DE3637016A1 - Schaltnetzwerk fuer ein redundantes system - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Redundanzschaltwerk zum Herstellen von Verbindungen, über welche einzelne Nachrichtenkanäle von ausgefallenen Geräten auf funktio­ nierende Reservegeräte umgeleitet werden können.

Der Begriff "Redundanz" bedeutet hier das Vorhandensein alternativer oder als Reserve vorgesehener (redundanter) Teile, die anstelle ausgefallener gleichartiger Teile eingesetzt werden können, ohne daß das redundante System für das körperliche Austauschen des ausgefallenen Teils vorübergehend stillgelegt werden muß.

Schalter und ihre Verbindungswege können beträchtliches Gewicht und Volumen haben, insbesondere in Wellenleiter­ systemen. Bei Nachrichtensatelliten ist es wünschenswert, die kleinste, für die Bedürfnisse von Nachrichtensystemen noch adäquate Anzahl von Reservegeräten vorzusehen und diese Geräte mittels eines kleinen, leichtgewichtigen Schaltnetzwerks in das Nachrichtensystem einzuschalten.

Es gibt sogenannte "Transferschalter" (Überleit- oder Übergabeschalter), von denen eine für den Einsatz in Redundanzsystemen geeignete Ausführungsform vier An­ schlüsse hat, die mit den Nummern 1, 2, 3 und 4 bezeich­ net werden können. Dieser Schalter kann eine "Durchgangs"- Stellung annehmen und zwei verschiedene "Transfer"-Stel­ lungen. In der Durchgangsstellung bildet der Schalter eine Verbindung zwischen seinem Anschluß 1 und seinem An­ schluß 3. In der ersten Transferstellung ist der Anschluß 1 mit dem Anschluß 2 und der Anschluß 3 mit dem Anschluß 4 verbunden. In der zweiten Transferstellung ist der An­ schluß 1 mit dem Anschluß 4 und der Anschluß 3 mit dem Anschluß 2 verbunden.

In einem Nachrichtensatelliten ist Redundanz ein wichti­ ges Erfordernis, weil es hier unmöglich ist, ein ausge­ fallenes Teil körperlich zu entfernen und ein funktionie­ rendes Teil an die betreffende Stelle zu setzen. Die in modernen Satelliten am häufigsten ausfallenden Teile sind aktive Bauelemente wie z.B. Verstärker, insbesondere Wan­ derfeldröhrenverstärker. Solche Verstärker sind einer­ seits so wichtig und haben andererseits eine genügend hohe Ausfallwahrscheinlichkeit, daß normalerweise redun­ dante Reserveverstärker vorgesehen werden. Zur Verein­ fachung der Ausdrucksweise werden im folgenden die Teile eines Systems wie z.B. die vorstehend erwähnten Verstär­ ker, für die Redundanz geschaffen wird, allgemein als "Geräte" bezeichnet. Ein solches Gerät kann ein einzelnes Bauelement oder eine Reihe von Elementen wie z.B. Ver­ stärkern und Frequenzumsetzern sein.

Gegenwärtig wird für Reservegeräte eine Anzahl als adäquat angesehen, die etwa gleich einem Drittel der Anzahl der Kanäle ist, vorausgesetzt, die Reservegeräte liefern Re­ dundanz für jede beliebige Kombination von Geräteausfäl­ len, solange insgesamt so viele Geräte funktionstüchtig bleiben, wie Kanäle vorhanden sind. Für ein Nachrichten­ system mit 12 Kanälen werden demnach vier Reservegeräte als ausreichend angesehen, wenn ein passendes Schaltsystem vorhanden ist.

Wie oben angeführt, enthält ein Redundanzschaltwerk eine Vielzahl von N Schaltern, wobei N eine ganze Zahl ist. Die Schalter sind auf Stellungen oder Positionen einstell­ bar, um N Eingangsanschlüsse, zu denen ankommende Nach­ richtenkanäle führen, mit Eingängen von N zugeordneten Geräten in einer ersten oder primären Gruppe von Geräten zu verbinden. In der ersten Gruppe befinden sich so viele Geräte, wie ankommende Kanäle und Eingangsanschlüsse vor­ handen sind. Wenn ein Gerät in der ersten Gruppe ausfällt, werden die Schalter des Netzwerkes anders eingestellt, um die N Eingangsanschlüsse mit N funktionierenden Geräten zu verbinden, wobei die N Geräte nun aus den übrigen (noch funktionstüchtigen) Geräten der ersten Gruppe und Geräten einer zweiten oder Reservegruppe ausgewählt wer­ den. Die Auswahl geschieht entsprechend den Positionen, auf welche die Schalter eingestellt sind.

Ein erfindungsgemäßes Redundanz-Schaltnetzwerk(Redundanz­ schaltwerk) bedient Eingangsanschlüsse für eine von 8 bis 12 reichende Anzahl von Kanälen. Das Netzwerk sorgt im Normalfall für eine Verbindung der Eingänge von 8 bis 12 zugeordneten Geräten der primären Gruppe mit den er­ wähnten Eingangsanschlüssen und andernfalls, wenn ein oder mehrere Geräte ausfallen, für eine Verbindung der Eingangsanschlüsse mit den noch funktionierenden Geräten in der ersten Gruppe und mit einem bis vieren der noch funktionierenden Reservegeräte, wie jeweils erforderlich. Das Schaltnetzwerk enthält nur so viele Schalter, wie Geräte insgesamt vorhanden sind. Jeder der Schalter ist vom weiter oben beschriebenen Typ, d.h. er hat vier An­ schlüsse 1, 2, 3 und 4 und läßt sich in die oben erwähn­ ten Positionen einstellen, nämlich eine Durchgangsstel­ lung und eine erste und eine zweite Transferstellung.

