltung 64 addiert,und das kombinierte Signal S¹.. + S'₂ wird an jede von zwei Über-" ' tragungsverbindungen 13.1 und 13.2 gegeben (d.h. S₁ = S₂ =

Fig. 7, 8, 9, 10 und 11 zeigen die durch den Codierer durchgeführte Signalverarbeitung. Nimmt man ein Signal S₁ gemäß Fig. 7 an, so tastet ein Takt 1 die erste Hälfte jeder Zeitlage ab und erzeugt ein Ausgangssignal mit der ·.

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halben Impulsbreite. Demgemäß ist das in Fig.. 8 dargestellte Signal S¹^ gleich dem Signals S^ mit der Ausnahme, daß jeder Ausgangsimpuls eine Impulsbreite t/2 oder die halbe Breite der entsprechenden ,Impulse im Signal S^ besitzt. In entsprechender Weise tastet der Takt 2 das Signal S₂ gemäß Fig. 9 ab. Der Takt 2 ist jedoch um eine halbe Zeitlage mit Bezug auf den Takt 1 verzögert, so daß er die zweite Hälfte jeder Zeitlage abtastet und das in Fig. 10 gezeigte Ausgangssignal S^f ₂ erzeugt, Die Signale S'.. und S^f ₂ werden dann addiert und ergeben das in Fig. 11 · gezeigte kombinierte Signal. Dieser Impulsstrom höherer Geschwindigkeit wird über zwei unabhängige Verbindungen zu einen Decodierer übertragen, in dem die ursprünglichen Signale wiedergewonnen werden. ...

Fig. 12 zeigt als Beispiel einen Decodierer 70 zur Verwendung in Verbindung mit dem Codierer 60.· Bei dieser Anordnung werden die getrennten Impulsströme s.. und S₂ in einer Summierschaltung 71 zur Verbesserung des Signal-Rauschverhältnisses kombiniert und gegebenenfalls in einem Regenerator 72 regeneriert. Die kombinierten Signale werden dann mit Hilfe von UND-Gattern 73 und 74 getrennt,· die durch Taktimpulsfolgen 1 und 2 betätigt werden, welche eine geeignete Phasenlage besitzen und zu den Abtastimpulsfolgen. S'^ und S'₂ synchron sind. Die Digitalsignale·S₁ und S₂. ursprünglicher Breite werden mit Hilfe von Impulsgeneratoren 75 und 76 wiederhergestellt.

Wenn eine Übertragungsverbindung' unterbrochen ist, fällt das Signal-Rauschverhältnis am Regenerator ab. Solange es jedoch oberhalb des Minimums bleibt, für das der Regenerator ausgelegt ist, lassen sich beide Eingangssignale gut wiedergewinnen.

Fig. 13 zeigt ein alternatives Codierschema'für eine ausfallsichefe Übertragung, bei der Digitalsignale in einen . vielstufigen-Impulsstrom mit der gleichen Baud-Rate zur Übertragung über zwei oder mehr Übertragungsverbindungen eingegliedert werden. Zur Erläuterung werden zwei Eingangs-

signale S^ und Sp in einen Ausgangsimpulsstrom zur Übertragung über zwei Verbindungen eingefügt. Es kann Jedoch eine größere Anzahl von binären oder mehrstufigen Eingangsströmen mit einer entsprechend größeren Zahl von Stufen im vielstufigen Ai'.sgangsimpulsstrom benutzt werden. Außerdem kann der Ausgangsimpulsstrom über mehr als zwei Verbindungen übertragen werden, um ein besseres Signal-Rauschverhältnis am Empfänger beim Auftreten eines Ausfalls zu erzielen.·

10. Beim Ausführungsbeispiel enthält der Codierer drei UND-Gatter 80, 81 und 82 , ein Exklusiv-ODER-Gatter 83 und einen Addierer 84. Die sich ergebende Codiermatrix ist in der nachfolgenden Tabelle I angegeben. . .

Tabelle I . ·

S₂

Markierung Zwischenraum

Markierung 1,5 0,5

• ^S1

Zwischenraum -1»5 -0,5

Wenn das Signal S^ eine Markierung und das Signal S^ einen Zwischenraum enthalten, wird das Gatter 80.betätigt und die Gatter 81 und 82 bleiben unbetätigt. Dann ergibt sich, daß ein Signal mit einer Einheit zusammen mit»einem Signal mit-0,5 Einheiten.an einen Addierer B4 gelangt, wodurch ein Ausgangssignal s^ = s^ = 0,5 erzeugt wird. Wenn im anderen Fall das Signal Sp eine Markierung und das Signal S₁ ein Zwischenraum sind, so wird das Gatter 80 abgeschaltet, und die Gatter 81, 82, 83 v/erden betätigt, wodurch ein Ausgangssignal mit -1,5 Einheiten erzeugt wird. Entsprechend ergibt eine Markierung für beide Signale ein Äusgangssignal von 1,5 Einheiten, während.ein Zwischenraum für beide Signale zu einem Ausgangssignal von -0,5 Einheiten führt. . .

