DE4317856C2 - Auswahlschaltung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Auswahlschaltungen gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 oder 8.

Auswahlschaltungen dieser Art werden vielfach in Redundanzschaltungen und Kanalauswahlschaltungen in der Übertragungstechnik insbesondere in Nachrichtensatelliten der Raumfahrt, eingesetzt. Eine Kanalauswahlschaltung k aus m bezeichnet eine Auswahlschaltung, die aus m Übertragungskanälen beliebige k Kanäle auswählt. Dies ermöglicht flexible Übertragungssysteme, die einem wechselnden Bedarf angepaßt werden können. Eine Redundanzschaltung m für k ist eine Auswahlschaltung in dem Sinne, daß für eine Anzahl von k zu übertragenden Signalen m Übertragungskanäle, m < k, zur Verfügung gestellt werden.

Übertragungssysteme, die eine sehr hohe Zuverlässigkeit über viele Jahre gewähren müssen, werden oft mit Redundanz ausgerüstet. Das bedeutet, es werden zusätzliche redundante Geräte integriert, in Nachrichtensatelliten beispielsweise Leistungsverstärker, um die geforderte hohe Zuverlässigkeit zu erreichen. Fällt eines dieser Geräte aus, so wird mit Hilfe von Schalternetzwerken, den Auswahlschaltungen, der betreffende Übertragungskanal auf ein noch funktionsfähiges Gerät umgeleitet. Bei einer echten Redundanzschaltung m für k können beliebige m-k=d Geräte, unabhängig von der Reihenfolge, ausfallen, ohne daß das Übertragungssystem in seiner Kapazität vermindert wird. Für diesen Zweck ist den redundant vorhandenen Geräten ein Schalternetzwerk mit k Eingängen und m Ausgängen für die m Geräte vorgeschaltet und hinter ihnen ist ein spiegelbildliches Schalternetzwerk mit m Eingängen und k Ausgängen für die k Ausgangssignale angeordnet.

Gibt es eine Ausfallkombination von d Geräten mit d m-k, die nicht von der Redundanzschaltung abgedeckt werden kann, so spricht man von einer "nicht echten" Redundanzschaltung. Bei Kanalauswahlschaltungen werden die Begriffe "echt" und "nicht echt" sinngemäß verwendet.

Diese Auswahlschaltungen verwenden häufig den sogenannten "R- Schalter", der üblicherweise als Hohlleiterschalter, aber auch als Koaxialschalter oder in anderen Varianten ausgeführt sein kann. Ausführungen von Hohlleiterschaltern sind z. B. in der DE-OS 29 24 969, EP 147 610 und in der DE-OS 37 03 378 beschrieben. Dieser R-Schalter besitzt vier Anschlußtore und es gibt vier Schalterstellungen, wobei jedes Tor mit drei Schalterstellungen auf die drei anderen Tore durchgeschaltet werden kann und in einer vierten Stellung nicht durchgeschaltet wird. Häufig wird die vierte Schalterstellung nicht benötigt, deshalb gibt es zwei Ausführungsarten von R- Schaltern, Vier-Positions-R-Schalter und Drei-Positions-R- Schalter.

Im weiteren wird nur noch der übergeordnete Begriff Auswahlschaltung k aus m für Kanalauswahlschaltung k aus m oder für Redundanzschaltung m für k benutzt, da das Schalternetzwerk für beide Zwecke verwendet werden kann. Durch die passive Struktur des Schalternetzwerkes können die Eingänge und die Ausgänge miteinander vertauscht werden (m <-< k), und durch die Wahl der Eingänge wird der Zweck der Auswahlschaltung (k aus m oder m für k) festgelegt.

Auswahlschaltungen dieser Art sind z. B. aus der US 4,644,301 bekannt. Hier sind R-Schalter in zwei Ringen angeordnet, wobei die Ringe über zwei Zwischenverbindungen untereinander verbunden sind. Die Ringe sind, die Schalterzahl betreffend, gleich oder unterscheiden sich um einen Schalter. Dieses Prinzip ermöglicht den Aufbau von großen Redundanzschaltungen für vier Reservegeräte (m-k=4) mit einer relativ kleinen Zahl an R-Schaltern. Angegeben sind Redundanzschaltungen 12 für 8 mit 12 R-Schaltern bis 16 für 12 mit 16 R-Schaltern.