Das Schaltnetzwerk hat einen ersten und einen zweiten Abschnitt, die miteinander verbunden sind. Jeder Abschnitt enthält mindestens sechs, aber nicht mehr als acht Exem­ plare der Schalter.

In jedem Abschnitt sind alle außer zwei Schaltern zu einem Ring miteinander verbunden, und zwar jeweils von geradzahlig numeriertem Anschluß zu geradzahlig numerier­ tem Anschluß. Der Einfachheit halber werden die geradzah­ lig numerierten Schalteranschlüsse 2 und 4 kurz als "ge­ rade" Anschlüsse bezeichnet, während die ungeradzahlig numerierten Anschlüsse 1 und 3 als "ungerade" Anschlüsse bezeichnet werden. In jedem Abschnitt enthalten die als Ring miteinander verbundenen Schalter zwei "Vermaschungs­ schalter", die dazu dienen, die Schalter im Ring des ei­ nen Abschnitts mit den Schaltern des Rings des anderen Abschnitts zu verbinden. Genauer gesagt besteht jeweils eine Verbindung von einem ersten ungeraden Anschluß ei­ nes jeden dieser Vermaschungsschalter mit einem ersten ungeraden Anschluß eines jeweils zugeordneten Vermaschungs­ schalters im Ring des anderen Abschnitts.

Unter den Schaltern des Rings in jedem Abschnitt befin­ den sich bestimmte Exemplare, die als "Zwischenschalter" bezeichnet werden und bei denen es sich nicht um Verma­ schungsschalter handelt. Jeder dieser Zwischenschalter in einem Ring ist mit einem seiner ungeraden Anschlüsse an einen zugeordneten Eingangsanschluß und mit seinem anderen ungeraden Anschluß an einen Eingang eines zuge­ ordneten Gerätes der ersten Gruppe angeschlossen.

Wie oben erwähnt, befinden sich in jedem Abschnitt zwei Schalter, die nicht im jeweiligen Ring eingefügt sind. Jeder dieser beiden Schalter ist an den betreffenden Ring angehängt, indem einer seiner geraden Anschlüsse mit dem noch verbleibenden (d.h. ansonsten unverbundenen) ungeraden Anschluß eines zugeordneten Vermaschungsschal­ ters des betreffenden Rings verbunden. Der andere (d.h. ansonsten unverbundene) gerade Anschluß jedes dieser an­ gehängten Schalter ist mit dem Eingang eines zugeordneten Gerätes der ersten Gruppe verbunden.

Die angehängten Schalter der beiden Abschnitte des Schalt­ netzwerkes sind jeweils mit einem ihrer ungeraden Anschlüs­ se an einen zugehörigen Eingangsanschluß angeschlossen, zu dem ein ankommender Nachrichtenkanal führt. Der jeweils andere (ansonsten unverbundene) ungerade Anschluß jedes angehängten Schalters der beiden Abschnitte ist mit je­ weils einem Eingang eines zugeordneten Gerätes der Reser­ vegruppe verbunden.

Mit dieser Anordnung ist es möglich, solange nicht mehr als vier der Geräte ausfallen, durch bestimmte Schalter­ einstellungen dafür zu sorgen, daß mit jedem der Eingangs­ anschlüsse ein funktionierendes Gerät verbunden ist.

Zusammen mit dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Eingangs-Schaltnetzwerk kann ein weiteres zweites Netz­ werk von Schaltern als Ausgangs-Schaltnetzwerk vorgesehen werden. Die Schalter in diesem Ausgangsnetzwerk sind in zwei Abschnitte aufgeteilt und in einer Weise, die spie­ gelbildlich zu den Schalterverbindungen des Eingangsnetz­ werkes ist, miteinander und mit den Ausgängen der ersten und zweiten Gruppe der Geräte und mit Ausgangsanschlüs­ sen verbunden. Ein solches Ausgangsnetzwerk steuert die Verbindung der Geräte mit den Ausgangsanschlüssen, von denen die Ausgangskanäle des Nachrichtensystems abgehen.

Die grundlegenden Merkmale eines erfindungsgemäßen Schalt­ netzwerkes sind im Patentanspruch 1 beschrieben. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Unteran­ spruch 2 gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1A-1D zeigen das Symbol für die in den anderen Figuren dargestellten Schalter und die verschiedenen Einstellmöglichkeiten eines solchen Schalters;

Fig. 2 ist ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Re­ dundanzsystem mit zwölf Kanälen und sechzehn Geräten;

Fig. 3 zeigt das Redundanzsystem nach Fig. 2 mit Schal­ terstellungen für den Einsatz der primären Geräte;

Fig. 4 zeigt den Zustand des Systems nach Fig. 2 für den Fall, daß vier nahe beieinanderliegende Geräte aus­ gefallen sind;

Fig. 5 zeigt ein System ähnlich demjenigen nach Fig. 2, jedoch mit elf Kanälen und fünfzehn Geräten;

Fig. 6 ist das Schaltbild eines erfindungsgemäßen Re­ dundanzsystems mit zehn Kanälen und vierzehn Geräten;

Fig. 7 zeigt ein erfindungsgemäßes Redundanzsystem mit neun Kanälen und dreizehn Geräten;

Fig. 8 zeigt ein erfindungsgemäßes Redundanzsystem mit acht Kanälen und zwölf Geräten.