Tabelle I zeigt, daß unabhängig vom Zustand des Signals S~

. ι.''.. Λ ·' 31U722

(Markierung oder Zwischenraum) das codierte Signal größer als 0 ist, wenn S₁ eine Markierung ist, und kleiner als 0, wenn S₁ ein Zwischenraum ist. Entsprechend ist unabhängig vom Zustand des Signals S₁ der Absolutwert des codierten Signals größer als 1, wenn Sp eine Markierung ist, und kleiner als 1, wenn S« ein Zwischenraum ist. Demgemäß kann ein Decodierer entsprechend der Darstellung in Fig. 1 kleine Einrichtung 90 zum Kombinieren der beiden identischen, übertragenen Signale S₁ und Sp sowie ein Paar von Entscheidungsschaltungen 92 und 93 enthalten. Zur Wiedergewinnung des Signals S₁ lauten die Decodierentscheidungen für die Entscheidungsschaltung 92 entsprechend der . . obigen Angabe. D.h. S₁ ist eine Markierung, wenn das Äusgangssignal R.des Addierers 90 größer als 0 ist. Es ist ein Zwischenraum für R < 0. Zur Wiedergewinnung des Signals Sp prüft die Entscheidungsschaltung 93 den Absolutwert des Signals R, derart, daß eine Ausgangsmarkierung erzeugt wird, wenn gilt: jRl > 1, und ein Ausgangszwischenraum, wenn gilt: | R| < 1.

Wenn ein Fehler auf einem der beiden Übertragungswege auftritt, halbiert sich der Wert" des Signals R. Dies beeinflußt zwar die Arbeitsweise der Entscheidungsschaltung 92 nicht,macht jedoch eine Änderung für den Entscheidungsbezugswert der Entscheidungsschaltung 93 erforderlich. Dem kann durch einen ·Pegeldetektor 95 Rechnung getragen.werden, der diese Änderung feststellt und ein geeignetes Schwellenwert-Rückstellsignal liefert, das den Entscheidungsbezugspegel in der Schaltung 93 zurückstellt. Alternativ kann eine automatische Verstärkungsregelung verwendet werden, die einen konstanten Pegel des Eingangssignais für die Schaltung 93 aufrecht erhält. ' .

Fig. 15 zeigt eine weitere Codier- und Decodieranordnung, bei der die Markierwerte für die beiden Eingangssignale verschieden sind. Beispielsweise beträgt im Impulsstrom S₁ der Markierwert A, und der Zwi3chenraumwert ist 0. Im. Impulsstrom S₂ ist der Markierwert B, und der Zwischenraumwert ist 0. Im Codierer werden die Signale S₁ und S₂. im

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-12-

Addierer 100 zur Bildung eines ersten codierten Signals S₁ addiert und in einer Differenzschaltung 101 zur Bildung eines zweiten codierten Signals so subtrahiert. Die sich ergebenden Signale s. und Sp-sind in den nachfolgenden Tabellen II und III angegeben.

" ' ■' Tabelle II ·

	Signal S₁	^S2	Markierung	Zwischenraum
	A + B	A
	B	0
Markierung	Tabelle III
Zwi schenraumj

Signal

	Markierung	Zwischenraum
Markierung	A-B	A
Zwischenraum	-B	O

Im Decodierer werden die empfangenen Signale s^ und S£ in einem zweiten- Addierer 102 zur Erzeugung eines dritten Signals oC addiert und in einer zweiten Differenzschaltuhg 103 zur Erzeugung eines vierten Signals β subtrahiert, wie in den nachfolgenden Tabellen 17 und V angegeben ist.

