DE4116292C2 - Verfahren zum Empfangen wellenlängenmultiplexer Signale - Google Patents
Verfahren zum Empfangen wellenlängenmultiplexer SignaleInfo
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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 αi und βi von einer Informationsquelle mit
einer Entfernung Li von der Empfangsstation zu einem
Zeitpunkt t₀ des Empfangs eines Triggersignals, empfängt
die Empfangsstation diese Informationen bei einer
Wellenlänge λα und λβ mit Geschwindigkeiten Vα und Vβ
(wobei Vα<Vβ) zu Zeitpunkten
tα i = t₀ + tc + Li/Vα und
tb i = t₀ + tc + Li/Vβ.
Der Ausdruck tc 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 . . ., Lm 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 tp eine Signalabtastung durchgeführt, so
sind die dabei erhaltenen Signale Sα(tp) und Sβ(tp)
Informationen vom α- und vom β-Typ von Stellen mit
Entfernungen Lj und Li, 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 tp 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 tq 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 Vt des Triggersignals und
die Ausbreitungsgeschwindigkeit Vs eines
Informationssignals wird eine Basiszeit T=D/Vt+D/Vs
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
(Vt)+5/200(Vs)=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
Vt des optischen Triggersignals und
eine Ausbreitungsgeschwindigkeit Vs des optischen
Informationssignals als T=D/Vc+D/Vs 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.
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