Die Fig. 1A bis 1D zeigen das Symbol 20, das in den Zeichnungen für Transferschalter desjenigen Typs benutzt wird, der bei den dargestellten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Redundanzsystems Verwendung findet. Diese Schalter haben vier Anschlüsse, identifiziert durch die Nummern 1, 2, 3 und 4. Für einen Einsatz in den Nach­ richtenkanälen eines Nachrichtensatelliten sind diese Schalter als HF-Schalter ausgelegt und können vom Wellen­ leiter- oder vom Koaxialtyp oder irgendeiner anderen Bau­ art sein, wie es am besten zum Rest des Systems paßt. Ein Typ eines handelsüblichen Transferschalters, der in einer mit Wellenleitern realisierten Ausführungsform des Redun­ danzsystems verwendet werden kann, ist der zwischen drei Zuständen umschaltbare HF-Wellenleiterschalter SN 75-400 der Firma Sector Motor Industries. Diese Schalter haben eine Durchgangsstellung und zwei Transferstellungen. In der Durchgangsstellung sind die einander gegenüberlie­ genden Anschlüsse 1 und 3 miteinander verbunden, während die Anschlüsse 2 und 4 nicht verbunden sind. In der er­ sten Transferstellung ist der Anschluß 1 mit dem Anschluß 2 und der Anschluß 3 mit dem Anschluß 4 verbunden. In der zweiten Transferstellung ist der Anschluß 1 mit dem An­ schluß 4 und der Anschluß 3 mit dem Anschluß 2 verbunden. In Fig. 1A ist das Schaltersymbol 20 in einer Form ge­ zeigt, wie sie benutzt wird, wenn keine besondere Schal­ terstellung angezeigt wird. Der Strich 22 innerhalb des Rechtecks 21 dieses Symbols ist zu den ungeraden Anschlüs­ sen ausgerichtet, um die Orientierung des Schalters an­ zuzeigen, d.h. um erkennen zu lassen, welche Anschlüsse miteinander verbunden sind, wenn der Schalter in der Durchgangsstellung ist.

In der Fig. 1D ist das Schaltersymbol in einer Form ge­ zeigt, die anzeigen soll, daß der Schalter wirklich in seiner Durchgangsstellung steht, bei welcher der Anschluß 1 mit dem Anschluß 3 verbunden ist.

In der Fig. 1C ist das Schaltersymbol 20 in einer Form gezeigt, die anzeigen soll, daß der Schalter in seiner ersten Transferstellung steht, bei welcher der Anschluß 1 mit dem Anschluß 2 und der Anschluß 3 mit dem Anschluß 4 verbunden ist.

In der Fig. 1D ist das Schaltersymbol 20 in derjenigen Form dargestellt, die anzeigen soll, daß der Schalter in seiner zweiten Transferstellung steht, bei welcher der Anschluß 1 mit dem Anschluß 4 und der Anschluß 2 mit dem Anschluß 3 verbunden ist.

Die Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsge­ mäßen Redundanzsystems, bei welcher für zwölf Nachrich­ tenkanäle (numeriert von 1 bis 12) eine Anzahl von sech­ zehn Geräten vorgesehen ist (d.h. zwölf Primärgeräte und vier Reservegeräte). Dieses Redundanzsystem enthält ein Eingangs-Schaltnetzwerk 100 zum Verbinden der ankommenden Teile der Nachrichtenkanäle mit ausgewählten Exemplaren der redundanten Geräte und ein dazu spiegelbildliches Ausgangs-Schaltnetzwerk 100′ zum Verbinden der jeweils ausgewählten Geräte mit den abgehenden Teilen der Nach­ richtenkanäle.

Die zwölf Eingangsanschlüsse des Redundanzsystems sind der Reihe nach mit P 1 bis P 12 bezeichnet, wobei der Buch­ stabe P anzeigt, daß das betreffende Bezugszeichen für einen der Endanschlüsse (Eingangsanschluß oder Ausgangs­ anschluß) des Redundanzsystems gilt. Die Schalter des Eingangs-Schaltnetzwerkes 100 sind der Reihe nach mit S 1 bis S 16 bezeichnet, wobei der Buchstabe S anzeigt, daß die betreffende Bezugszahl für einen der Schalter gilt. Die Schalter des spiegelbildlichen Ausgangs-Schalt­ netzwerkes 100′ sind der Reihe nach von S 1′ bis S 16′ durchnumeriert. Die Ausgangsanschlüsse des Systems sind von P 1′ bis P 12′ numeriert. Die primären Geräte sind der Reihe nach mit D 1 bis D 12 bezeichnet, wobei der Buchstabe D anzeigen soll, daß die betreffende Bezugszahl für eines der Primärgeräte gilt. Die vier Reservegeräte sind mit R 3, R 4, R 9 und R 10 bezeichnet, wobei der Buchstabe R an­ zeigt, daß die betreffende Bezugszahl für eines der Re­ servegeräte gilt. Die Nummern in den Bezugszeichen für die Reservegeräte werden weiter unten erläutert. Die pri­ mären und die Reservegeräte sind funktionell einander völlig gleich, so daß jedes Reservegerät ohne Funktions­ verlust an die Stellt eines primären Gerätes gesetzt wer­ den kann. Wenn jedoch verschiedene Kanäle mit verschiede­ nen Frequenzen arbeiten, wie es bei vielen Satelliten- Nachrichtensystemen der Fall ist, können die Geräte so ausgelegt sein, daß es verschiedene Frequenzen gibt, bei denen sie optimal arbeiten.

