DE4116292C2 - Verfahren zum Empfangen wellenlängenmultiplexer Signale - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Empfangen wellenlängenmultiplexer Signale, die insbesondere von mehreren Signalquellen abgegeben werden.

Bei der zentralen Fernüberwachung industrieller Anlagen wie langer oder weitläufiger Hochspannungsleitungen werden verschiedene Informationen an vielen Stellen gesammelt und über Lichtleiterkabel übertragen. Die Gesamtmenge der Informationen ergibt sich dann als Produkt der Anzahl von Informationsarten und der Stellen ihres Auftretens. Jede Information ist zwar nicht komplex, jedoch ist die Gesamtmenge der Informationen beachtlich, und sie müssen effizient übertragen und empfangen werden. Soll beispielsweise der Funktionszustand einer Hochspannungsleitung zu jedem Zeitpunkt mit einem Index von 10 Schritten ermittelt werden, so wird der Zustand eines jeden Punktes in eine von 10 Lichtintensitäten umgesetzt und das optische Signal über ein Lichtleiterkabel übertragen und an einer Umsetzerstation empfangen. Gibt es 5 Fehlerarten, die durch 5 Informationen dargestellt und an jedem von 100 Fernleitungsmasten gesammelt werden, so müssen 500 Informationen praktisch gleichzeitig und ununterbrochen übertragen werden.

Ein Verfahren zum Übertragen zahlreicher Signale über ein Lichtleiterkabel ist die optische Signalübertragung im Wellenlängenmultiplex, bei der Licht unterschiedlicher Wellenlängen zum gleichzeitigen übertragen unterschiedlicher Informationsarten verwendet wird und die empfangenen optischen Signale mit Wellenlängenfiltern getrennt werden. Bei einer einzelnen Informationsquelle können die Signale abhängig von der Wellenlänge leicht getrennt werden, während bei vielen Informationsquellen an Fernleitungsmasten längs eines Lichtleiterkabels zusätzlich zur Trennung nach der Wellenlänge die Identifizierung einer jeden Informationsquelle nötig ist.

Folgende Verfahren zum Identifizieren der Informationsquelle sind bekannt:

• 1. Signalübertragung mit Informationsquellencode
• 2. Zeitabhängige Signalübertragung für jede Informationsquelle zu einem bestimmten Zeitpunkt oder sequentielle Signalübertragung mit einem vorbestimmten Intervall und vorbestimmter Übertragungsfolge für die Informationsquellen längs des Kabels. Jedes dieser Verfahren bietet die Redundanz zum Übertragen der Positionsinformation.

Ein weiteres Verfahren (EP 0 133 261 A1), das den Übertragungswirkungsgrad verbessern soll oder bei zu großer Informationsmenge die Ortsidentifizierung oder das Anhängen eines Positionscodes ermöglichen soll, besteht darin, daß die Empfangsstation ein Triggersignal zusammen mit einer bestimmten Information aussendet und eine Informationsquelle auf das Triggersignal durch Rücksenden von Informationen antwortet. Dieses Schema ist so aufgebaut, daß die Empfangsstation ein Triggersignal aussendet, dieses Signal die nächste Informationsquelle A erreicht, diese dann Informationssignale mit mehreren Wellenlängen überträgt und die Empfangsstation den Empfang der Signale der Informationsquelle A abschließt, bevor die Signale einer weiter entfernten Informationsquelle B an der Position der Informationsquelle A ankommen, nachdem das Triggersignal an der Informationsquelle B empfangen wurde. Die Empfangsstation empfängt die Informationssignale nacheinander von der nächsten, der nächstfolgenden und den weiteren Informationsquellen und kann die Signale einer jeden Informationsquelle abhängig von der Wellenlänge voneinander trennen.