Aus der DE 42 03 174 A1 sind Auswahlschaltungen mit m-k = 4 bekannt, bei denen R-Schalter in einem Ring angeordnet sind. Jeder zweite oder dritte R-Schalter dient als Brückenschalter und jeder Brückenschalter ist mit einem benachbarten Brückenschalter über eine Brücke verbunden.

Aus der US 4,198,611 ist eine Auswahlschaltung mit m-k = 3 und m = 8 bekannt. Diese ist mit Transferschaltern aufgebaut, die maschenartig angeordnet sind.

In der DE 41 21 399 C1 ist eine Kanalauswahlschaltung für flexible Redundanzschaltungen, die R-Schalter verwendet, beschrieben. Die R-Schalter sind in einem Ring angeordnet, wobei jeder zweite oder höchstens jeder dritte ein sogenannter Brückenschalter ist, der der Brückenbildung dient. Zur Brückenbildung werden diese Brückenschalter miteinander durch Brückenschleifen verbunden. An den R- Schaltern, die sich im Ring zwischen den Brückenschaltern befinden, sind an den verbleibenden Toren jeweils ein Eingang und ein Ausgang angeschlossen.

Aus der DE-PS 8 57 414 ist eine Schalteinrichtung für Hochfrequenzgeräte bekannt, die es ermöglicht, jede Einheit einer Gruppe von Hochfrequenzgeräten mit einer beliebigen Einheit einer anderen Gruppe zu verbinden. Die Schalter dieser Schaltrichtung sind in einer maschenartig vernetzten Struktur angeordnet.

Große Auswahlschaltungen benötigen sehr aufwendige Schalternetzwerke, zudem steigt mit der Anzahl der Schalter oft auch die Anzahl der Schalterdurchgänge für die Signale und damit die Signaldämpfung.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Auswahlschaltungen für m-k=4 und m-k=3 anzugeben, die mit relativ wenigen Schaltern auskommen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 8. Vorteilhafte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Auswahlschaltungen beruhen auf einer neuen, maschenartig vernetzten Struktur mit Knotenschaltern in den Kreuzungspunkten. Insbesondere für die Klassen von Auswahlschaltungen m-k=4 und m-k=3 können damit bei überwiegender Verwendung von R-Schaltern Auswahlschaltungen mit sehr wenigen Schaltern realisiert werden. Durch die maschenartig vernetzte Struktur ist es sehr einfach, echte Schaltungen anzugeben.

Bisher gebräuchliche Auswahlschaltungen, die auf dem Konzept von einem oder zwei ringförmigen Strukturen basieren, benötigen z. B. für eine 8 aus 12 Auswahlschaltung 12 R- Schalter (siehe US 4,644,301) und für eine 11 aus 15 Auswahlschaltung 17 R-Schalter (siehe WO 90/00316). Bei Anwendung einer maschenartig vernetzten Struktur kann die 8 aus 12 Auswahlschaltung mit 10 und die 11 aus 15 Auswahlschaltung mit 14 R-Schaltern realisiert werden.

Während Auswahlschaltungen, die auf ringförmigen Strukturen beruhen, mit Hilfe von aufwendigen Computerprogrammen auf Echtheit geprüft werden müssen, ist bei den maschenartig vernetzten Strukturen die Echtheit durch die Anwendung gewisser Regeln gewährleistet. Es ist keine obere Grenze für die Anzahl der Eingänge m und der Ausgänge m-4 oder m-3 für echte Schaltungen, die auf der erfindungsgemäßen Struktur beruhen, vorhanden.

Während ringförmige Auswahlschaltungen die Verwendung von Brücken benötigen, das heißt Verbindungen zwischen entfernt liegenden Schaltern, kommt eine maschenartig vernetzte Auswahlschaltung ohne Brücken aus. Die Schalter werden nur mit ihren nächsten Nachbarn verbunden. Auch sehr große Auswahlschaltungen kommen mit maximal drei Schalterdurchgängen für die Signale aus. Da zudem keine langen Leitungslängen für Brücken benötigt werden, ermöglicht dies den Aufbau von sehr dämpfungsarmen großen Auswahlschaltungen.