Die Geräte D 1-D 12, R 3, R 4, R 9 und R 10 können so einfach sein wie ein einzelnes Bauelement oder so kompliziert, wie es für das jeweilige System notwendig ist; so kann z.B. jedes Gerät eine Reihenschaltung von Verstärkern, Abwärtsumsetzern, usw. aufweisen. In den Zeichnungen sind die Geräte D 1-D 12, R 3, R 4, R 9 und R 10 aus Gründen der Übersichtlichkeit als einfache Verstärker dargestellt.

Um die wirksamen HF-Schaltungspfade in den Fig. 3 und 4 einfacher verfolgen zu können, sind in diesen Figuren nur diejenigen Schalterverbindungen dargestellt, die je­ weils Teil eines aktiven HF-Schaltungspfades sind. Wie in den Fig. 1C und 1D gezeigt, schafft jeder der Schalter einen von zwei möglichen Schaltungspfaden, wenn er in ei­ ner Transferstellung ist. So schafft jeder der angehängten Schalter S 1, S 2, S 11, S 12, S 1′, S 2′, S 11′ und S 12′ zwei Schaltungspfade, wenn er in der Transferstellung ist, wie sie die Fig. 3 zeigt. Jedoch ist gemäß der vorstehenden Übereinkunft nur einer dieser beiden Pfade in der Fig. 3 dargestellt, weil die weggelassenen Pfade nicht Teil ir­ gendeines aktiven HF-Schaltungspfades sind. Da die Schal­ ter S 13-S 16 und S 13-S 16′ nicht Teil irgendeines aktiven HF-Schaltungspfades in der Fig. 3 sind, ist für keinen dieser Schalter in der Fig. 3 eine spezielle Position eingezeichnet.

Das Eingangs-Schaltnetzwerk 100, wie es in den Fig. 2 bis 4 dargestellt ist, hat einen oberen Abschnitt 120 und einen unteren Abschnitt 124. Bei der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsform mit zwölf Kanälen und sechzehn Geräten enthält jeder dieser Abschnitte acht der sechzehn Eingangsschalter. Die ungeradzahlig numerierten Schalter (S 1, S 3, S 5, S 7, S 9, S 11, S 13 und S 15) befinden sich im oberen Abschnitt 120 und die gerad­ zahlig numerierten Schalter im unteren Abschnitt 124. Innerhalb des Abschnitts 120 sind sechs der acht Schalter (nämlich die Exemplare S 3, S 5, S 7, S 9, S 13 und S 15) über ihre geradzahligen Anschlüsse so miteinander verbunden, daß ein Ring 122 gebildet wird. Die Verbindung dieser sechs Schalter geht in der Reihenfolge S 3, S 7, S 15, S 9, S 5, S 13 und dann wieder zurück zum Schalter S 3, um den Ring 122 zu schließen. Der Anschluß 4 des Schalters S 3 ist mit dem Anschluß 2 des Schalters S 7 verbunden, der Anschluß 4 des Schalters S 7 ist mit dem Anschluß 2 des Schalters S 15 verbunden, der Anschluß 4 des Schalters S 15 ist mit dem Anschluß 4 des Schalters S 9 verbunden, der Anschluß 2 des Schalters S 9 ist mit dem Anschluß 4 des Schalters S 5 verbunden, der Anschluß 2 des Schalters S 5 ist mit dem Anschluß 2 des Schalters S 13 verbunden, und der Anschluß 4 des Schalters S 13 ist mit dem Anschluß 2 des Schalters S 3 verbunden. Die anderen beiden Schal­ ter (S 1 und S 11) sind als Anhängsel an den Ring 122 an­ geschlossen und werden daher nachstehend als "Anhang­ schalter" bezeichnet.

In einer ähnlichen Weise sind im Abschnitt 124 sechs der acht Schalter (nämlich die Exemplare S 4, S 6, S 8, S 14 und S 16) über ihre geradzahlig numerierten Anschlüsse in der Reihenfolge S 4, S 8, S 16, S 10, S 6, S 14 und wieder zurück zu S 4 so miteinander verbunden, daß ein Ring 126 entsteht, während die anderen beiden Schalter (S 2 und S 12) als An­ hängsel an den Ring 122 angeschlossen sind.

Zwei der Schalter in jedem Ring (die Exemplare S 13 und S 15 im Ring 122 und die Exemplare S 14 und S 16 im Ring 126) werden als "Vermaschungsschalter" bezeichnet. Jeder Vermaschungsschalter im Ring 122 ist über seinen Anschluß 1 mit dem Anschluß 1 eines jeweils entsprechenden Ver­ maschungsschalters im Ring 126 verbunden. So ist der Schalter S 13 über einen Schaltungspfad 131 mit dem Schal­ ter S 14 verbunden, und der Schalter S 15 ist über einen Schaltungspfad 132 mit dem Schalter S 16 verbunden.

Jeder der "Anhangschalter" ist über einen ersten seiner geraden Anschlüsse mit dem Anschluß 3 eines Vermaschungs­ schalters im jeweils gleichen Abschnitt verbunden. Im Ab­ schnitt 120 ist der Anschluß 4 des Anhangschalters S 1 mit dem Anschluß 3 des Vermaschungsschalters S 13 verbunden, und der Anschluß 2 des Anhangschalters S 11 ist mit dem Anschluß 3 des Vermaschungsschalters S 15 verbunden. In ähnlicher Weise ist im Abschnitt 124 der Anschluß 4 des Anhangschalters S 2 mit dem Anschluß 3 des Vermaschungs­ schalters S 14 und der Anschluß 2 des Anhangschalters S 12 mit dem Anschluß 3 des Vermaschungsschalters S 14 verbun­ den.