Tabelle IV Signal <£■

Markierung Markierung 2A Zwischenraum 0

Zwischenraum " 2A 0

	Tabelle V	S₂	Zwi s chenraum
•	Signal J3	0
		0
	Markierung
5 ; Markierung	2B
. ^S1 Zwischenraum	2B

Wenn also beide übertr'agungsverbindungen normal arbeiten, gibt das Signal oC den Bitstrom S^ .direkt an, und das Signal β gibt den Bitstrom S₂ direkt an. Wenn jedoch eine der Verbindungen unterbrochen ist, enthält jedes der Ausgangssignale cL und β Komponenten beider Eingangssignale. Wenn beispielsweise die Verbindung S₂ ausfällt, so wird das Signal dC = s,- und β = -s,.. Wenn man weiter zur Erläuterung .annimmt, daß A = 1 und B = 1/2 ist, so erhält man das Signal o6 als Funktion der Eingangssignale S^ und S₂ entsprechend der nachfolgenden Tabelle VI. '

Tabelle VI

Signal oC ■ . - . .

S₂

Markierung ^; Zwischenräum Markierung 1,5 1,0 .

^S1

Zwischenraum 0,5 0

Für dieses Beispiel lautet die Entscheidungstabelle wie • folgt: · ..

wenn: «ό>0,75, ist S^ eine Markierung j

• <C<.0,75, ist S^ ein Zwischenraum^ wenn: ;*c>1,25j ...

oder 0,25 ^d- <p,75, ist S₂ eine Markierung;

wenn: <C <0,25,

ode.r Ο,75<Λ<1,25, ist S₂ ein Zwischenraum.

Demgemäß sind geeignete Entscheidungsschaltungen 105 und 104, die an die jeweiligen Signalparameter angepaßt sind, am Ausgang des Addierers bzw. der Differenzschaltung 103 zur WMergewinnung der Eingangsbitströme S₁ und S₂ angeordnet. ' .

Die nachfolgende Tabelle VII gilt für den Fall ■, daß die Verbindung S₁ ausfällt und das Signal S₂ zur Wiedergewinnung der Eingangssignale S₁ und S₂ benutzt wird.

Tabelle VII ■ " ·

. Signal β

• - ' ^S2

• . Markierung - Zwischenraum

Markierung 0,5 1

Zwischenraum -0,5 0

, Wenn: · ß > 0,75 ^S2 ⁼

s^ = Markierung 0,25<ß <0,75 S₂ = Markierung

s= Markierung . ·

1 '

-0,25 5 p <0,25 S₂ = Zwischenraum

S₁ = Zwischenraum

β <-0,25 S₂ = Markierung

S₁ = Zwischenraum

Zusammenfassung der Erfindung Es ist eine Anzahl von speziellen Codier- und Decodierv'erfähren zur·Erzielung einer ausfallsicheren Übertragung ohne ' Reserveeinrichtungen beschrieben worden, die normalerweise keinen Vorteil bringen. Entsprechend der Erfindung wird eine ausfallsichere Übertragung dadurch erreicht, daß jedes Eingangssignal so codiert wird,- daß der gesamte oder . ein Teil seines Informationsgehaltes über wenigstens zwei Übertragungsverbindungen gegeben wird. Wenn alle Verbindungen normal arbeiten, lassen sich alle Eingangssignale leicht am Empfänger wiedergewinnen. Wenn eine oder mehrere Verbindungen ausfallen, so kann die Bandbreite oder das

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Signal-Rauschverhältnis etwas verschlechtert werden, trotzdem werden aber alle Signale wiedergewonnen.

Leerseite

Claims

31U722 BLUMBACH · WESER, .BERGEN :■ kRAMER ZWIRNER HOFFMANN ·'" PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN , . Patentconsult Radedcestraßo 43 8000 München 60 Telefon (089) 88360.5/883604 Telex 05-217313 Telcgrommo Polcnlronsuli Patentconsull Sonnonborger SltaOo 43 6?00 Wiesbaden ΤιΊιΜοη (06121) 56 791.5/5619 78 Iclox 0.1-186237 ToiGgioniinu F'olontconsuli Western Electric Company Incorporated Miller, S.E.77 222 Broadway, New York N.Y. 10038, USA Patentansprüche

1.J- · Ausfallsicheres System zur Übertragung eines oder mehrerer Eingangssignale (S.., S₂ ... S_n) über eine Vielzahl von Übertragungsverbindungen (13.1, 13.2... 13.m), gekennzeichnet durch eine*Einrichtung (11) zur Codierung der Eingangssignale (S^, S₂ in S_n) in eine Vielzahl von codierten Signalen (s.., S₂ ..; s ), derart, daß eine Information mit Bezug auf jedes Eingangssignal in wenigstens zwei der codierten Signale enthalten ist, die je über eine andere Übertragungsverbindurig der Vielzahl von Übertragungsverbindungen übertragbar sind. ' ■ .