Weil die maschenartig vernetzte Struktur keine Brückenverbindungen verwendet, werden weniger Schalter benötigt. Dies ist gerade für Nachrichtensatelliten ein wichtiger Vorteil, wo Gewicht und Platzbedarf erhebliche Kostenfaktoren sind. Es werden zudem Telemetrie- und Telekommando-Signale eingespart und die Auswahlschaltung hat eine höhere Zuverlässigkeit, da weniger Schalter vorhanden sind.

Weiterhin ist bei einer maschenartig vernetzten Struktur ein Eingang nur wenigen benachbarten Ausgängen zugeordnet, wodurch schnell zu erkennen ist, welche Zuordnungen zwischen Eingängen und Ausgängen bei Ausfallkombinationen möglich sind. Dies ist für bestimmte Anwendungen vorteilhaft.

Wird eine bestimmte Auswahlschaltung mit m-k=4 gesucht, z. B. eine Kanalauswahlschaltung k aus m mit m Eingängen und k Ausgängen, so baut man eine maschenartig vernetzte Struktur auf, wobei die Kreuzungspunkte die Knotenschalter sind. Es ist sinnvoll, für diese R-Schalter zu verwenden. Für wenige, bestimmte Fälle, z. B. im Randbereich der netzartigen Struktur, können für eine echte Schaltung auch andere Schaltertypen verwendet werden.

Die Knotenschalter werden, einer maschenartig vernetzten Struktur entsprechend, mit topologisch benachbarten Knotenschaltern verbunden. Für diese Strukturen gibt es zum Teil verschiedene Möglichkeiten, wie in den Ausführungsbeispielen gezeigt.

Ein Knotenschalter ist dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens zwei Verbindungen hat zu einem oder mehreren Knotenschaltern, je nach seiner Lage im maschenartigen Netz. In diesen Verbindungen befinden sich vorteilhafterweise weitere Schalter, an denen ein Eingang und/oder mindestens ein Ausgang vorhanden ist. An den weiteren Anschlüssen der Knotenschalter können sich Eingänge, weitere Schalter oder auch Ausgänge befinden.

Besitzt ein Knotenschalter nur zwei Verbindungen zu einem oder zwei Knotenschaltern, dann gilt als weiteres Kennzeichen, daß sich an ihm zwei Eingänge oder mindestens ein Schalter befinden. Besitzt der Knotenschalter zwei Eingänge an seinen weiteren Anschlüssen, und können durch ihn drei Eingänge angewählt werden, so kann dadurch auf einen Brückenschalter verzichtet werden in einer echten Auswahlschaltung mit m-k=4.

Unter Verbindungen von Knotenschaltern werden hier Signalleitungen verstanden. Sie sind topologische Verbindungen zwischen den Knoten in der maschenartig vernetzten Struktur. In dieser Verbindung können sich weitere Schalter befinden. Die weiteren Schalter in den Verbindungen zwischen den Knotenschaltern stellen Anschlüsse zur Verfügung für weitere Eingänge und Ausgänge. Vorteilhaft ist es, dafür R-Schalter zu verwenden und an jedem jeweils einen Eingang und einen Ausgang anzuschließen (Verbindungsschalter).

Für die maschenartig vernetzte Struktur sind Schalter mit vier Anschlußpunkten, insbesondere R-Schalter, besonders geeignet.

Es existieren oft viele äquivalente Möglichkeiten, auch bei einer echten Auswahlschaltung, die mit der minimalen Zahl von Schaltern für die m Eingänge und k Ausgänge aufgebaut ist. So sind z. B. die Verbindungen zwischen den Knotenschaltern oft nicht mit der für eine echte Schaltung möglichen Anzahl von Schaltern aufgefüllt und es können dann Schalter umgruppiert werden, wie in Ausführungsbeispielen gezeigt.

Die weiteren Anschlüsse der Knotenschalter, die keine Verbindung zu Knotenschaltern haben, können für den Anschluß von Schaltern oder Eingängen genutzt werden. Sind an einem dieser Anschlüsse Schalter angeschlossen, so dürfen sich in diesem Zweig für eine echte Schaltung maximal zwei Eingänge, wenn ein Ausgang vorhanden ist, oder, wenn kein Ausgang vorhanden ist, nur ein Eingang befinden. Mehr als ein Ausgang ist in diesem Zweig nicht erlaubt.