Diejenigen Schalter innerhalb jedes Rings 122 und 126, die keine Vermaschungsschalter sind, werden als "Zwischen­ schalter" bezeichnet, weil jeder von ihnen einen anderen Schalter des gleichen Rings mit einem Vermaschungsschalter im gleichen Ring verbindet. So sind in den Fig. 2 und 3 die Schalter S 3-S 9 Zwischenschalter. Jeder der Zwischen­ schalter liegt zwischen erstens einem anderen der Verma­ schungsschalter und zweitens einem anderen der beiden Zwischenschalter desselben Rings.

Jeder der Schalter S 1 bis S 12 ist über seinen Anschluß 1 mit dem entsprechenden Exemplar der zwölf Eingangsanschlüs­ se P 1-P 12 des Redundanzsystems verbunden. Jeder der Zwi­ schenschalter S 3-S 10 ist mit seinem Anschluß 3 an ein ent­ sprechendes (gleich numeriertes) Exemplar der Geräte D 3- D 10 angeschlossen. Jeder der Anhangschalter S 1 und S 2 ist mit seinem Anschluß 2 an ein zugeordnetes Exemplar der Geräte D 1 und D 2 angeschlossen. Jeder der Anhang­ schalter S 11 und S 12 ist über seinen Anschluß 4 mit einem zugeordneten Exemplar der Geräte D 11 und D 12 verbunden. Die Geräte D 1-D 12 bilden eine Gruppe primärer Geräte für die Kanäle 1-12. Die Reservegeräte (R 3, R 4, R 9 und R 10) einer zweiten Gruppe sind jedes mit dem Anschluß 3 eines jeweils zugeordneten Exemplars der Anhangschalter S 1, S 2, S 11 und S 12 verbunden.

Die Schalter S 1′-S 16′ des Ausgangs-Schaltnetzwerkes 100′ sind so miteinander verbunden und angeschlossen, daß sich ein Spiegelbild des Netzwerkes 100 ergibt, so als ob das Netzwerk 100 in der Zeichnung von links nach rechts umge­ klappt worden wäre. Demnach enthält das Netzwerk 100′ zwei Abschnitte 120′ und 124′, zwei Ringe 122′ und 126′ und zwei Schaltungspfade 131′ und 132′, welche die beiden Ab­ schnitte miteinander verbinden. Die Anschlüsse des Aus­ gangs-Schalter S 1′-S 16′ sind jeweils mit 1′, 2′, 3′ und 4′ bezeichnet. An jedem der Schalter S 1′-S 16′ sind die Anschlüsse in einer Reihenfolge numeriert, die in der Zeichnung gegen den Uhrzeigersinn geht, entsprechend dem spiegelbildlichen Aufbau des Ausgangsnetzwerkes 100′ ge­ genüber dem Eingangs-Netzwerk 100 (Spiegelsymmetrie). Der Anschluß 1′ eines jeden der Schalter S 1′-S 12′ ist mit dem entsprechenden Exemplar der Ausgangsanschlüsse (P 1′-P 12′) des Redundanzsystems verbunden. Um die Kon­ tinuität des jeweiligen Nachrichtenkanals herzustellen, wird jeder der Ausgangsschalter (S 1′-S 16′) in die gleiche Stellung versetzt wie der jeweils entsprechende Eingangs­ schalter (S 1-S 16). Auf diese weise werden zwölf redundan­ te Kanäle gebildet, deren jeder sich von einem der Ein­ gangsanschlüsse P 1-P 12 des Redundanzsystems zu einem ent­ sprechenden Exemplar der Ausgangsanschlüsse P 1′-P 12′ des Redundanzsystems erstreckt.

Wenn keines der primären Geräte D 1-D 12 ausgefallen ist, stehen die Schalter vorzugsweise so, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Die Schalter S 3-S 10 und S 3′-S 10′ befin­ den sich in der Durchgangsstellung, bei welcher ihre ungeraden Anschlüsse miteinander verbunden sind. Der obere Anhangschalter (S 1, S 2, S 1′ oder S 2′) in jedem Abschnitt steht in seiner ersten Transferstellung, und der untere Anhangschalter (S 11, S 12, S 11′ und S 12′) in jedem Abschnitt befindet sich in der zweiten Transfer­ stellung. Die Einstellung der Schalter S 13-S 16 und S 13′- S 16′ ist in der genannten Situation gleichgültig. Keiner der Vermaschungspfade 131, 132, 131′ und 132′ ist in der genannten Situation Teil einer aktiven HF-Verbindung.

Jeder derjenigen Kanäle, die mit einer gegebenen Hälfte eines Abschnitts (obere oder untere Hälfte in Fig. 2) verbunden sind, kann über eines derjenigen Reservegeräte geleitet werden, die mit den Anhangschaltern der betref­ fenden Hälfte verbunden sind. Jeder Kanal kann aber auch über das entsprechende Reservegerät in der anderen Hälfte des betreffenden Abschnitts geleitet werden. Solange nicht mehr als vier der sechzehn Geräte ausfallen, können die Eingangs- und Ausgangs-Schaltnetzwerke 100 und 100′ so eingestellt werden, daß jeder der zwölf Kanäle 1-12 über ein funktionierendes Gerät läuft. Ein Beispiel für die Führung der Schaltungspfade bei Ausfall eines oder mehre­ rer Geräte wird nachstehend in Verbindung mit Fig. 4 be­ schrieben.