Obwohl dieses sequentielle Empfangen von Informationssignalen von vielen Stellen durch Anwendung des Triggersignals durch optimales Einstellen der Zeitbedingung für das Triggersignal und die Informationssignale eine effiziente Signalübertragung ergibt, tritt doch das Problem der komplizierten Verarbeitung der empfangenen Signale auf. Es ist hauptsächlich darauf zurückzuführen, daß die Lichtgeschwindigkeit in dem Lichtleiterkabel von der Lichtwellenlänge abhängt. Bei der Übertragung von Informationen α_i und β_i von einer Informationsquelle mit einer Entfernung L_i von der Empfangsstation zu einem Zeitpunkt t₀ des Empfangs eines Triggersignals, empfängt die Empfangsstation diese Informationen bei einer Wellenlänge λ_α und λ_β mit Geschwindigkeiten V_α und V_β (wobei V_α<V_β) zu Zeitpunkten

t_{α i} = t₀ + t_c + L_i/V_α und t_{b i} = t₀ + t_c + L_i/V_β.

Der Ausdruck t_c ist die von einer Informationsquelle verbrauchte Zeit vor dem Übertragen des Informationssignals nach Empfang des Triggersignals. Diese Zeit kann in einigen Fällen null sein.

Fig. 2 zeigt auf der horizontalen Zeitachse Informationssignale der Art α und β, die entsprechend den Entfernungen L₁, L₂ . . ., L_m in praktisch gleichen Intervallen empfangen werden. Die Informationssignale vom α-Typ mit hoher Geschwindigkeit werden früher als die Informationssignale vom β-Typ empfangen. Wird dann bei einem Zeitpunkt t_p eine Signalabtastung durchgeführt, so sind die dabei erhaltenen Signale S_α(t_p) und S_β(t_p) Informationen vom α- und vom β-Typ von Stellen mit Entfernungen L_j und L_i, d. h. diese Informationssignale stammen nicht von ein und derselben Stelle. Je größer die Entfernung einer Informationsquelle von der Empfangsstation ist, um so größer ist der Fehler des von dieser empfangenen Informationssignals. Die zu einem Zeitpunkt t_p abgetasteten Informationssignale müssen deshalb unter Berücksichtigung des Fehlers neu geordnet werden, wobei die Informationssignale einer jeden Informationsquelle gruppenweise erfaßt werden.

Dieses Verfahren des effizienten Nutzens des Übertragungsweges mit Lichtleiterkabel erfordert also die Signalneuordnung, was den Wirkungsgrad auch des gesamten Empfangssystems beeinträchtigt. Besonders wird es beim Sammeln von Informationen von vielen Stellen, die unter geringen Abständen längs eines Lichtleiterkabels verteilt sind, zu einem sehr ineffizienten Verfahren, wenn die Informationen zum Abtasten von Daten mit konstantem Zeitintervall gesammelt und danach zahlreiche Daten neu geordnet werden, um die Daten einzelner Informationsquellen zum Ermitteln des Funktionszustandes einer jeden Stelle zu gruppieren. Ferner ergibt bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel das Abtasten zu einem Zeitpunkt t_q Daten des Typs α von einer Informationsquelle, jedoch ist dieser Zeitpunkt eine Lücke im Empfang der Daten des Typs β zwischen zwei Informationsquellen, wodurch Daten beim Empfang verlorengehen können oder eine fehlerhafte Informationserkennung auftritt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend beschriebenen Nachteile bekannter Verfahren zu vermeiden und ein Verfahren zum Empfangen vieler Informationsarten anzugeben, die mit mehreren Wellenlängen von vielen Stellen längs eines Lichtleiterkabels übertragen werden.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 oder des Patentanspruchs 2. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 das Blockdiagramm eines Verfahrens zum Empfang wellenlängenmultiplexer Signale als Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung eines Beispiels von Signalverläufen, die nach dem bisherigen Wellenlängenmultiplexprinzip empfangen wurden.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten System sendet ein Sender 2 ein Triggersignal über ein Lichtleiterkanal 3 mit einem vorbestimmten Intervall, das durch einen Taktgenerator 1 erzeugt wird. Mehrere Informationsquellen I, J, K usw. sind entlang dem Lichtleiterkabal 3 angeordnet und gegen Informationen α, β usw. unterschiedlicher Arten abhängig von dem Empfang des Triggersignals an eine Empfangsstation 4. Empfangene optische Signale werden mit einer Wellenlängenweiche 5 nach der Wellenlänge getrennt, und die so getrennten Signale werden mit Wandlerverstärkern 61, 62, 63 entsprechend der Wellenlänge in elektrische Signale umgesetzt.