Um echte Schaltungen mit einer kleinen Schalteranzahl zu erhalten, ist es vorteilhaft, R-Schalter für die Knotenschalter und für die Schalter zwischen den Knotenschaltern zu verwenden. Für eine echte Schaltung ist es weiterhin notwendig, daß an den weiteren Anschlüssen der Schalter, die in einer Verbindung zwischen zwei Knotenschaltern vorhanden sind, sich Eingänge und maximal zwei Ausgänge befinden mit maximal einem Ausgang pro Schalter. Weiterhin ist es notwendig, daß an einem weiteren Anschluß eines Knotenschalters sich ein Eingang oder maximal ein Schalter mit maximal zwei Eingängen und einem Ausgang befindet. Es kann an einem weiteren Anschluß eines Knotenschalters auch ein Ausgang angeschlossen werden, aber es wird dann eine größere Zahl an Schaltern benötigt, um eine echte Schaltung zu erreichen. Dieser Anschluß kann auch offengelassen werden, aber damit steigt ebenfalls die Schalteranzahl.

Ein R-Schalter, dem ein Eingang und ein Ausgang zugeordnet ist, wird hier Verbindungsschalter genannt. Eine echte Schaltung mit der minimalen Zahl an Schaltern ist dadurch gegeben, daß in einer Verbindung zwischen zwei Knotenschaltern zwei Verbindungsschalter und an einem weiteren Anschluß eines Knotenschalters ein Verbindungsschalter angeordnet sind.

Damit ist auch die minimale Anzahl an Knotenschaltern festgelegt.

Aus den vorausgegangenen Erläuterungen folgt, daß die kleinste maschenartig vernetzte Struktur mit zwei Knotenschaltern aufgebaut werden kann, wobei die größte Auswahlschaltung, die mit zwei Knotenschaltern erreicht werden kann, die Auswahlschaltung 8 aus 12 ist. Mit einem Knotenschalter kann eine Auswahlschaltung bis zur Größe 4 aus 8 aufgebaut werden.

Die maschenartig vernetzten Strukturen können auch auf eine äquivalente Art beschrieben werden. Man kann sich diese aus Schaltergruppen aufgebaut denken, wobei eine Schaltergruppe aus einem Knotenschalter und an ihm angeschlossenen Verbindungsschaltern besteht. Diese Schaltergruppen besitzen vier offene Anschlüsse. Mit diesen können sie untereinander verbunden werden, oder es können maximal zwei Eingänge an diesen angeschlossen werden. Damit ist gewährleistet, daß jeder Knotenschalter mindestens zwei Verbindungen zu mindestens einem weiteren Knotenschalter hat.

Auswahlschaltungen mit m-k=3 können in der gleichen Weise in maschenartig vernetzten Strukturen und unter Verwendung von Knotenschaltern aufgebaut sein. Aufgrund der geringeren Anforderung m-k=3 genügt es hier für einen Knotenschalter, wenn durch ihn zwei Eingänge angewählt werden können.

Auswahlschaltungen mit m-k=3 können auch aus einer Auswahlschaltung m′-k=4 mit m′=m+1 hergeleitet werden, indem bei der Auswahlschaltung m′-k=4 ein beliebiger aus den m′ Anschlüssen weggelassen wird. Dies ergibt die Auswahlschaltung m-k=3. Für eine Kanalauswahlschaltung 8 aus 11 beispielsweise kann eine Kanalauswahlschaltung 8 aus 12 verwendet werden, bei der einer der zwölf Eingänge nicht benutzt wird. Ist die Auswahlschaltung m′-k=4 echt, dann ist die Auswahlschaltung m-k=3 ebenfalls echt.