In Fig. 4 ist das System nach Fig. 2 in einer Situation dargestellt, in welcher vier Geräte (D 1, R 3, D 3 und D 5), die in der Figur zuoberst liegen, ausgefallen sind. Der Ausfall dieser Geräte ist graphisch dadurch angezeigt, daß die Symbole der betreffenden Geräte in Fig. 4 mit jeweils einem großen X durchgestrichen sind. Eine solche Ausfallsituation, bei welcher alle ausgefallenen Geräte innerhalb derselben Hälfte eines Abschnitts liegen, er­ fordert die komplizierteste Neuverteilung der möglichen Kanalverbindungen für das vorliegende Schaltsystem. Die drei Kanäle 1, 3 und 5, die mit der oberen Hälfte des Abschnitts 120 verbunden sind, müssen umgeschaltet wer­ den, um Geräte außerhalb dieses oberen Halbabschnitts zu benutzen. Diese Umschaltung beinhaltet: a) Einstellung der Vermaschungsschalter S 13, S 14, S 13′, S 14′, S 16 und S 16′ in ihre Durchgangsstellungen; b) Einstellung der Vermaschungsschalter S 15 und S 15′ in ihre erste Transfer­ stellung; c) Umschaltung der Eingangsschalter S 1, S 3, S 5, S 7 und S 9 und der Ausgangsschalter S 1′, S 3′, S 5′, S 7′ und S 9′ in ihre zweite Transferstellung. Der Rest der Schal­ ter bleibt in den ("normalen") Stellungen, wie sie in Fig. 2 gezeigt sind. In dieser letztgenannten Verbindung dient jeder der Anhangschalter S 2, S 2′, S 11, S 11′, S 12 und S 12′ im Falle der Fig. 4 als Teil jeweils zweier HF- Pfade. Dies ist ein Unterschied gegenüber der Verwendung dieser Schalter im Falle der Fig. 3, wo jeder Anhang­ schalter als Teil nur jeweils eines HF-Pfades wirkt. Die vorstehend beschriebene Neuverbindung der Kanäle nach Fig. 4 hat zur Folge, daß der Kanal 1 das Reservegerät R 4, der Kanal 3 das Gerät D 7 und der Kanal 5 das Gerät D 9 benutzt. Die Geräte D 7 und D 9 werden für die Kanäle 3 und 5 dadurch verfügbar gemacht, daß die Kanäle 7 und 9 auf die Reservegeräte R 10 und R 9 umge­ schaltet werden.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Neuverbindung der Kanäle sind alle Vermaschungspfade (131, 132, 131′ und 132′) zwischen den oberen und unteren Abschnitten 120 und 124 bzw. 120′ und 124′ in HF-Benutzung. Das heißt, diese Vermaschungs­ pfade werden beide dazu benutzt, um Kanäle, deren Ein­ gangs- und Ausgangsanschlüsse in dem einen Abschnitt lie­ gen, auf Geräte umzuschalten, die im jeweils anderen Ab­ schnitt liegen. Gleichzeitig wird ein Gerät, das mit dem unteren Teil des Abschnitts 12 verbunden ist, auf einen Kanal umgeschaltet, dessen Eingangs- und Ausgangsanschlüs­ se in der oberen Hälfte des gleichen Abschnitts liegen. Das vorliegende Redundanzsystem vollführt diese Umschal­ tung mit nur so vielen Schaltern, wie aktive Geräte vor­ handen sind.

Wenn die in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Kanäle 1-12 der Reihe nach nebeneinanderliegenden Frequenzbändern zu­ geordnet sind, dann gestattet es das vorliegende Redun­ danzsystem, jedes der Geräte so auszulegen, daß es nur über jeweils einen Teilbereich des gesamten Betriebsfre­ quenzbereichs (d.h. des von den Kanälen 1-12 insgesamt umfaßten Spektrums) funktionieren muß. Entsprechend die­ sem Merkmal wird das Gerät R 3 so ausgelegt, daß sein op­ timaler Betrieb bei der Frequenz des Kanals 3 liegt; das Gerät R 4 wird für die Frequenz des Kanals 4, das Ge­ rät R 9 für die Frequenz des Kanals 9 und das Gerät R 10 für die Frequenz des Kanals 10 optimiert. Somit braucht selbst im "ungünstigsten Fall" von Geräteausfällen kein Gerät für einen Kanal zu arbeiten, dessen Frequenz von der Optimalfrequenz dieses Gerätes weiter entfernt liegt als vier Kanal-Frequenzstufen. Für die Anordnungen nach den Fig. 2, 3 und 4 liegt der "ungünstigste Fall" bei speziellen Kombinationen von drei Geräteausfällen vor. Ein "ungünstigster Fall" von Geräteausfällen ist z.B. dann gegeben, wenn das Gerät D 3 ausfällt und der Kanal 3 dann auf das Gerät D 7 umgeschaltet wird.