Der Taktgenerator 1 steuert Abtastgeneratoren 71, 72, 73 usw. an, deren Zahl derjenigen der Wellenlängen entspricht und die den Wellenlängen entsprechende Zeitsignale erzeugen. Die Ausgangssignale der Wandlerverstärker 61, 62, 63 usw. werden abhängig von den entsprechenden Zeitsignalen gelesen und der nächsten Stufe zugeführt, die in diesem Ausführungsbeispiel ein Speicher 8 ist.

Die Abtastzeit wird folgendermaßen bestimmt. Für die Entfernung D zwischen benachbarten Informationsquellen, die Ausbreitungsgeschwindigkeit V_t des Triggersignals und die Ausbreitungsgeschwindigkeit V_s eines Informationssignals wird eine Basiszeit T=D/V_t+D/V_s berechnet. Die Basiszeit T, geteilt durch eine ganze Zahl, wird für eine bestimmte Wellenlänge als Abtastintervall betrachtet. Die ganze Zahl ist allen Wellenlängen gemeinsam. Beispielsweise werden eine Triggersignalwelle, eine α-Welle, eine β-Welle und eine γ-Welle mit Lichtgeschwindigkeiten von 202, 200, 195 und 190 m/µs im Lichtleiterkabel zum Sammeln von 3 Informationsarten an Stellen mit 5 m gegenseitigem Abstand längs des Lichtleiterkabels verwendet. Der Empfänger sendet einen Lichtimpuls als Triggersignal über das Lichtleiterkabel, und bei Ablauf einer vorbestimmten Zeit γ tastet er Signale mit einem Intervall von 5/202 (V_t)+5/200(V_s)=0,049752 µs für die α-Welle, mit einem Intervall von 5/202+5/195=0,050394 µs für die β-Welle und einem Intervall von 5/202+5/190=0,051068 µs für die γ-Welle ab. Entsprechend können zu einem Zeitpunkt 3 Informationsarten von ein und derselben Stelle empfangen werden. Beim Abtasten zweier Informationsarten an jeder Stelle ist die Abtastperiode halbiert.

Bei derartigen sequentiellen Empfangssignalen ist jeweils das N-te Signal einer α-Welle, einer β-Welle und einer γ-Welle selbst das Signal der Stelle mit einem Abstand von 5N Metern vom Empfänger, ohne daß ein Neuordnungsverfahren o. ä. für die Stellen der Informationsquellen abhängig von der Abtastzeit durchzuführen ist, wie es bisher nötig war. Dies ermöglicht ein sehr einfaches Verfahren zum Ersetzen von Informationen durch andere Informationen an einer Stelle. Die vorgeschriebene Ablaufzeit ist hauptsächlich im Hinblick auf die Zeitverzögerung der Datenübertragung nach dem Empfang des Triggersignals an jeder Stelle erforderlich, und diese Zeit kann vermieden werden, wenn die Informationen beispielsweise mit reflektiertem oder gestreutem Licht übertragen werden, das augenblicklich auf den Triggerimpuls reagiert. Diese Ausführungsform erfordert eine Zeit von mindestens ca. 50 ns zum Empfangen des Signals von der nächstgelegenen Stelle, und wenn eine Informationsübertragung unmittelbar nach dem Empfang eines Triggersignals nicht nötig ist, kann sie weiter gesichert werden, in dem die Übertragungsdauer innerhalb 50 ns gelegt wird und die Ablaufzeit die Hälfte dieses Zeitraumes, also 25 ns beträgt.