2. System nach Anspruch 1, _: dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (11) zur Codierung eine Einrichtung (50, 51, 52, 53) zur Abtastung jedes der Vielzahl von Eingangssignalen (S^, S₂, S,) aufweist, um eine Vielzahl (1, 2, 3) von AUsgang.simpulsfolgen von Abtastwerten zu erzeugen, die zeitlich gegeneinander versetzt sind, und ferner eine Einrichtung zum Multiplexieren einer Impulsfolge jedes Eingangssignals mit einer Impulsfolge jedes anderen Eingangssignals aufweist, um eine Vielzahl von codierten Signalen (S₁, Sp, s,) zu erzeugen,, die je Abtastwerte aller' Eingangssignale enthalten.

München: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · E. Hoffmann Dipl.-Ing. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-Ing. · P. Bergen Prof. Dr. jur. Dipl.-Ing., Pat.-Ass., Pat.-Anw. bis 1979 · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

I I" j·. JL Oj. 3H4722

3. System nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Codiereinrichtung (11) eine Einrichtung (61, 62, 63) zur Abtastung jedes der Vielzahl von EingangsSignalen (S>, Sp) zu verschiedenen Zeitpunkten zwecks Erzeugung einer Vielzahl von Abtastimpulsfolgen (S¹Vj, S'₂) und eine Einrichtung (64) aufweist, die die Abtastimpulsfolgen addiert und das Ausgangssignal der Addiereinrichtung zu jeder von einer Vielzahl von Übertra-.gungsverbindungen (13.1, 13.2) gibt. '

4. System nach Anspruch 1, ' dadurch gekennzeichnet, daß die Codiereinrichtung (11) eine Einrichtung (80, 81-, 82, 83, 84) zur Codierung der Eingangssignale (S₁", S₂) in einen vielstufigen Impulsstrom zwecks Übertragung über .die" Vielzahl von Übertragungsverbindungen (13.1, 13.2) aufweist.

5. System nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Codiereinrichtung (11) eine erbte-Einrichtung- (100) zum Addieren eines ersten Eingangssignal (S.) zu einem zweiten Eingangssignal (S₂) zwecks Bildung eines" ersten codierten Signals (s,j) zur Übertragung über eine der Übertragungsverbindungen aufweist und ferner eine zweite Einrichtung (101) zum Subtrahieren des zweiten Eingangssignals (S₂) von dem ersten Eingangssignal (S^) zwecks Bildung eines zweiten codierten Signals^ (s,.) zur

25. Übertragung über eine zweite Übertragungsverbindung.

6. Ausfallsicheres System, bei dem ein oder mehrere Eingangssignale (S^, S₂ ".S_n) ^zu einer Vielzahl von co-,

' dierten Signalen (s^, S₂ ... S_n) zwecks Übertragung über - eine Vielzahl von Übertragungsverbindungen (13.1, 13.2 ... 13.m) codiert werden,

gekennzeichnet durch einen "Decodierer (12) zur Wiedergewinnung der Eingangssignale (S^, S₂ ... S_n) aus den codierten Signalen, wobei die .Codierung derart erfolgt, daß die Information jedes der -

Eingangssignale in wenigstens zwei der codierten Signale • enthalten ist.

7. - System nach Anspruch 6, · . . dadurch gekennzeichnet, daß der Decodierer (12) eine Einrichtung (90) zum Kombinieren der Signale (s^, S₂) auf der Vielzahl von Ubertragungsverbindungen (13.1, 13.2) und Entscheidungsschaltungen (92, 93) aufweist, die an den Ausgang der Kombinier einrichtung (9p) zur WMergewinnung der Eingangssignaie (S^, S₂) angeschaltet sind.

8. -·.;·■ System nach Anspruch 5

mit einem Decodierer, .

dadurch gekennzeichnet, daß der Decodierer (12) folgende · Bauteile aufweist:,
eine zweite Einrichtung (102) zum Addieren des ersten und zweiten codierten Signals (s^, S₂) zwecks Bildung eines Summensignals (<£>) ·

eine zweite Einrichtung (103) zum Subtrahieren des zweiten codierten Signals (s₂) von dem ersten codierten Signal (s^) zwecks Bildung eines Differenzsignals (ß); eine erste Entscheidungsschaltung (104) zur Wiedergewinnung des ersten Eingangs signals (S^) aus dem Summensignal (c,C); eine zweite .Entscheidungsschaltung (105) zur Wiedergewinnung des zweiten Eingangssignals (S₂) aus dem Differenzsignal (ß).