Beim Betrieb des vorliegenden Redundanzsystems in einem Satelliten wird es normale Praxis sein, die Geräte D 1, D 2, D 11 und D 12 bis zu ihrem Ausfall für die entsprechend numerierten Kanäle zu benutzen, weil jedes dieser Geräte (z.B. D 1) nur mit einem einzigen Kanal verbindbar ist (in diesem Fall mit dem Kanal 1). Nur bei Ausfall eines dieser Geräte wird der Schalter, mit dem dieses Gerät verbunden ist, in seine Durchgangsstellung versetzt, um das zugeordnete Reservegerät (R 3, R 4, R 9 und R 10) in den betreffenden Kanal (1, 2, 11 oder 12) einzufügen. Die Schalter S 3-S 10 und S 3′-S 10, an welche die übrigen Kanäle 3-10 angeschlossen sind, stehen in ihrer Durchgangsstel­ lung, wenn keines der Geräte D 3-D 10 ausgefallen ist, so daß jedes der Geräte 1-12 im Kanal der jeweils gleichen Numerierung benutzt wird. Falls eines der Geräte ausfällt, dann werden die Transferschalter so umgeschaltet, daß das ausgefallene Gerät (oder die ausgefallenen Geräte) ersetzt wird (werden). Wenn aber der Verschleiß der Geräte relativ gleichmäßig über die Zeit ist und wenn ein Ein- und Aus­ schalten der Geräte in weit beabstandeten Intervallen kei­ nen nachteiligen Einfluß auf deren Lebensdauer hat, dann können die Reservegeräte auch zum vorübergehenden Ersetzen noch funktionierender Geräte in aktiven Gebrauch geschal­ tet werden, um die Betriebszeit aller Geräte D 3-D 10, R 3, R 4, R 9 und R 10 einander anzugleichen.

Das System nach Fig. 2 ist ein 12-Kanal-System. Dieses System kann modifiziert werden, um elf Kanäle mit Redun­ danz zu versehen, indem man die Schalter und Geräte für einen der Kanäle der Fig. 2 wegläßt. Wenn z.B. der Kanal 10 entfallen soll, dann werden auch das zugeordnete Ge­ rät D 10, die zugeordneten Schalter S 11 und S 10′ und die Anschlüsse P 10 und P 10′ in der Schaltung nach Fig. 2 weg­ gelassen. In diesem Beispielsfall werden die Schalter S 10 und S 10′ durch Kurzschlüsse ersetzt, welche den Schal­ ter S 6 mit dem Schalter S 16 und den Schalter S 6′ mit dem Schalter S 16′ verbinden. Diese 11-kanalige Ausführungsform ist in Fig. 5 gezeigt.

Ein 10-Kanal-System kann in ähnlicher Weise erhalten wer­ den, indem man die Schalter S 9, S 9′, S 10, S 10′ und die Geräte D 9 und D 10 der Kanäle 9 und 10 nach Fig. 2 weg­ läßt. Ein solches 10-Kanal-Redundanzsystem ist in Fig. 6 dargestellt, wo diejenigen Schalter und Geräte, die in Fig. 2 den Kanälen 9 und 10 zugeordnet sind, fortgelas­ sen worden sind, um zehn Kanäle übrigzulassen.

Ein 9-Kanal-System läßt sich durch Weglassen derjenigen Schalter und Geräte erhalten, die in Fig. 2 den Kanälen 8, 9 und 10 zugeordnet sind. Ein solches 9-Kanal-Redun­ danzsystem ist in Fig. 7 dargestellt, worin die Schalter und Geräts der Kanäle 8, 9 und 10 der Fig. 2 fortgelassen sind, um neun Kanäle übrigzulassen.

Ein 8-Kanal-System kann durch Eliminierung derjenigen Schalter und Geräte erhalten werden, die den Kanälen 7, 8, 9 und 10 in Fig. 2 zugeordnet sind. Ein solches 8- Kanal-Redundanzsystem ist in Fig. 8 dargestellt, wo die den Kanälen 7, 8, 9 und 10 der Fig. 2 zugeordneten Schal­ ter und Geräte fortgelassen sind, um acht Kanäle übrig­ zulassen.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Auswahl der jeweils fortgelassenen Kanäle so ge­ troffen, daß sich die Anzahl der Zwischenschalter im einen Abschnitt eines Netzwerkes möglichst wenig von der Anzahl der Zwischenschalter im anderen Abschnitt des Netz­ werkes unterscheidet. Indem man die Anzahl der Zwischen­ schalter in den beiden Abschnitten gleich oder nahezu gleich hält, erzielt man folgende Vorteile: Erstens ver­ mindert sich die Wahrscheinlichkeit, daß die beiden Ver­ maschungsschalter in einem gegebenen Abschnitt direkt miteinander verbunden werden müssen, und zweitens kann das Muster beibehalten werden, daß alle ungeradzahligen numerierten Kanäle im oberen Abschnitt und alle geradzah­ lig numerierten Kanäle im unteren Abschnitt liegen.