Anhand mehrerer, in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vier-Positions-R-Schalter mit den vier möglichen Schalterpositionen,

Fig. 2 einen Transfer-Schalter mit den zwei möglichen Schalterpositionen,

Fig. 3 einen SPDT-Schalter mit den zwei möglichen Schalterpositionen,

Fig. 4a-4c eine Schaltergruppe, bestehend aus einem Knotenschalter und einem Verbindungsschalter, und erfindungsgemäße Anwendungen dieser Gruppe,

Fig. 5 zweimal eine Schaltergruppe, bestehend aus einem Knotenschalter und vier Verbindungsschaltern,

Fig. 6 eine echte Auswahlschaltung 8 aus 12, aufgebaut aus zwei Knotenschaltern und 8 Verbindungsschaltern,

Fig. 7 eine echte Auswahlschaltung 4 aus 8, aufgebaut aus einem Knotenschalter und vier Verbindungsschaltern,

Fig. 8 eine echte Auswahlschaltung 16 aus 20, aufgebaut aus vier Knotenschaltern und 16 Verbindungsschaltern,

Fig. 9 eine echte Auswahlschaltung 12 aus 16, aufgebaut aus drei Knotenschaltern und zwölf Verbindungsschaltern,

Fig. 10 eine echte Auswahlschaltung 16 aus 20 in einer symmetrischen Anordnung, aufgebaut aus vier Knotenschaltern und sechzehn Verbindungsschaltern, wobei die vier Knotenschalter die Eckpunkte eines Quadrats einnehmen,

Fig. 11 eine echte Auswahlschaltung 20 aus 24 mit einer pyramidenähnlichen Symmetrie, aufgebaut aus fünf Knotenschaltern und 20 Verbindungsschaltern,

Fig. 12 eine echte Auswahlschaltung 14 aus 18 mit einer linearen Struktur, aufgebaut aus vier Knotenschaltern und vierzehn Verbindungsschaltern,

Fig. 13 eine echte Auswahlschaltung 20 aus 24 mit einer kettenartigen Struktur und einer diagonalen Verbindung, aufgebaut aus sechs Knotenschaltern und 20 Verbindungsschaltern,

Fig. 14a und 14b zwei echte Auswahlschaltungen 4 aus 8, aufgebaut aus jeweils zwei Knotenschaltern und vier Verbindungsschaltern, in zwei äquivalenten Ausführungsformen,

Fig. 15a zwei Verbindungsschalter, mit je einem Ein- und Ausgang, zwischen zwei Knotenschaltern, und

Fig. 15b eine zu dieser alternativen Schaltung,

Fig. 16a eine echte Auswahlschaltung 6 aus 10, bei der ein Ausgang an einem Knotenschalter angeschlossen ist, und

Fig. 16b und 16c Schaltergruppen, die in der Auswahlschaltung von Fig. 16a verwendet werden können,
die Fig. 17a, b und c Schaltergruppen für eine echte Auswahlschaltung mit m-k=3,

Fig. 18 eine echte Auswahlschaltung 10 aus 13,

Fig. 19a und 19b zwei äquivalente Ausführungsformen einer echten Auswahlschaltung 6 aus 9 und

Fig. 20 eine echte Auswahlschaltung 3 aus 6.

Eine wesentliche Eigenschaft der Kanalauswahlschaltungen ist, daß für ein durchgehendes Signal keine Verzweigung oder eine Verknüpfung mit einem anderen Signal stattfinden darf. Dies ist im Schalter durch die hier verwendeten Schalter gewährleistet. Weiterhin dürfen die Schalter nicht so gestellt werden, daß Signale zusammenlaufen, sondern es muß jeder Eingang zu genau einem Ausgang durchgeschaltet sein.

Fig. 1 zeigt einen Vier-Positions-R-Schalter mit den vier möglichen Schalterstellungen Position 1 bis Position 4. Er besitzt vier Anschlußtore 1 bis 4. Das Schaltersymbol zeigt, wie die Signale durchgeschaltet werden. Beim Drei-Positions-R- Schalter wird die vierte Position, bei der Tor 1 nicht durchgeschaltet wird, eingespart.

Fig. 2 zeigt einen Transfer-Schalter und Fig. 3 einen SPDT- Schalter mit den möglichen Schalterstellungen Position 1 und Position 2. Die Signalführung ist bei beiden ebenfalls direkt aus dem Schaltersymbol ersichtlich.