Auch wenn das Intervall der Informationsquellen nicht genau konstant ist, können die Informationen durch geeignetes Einstellen der Ablaufzeit und der Übertragungsdauer gesammelt werden.

Die Erfindung ist nicht nur dann anwendbar, wenn Informationsquellen mit jeweils einem Treiber zum Umsetzen eines elektrischen Signals mit bestimmter Information in ein optisches Signal mit bestimmter Wellenlänge abhängig vom Empfang eines Triggersignals vorhanden sind, sondern auch bei Informationssignalen in Form gestreuten, übertragenen oder reflektierten Lichtes, erzeugt durch Lichtleitfasern oder optische Elemente, abhängig von einem Triggersignal.

Wie vorstehend beschrieben, ermöglicht die Erfindung den Empfang großer Informationsmengen mit mehreren Wellenlängen von vielen Stellen über einen schmalen Lichtleiter-Übertragungskanal und bietet ein wirtschaftliches Verfahren zum Empfang eines großen Informationsvolumens über ein Lichtleiterkabel.

Claims (9)

1. Verfahren zum Empfangen wellenlängenmultiplexer Signale, die mehrere Informationsarten angeben, am Ende eines Lichtleitfaser-Übertragungskanals in Form optischer Informationssignale von mehreren in einem weitgehend konstanten Intervall längs des Übertragungskanals angeordneten Informationsquellen abhängig von einem optischen Triggersignal, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Informationssignal mit einem Zeitintervall abgetastet wird, das der von der jeweiligen Wellenlänge abhängenden Lichtgeschwindigkeit umgekehrt proportional ist, so daß der Inhalt, die Art und die Quelle der jeweiligen Information beim Empfangen identifiziert werden.

2. Verfahren zum Empfangen wellenlängenmultiplexer Signale, die mehrere Informationsarten angeben, mit einer Empfangseinrichtung am Ende eines Lichtleitfaser- Übertragungskanals in Form optischer Informationssignale von mehreren in einem weitgehend konstanten Intervall längs des Übertragungskanals angeordneten Informationsquellen abhängig von einem optischen Triggersignal, das von dem Ende des Übertragungskanals aus abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Ende des Übertragungskanals ankommenden optischen Informationssignale nach der Wellenlänge getrennt und jeweils mit einem Zeitintervall abgetastet werden, das der von der Wellenlänge abhängigen Lichtgeschwindigkeit umgekehrt proportional ist, so daß der Inhalt, die Art und die Quelle der Information beim Signalempfang identifiziert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtastintervall eines jeden Informationssignals aus einer Grundzeit T bestimmt wird, die für eine Entfernung D zwischen benachbarten Informationsquellen, eine Ausbreitungsgeschwindigkeit V_t des optischen Triggersignals und eine Ausbreitungsgeschwindigkeit V_s des optischen Informationssignals als T=D/V_c+D/V_s berechnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtastintervall eines jeden Informationssignals durch Teilen der Grundzeit T durch eine ganze Zahl bestimmt wird, die allen Informationssignalen mehrerer Wellenlängen gemeinsam ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtasten des Informationssignals bei Ablauf einer vorgeschriebenen Zeit beginnt, die jede Informationsquelle zum Übertragen eines Informationssignals nach der Übertragung des optischen Triggersignals vom Ende des Übertragungskanals her benötigt.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Informationssignalquelle eine Treibervorrichtung enthält, die ein mit Informationen versehenes elektrisches Signal in ein optisches Signal mit bestimmter Wellenlänge umsetzt und dieses überträgt.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das durch jede Informationsquelle übertragene optische Signal gestreutes, gesendetes oder reflektiertes Licht, erzeugt durch eine Lichtleitfaser oder optische Elemente infolge des von dem Ende des Übertragungskanals übertragenen optischen Triggersignals, ist.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Informationsquelle eine Treibervorrichtung enthält, die Informationen über den Funktionszustand einer Stromversorgungsleitung zu jedem Zeitpunkt in optische Signale mit bestimmter Wellenlänge umsetzt und diese überträgt.

9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Triggersignal moduliert wird.