Claims (2)

1. Redundanz-Schaltnetzwerk mit N Schaltern, deren jeder zwischen mehreren Stellungen umschaltbar ist, derart daß durch Einstellung der Schalter in ausgewählte Stellungen eine Schaltsituation geschaffen werden kann, bei welcher N Eingangsanschlüsse eines Nachrichten­ systems mit den Eingängen von N Geräten einer ersten Gruppe verbunden sind, und
daß ansonsten Schaltsituationen geschaffen werden können, bei denen die N Eingangsanschlüsse mit den Eingängen von N Geräten verbunden sind, die eine durch die jeweiligen Einstellungen der Schalter bestimmte Auswahl aus Geräten der ersten Gruppe und Geräten einer zweiten Gruppe bilden,
dadurch gekennzeichnet,
daß N gleich oder größer als 8 und kleiner als 12 ist und daß vier Geräte (R 1-R 4) in der zweiten Gruppe vorhanden sind;
daß jeder der Schalter (S 1, usw.) einen Anschluß 1, einen Anschluß 2, einen Anschluß 3 und einen Anschluß 4 hat und auf folgende Stellungen einstellbar ist;
eine Durchgangsstellung, bei welcher sein Anschluß 1 mit seinem Anschluß 3 verbunden ist; eine erste Trans­ ferstellung, in welcher seine Anschlüsse 1 und 2 mit­ einander verbunden sind und seine Anschlüsse 3 und 4 miteinander verbunden sind; eine zweite Transferstel­ lung, bei welcher seine Anschlüsse 1 und 4 miteinan­ der verbunden sind und seine Anschlüsse 2 und 3 mit­ einander verbunden sind;
daß das Netzwerk einen ersten und einen zweiten Ab­ schnitt (120, 124) hat, deren jeder mindestens sechs, aber nicht mehr als acht Exemplare der Schalter ent­ hält;
daß innerhalb jedes der Abschnitte (z. B. 112) alle mit Ausnahme von zwei Exemplaren (S 1, S 11) der Schal­ ter in einem Ring (z. B. 122) zusammengeschlossen sind, und zwar durch Verbindungen, die sich zwischen den ge­ radzahlig numerierten Anschlüssen (2, 4) jedes Schal­ ters (z. B. S 5) des Rings und geradzahlig numerierten Anschlüssen (2, 4) der jeweils benachbarten Schalter (z. B. S 9, S 13) des Rings erstrecken;
daß die zum Ring gehörenden Schalter in jedem Ab­ schnitt (z. B. 120) zwei Vermaschungsschalter (z. B. S 13, S 15) enthalten, wobei jeder Vermaschungsschalter (z. B. S 13) in einem der Abschnitte (z. B. 120) mit einem sei­ ner ungeradzahlig numerierten Anschlüsse (z. B. 1) an einen zugeordneten ungeradzahlig numerierten Anschluß (1) des entsprechenden Vermaschungsschalters (z. B. S 14) des Rings des jeweils anderen Abschnitts angeschlossen ist;
daß unter den Schaltern (z. B. S 3, S 5, usw.) des Rings (z.B. 122) eines jeden Abschnitts (z.B. 120) jeder der anderen Schalter (z.B. S 5), die keine Vermaschungs­ schalter sind und als Zwischenschalter bezeichnet werden, eine Verbindung von einem seiner ungeradzahlig numerierten Anschlüsse (z.B. 1) mit einem zugeordneten Exemplar (z.B. P 5) der Eingangsanschlüsse (P 1-P 12) hat und eine Verbindung von seinem anderen ungeradzah­ lig numerierten Anschluß (z.B. 3) zu einem Eingang eines zugeordneten Exemplars (z.B. D 5) der Geräte der ersten Gruppe (D 1-D 12);
daß innerhalb jedes Abschnitts (z.B. 120) jeder der beiden vom Ring ausgenommenen Schalter (z.B. S 1) an den Ring (z.B. 22) des betreffenden Abschnitts ange­ hängt ist, indem einer seiner geradzahlig numerierten Anschlüsse (z.B. 4) mit dem übrigen, nicht anderweitig verbundenen ungeradzahlig numerierten Anschluß (3) eines zugeordneten Vermaschungsschalters (z.B. S 13) desselben Rings verbunden ist, während sein anderer geradzahlig numerierter Anschluß (z.B. 2) mit dem Ein­ gang eines zugeordneten Exemplars (z.B. D 1) der Gerä­ te der ersten Gruppe verbunden ist;
daß die von den Ringen ausgenommenen, angehängten Schalter (S 1, S 2, S 11, S 12) beider Abschnitte Verbin­ dungen haben von jeweils einem ihrer ungeradzahlig numerierten Anschlüsse (z.B. 1) zu einem jeweils zu­ geordneten Exemplar (P 1 bzw. P 2 bzw. P 11 bzw. P 12) der Eingangsanschlüsse und von ihrem jeweils anderen, nicht anderweitig verbundenen ungeradzahlig numerier­ ten Anschluß (z.B. 3) zu einem jeweils zugeordneten Exemplar (R 3 bzw. R 4 bzw. R 9 bzw. R 10) der Geräte der zweiten Gruppe.

2. Schaltnetzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß es als Eingangs-Schaltnetzwerk (100) mit ei­ nem Ausgangs-Schaltnetzwerk (100′) kombiniert ist, welches Schalter (S 1′, usw.) in gleicher Anzahl und vom gleichen Typ wie die Schalter des Eingangs-Netz­ werkes enthält und welches in zwei Abschnitte (120′, 124′) unterteilt ist, die den beiden Abschnitten des Eingangs-Netzwerkes entsprechen, wobei innerhalb des Ausgangs-Netzwerkes die Schalter jedes Abschnittes miteinander, mit Schaltern des jeweils anderen Ab­ schnittes, mit Ausgängen der einzelnen Geräte und mit einzelnen Netzwerk-Ausgangsanschlüssen (P 1′, usw.) in einer Konfiguration verbunden sind, die spiegel­ bildlich zu den Verbindungen zwischen Schaltern, Ge­ räten und Eingangsanschlüssen innerhalb des Eingangs- Schaltnetzwerkes ist.