In den folgenden Schaltbildern der Auswahlschaltungen ist die Bezeichnung der Anschlußtore 1 bis 4 bzw. 1 bis 3 der Übersichtlichkeit wegen weggelassen, sie kann aus der Schaltung ohne weiteres abgeleitet werden. Bei einem Drei- Positions-R-Schalter muß beachtet werden, daß durch die fehlende vierte Position nicht ein möglicher Signaldurchgang verhindert wird. Bei Vier-Positions-R-Schaltern und bei Transfer-Schaltern spielt die Anschlußbelegung wegen der Symmetrie der Schalter keine Rolle.

Fig. 4a zeigt einen R-Schalter I, an dem ein Eingang E1 und ein Ausgang A1 angeschlossen ist, und einen weiteren R- Schalter II, durch den drei Eingänge E3, E4 und E5 Verbindung zu Schalter I haben, außerdem hat noch Eingang E2 Zugang zu Schalter I. Aus dieser Anordnung ist ersichtlich, daß alle fünf Eingänge E1-E5 direkten Zugang zu Ausgang A1 haben. Oder, vom Standpunkt einer Redundanzschaltung betrachtet, es können beliebige vier der fünf Eingänge ausfallen, es existiert aber immer ein fünfter Eingang, der Zugang zu A1 hat.

Der R-Schalter I wird hier Verbindungsschalter genannt, in seiner Grundstellung (Fig. 1, Pos. 3) verbindet er einen Ausgang (A1) mit einem zugehörigen, angeschlossenen Eingang (E1). An seinem vierten Anschlußtor kann E2 direkt angeschlossen sein, oder es ist ein Schalter angeschlossen, an dem sich E2 befindet. Schalter II ist ein Knotenschalter, durch ihn hat der zugehörige Verbindungsschalter I Zugang zu drei Eingängen. Diese Schaltergruppe mit dieser Anschlußbelegung ist ein wesentliches Element für echte Auswahlschaltungen gemäß der Erfindung mit m-k=4.

In Fig. 4b sind diese Gedanken auf eine beispielhafte Schaltergruppe, bestehend aus den acht R-Schaltern I bis VIII, übertragen. Die Schalter I und II entsprechen den Schaltern I und II aus Fig. 4a, ebenso Ausgang A1 und die Eingänge E1 bis E5. Am Knotenschalter II ist ein weiterer Verbindungsschalter III, an dem sich ein zugehöriger Ein- und Ausgang E6, A3 und Eingang E4 befinden, und Eingang E3 angeschlossen. Die Schalter IV, V und VII sind weitere Verbindungsschalter mit jeweils einem Ein- und Ausgang, die Schalter VI und VIII sind weitere Knotenschalter. Insgesamt sind drei Knotenschalter, fünf Verbindungsschalter mit je einem Ein- und Ausgang und vier weitere Eingänge E3, E4, E8, E9 vorhanden, also m-k=4. Auch hier ist gewährleistet, daß die fünf Eingänge E1 bis E5 immer ungehindert Zugang zu Ausgang A1 haben, gleichzeitig kann auch jeder andere Ausgang von einem Eingang erreicht werden. In dieser Anordnung ist die Schaltergruppe aus Fig. 4b also echt.

Aus dieser Schaltergruppe (Fig. 4b) gehen die hinreichenden Bedingungen für eine echte, kompakte Auswahlschaltung für m- k=4 hervor: Es können maximal zwei Verbindungsschalter mit je einem Ein- und Ausgang zwischen zwei Knotenschaltern vorhanden sein. Die vier "überzähligen" Eingänge E_k+1 bis E_k+4 werden an Knotenschaltern angeordnet, bzw. es kann an einem Anschlußtor eines Knotenschalters maximal ein Verbindungsschalter mit dazugehörigem Ein- und Ausgang und einem Eingang vorhanden sein. Noch offene Anschlußtore von Knotenschaltern werden zu einer maschenartig vernetzten Struktur verbunden.

Fig. 4c zeigt die Schaltergruppe aus Fig. 4a, wobei aber die Eingänge E3 und E4 direkt am Knotenschalter II angeschlossen sind. Obwohl Schalter II nicht als Knotenschalter im Sinne einer maschenartig vernetzten Struktur zu erkennen ist, besitzt er die Eigenschaft, daß durch ihn drei Eingänge (E3, E4, E5) direkten Zugang zu dem benachbarten Ausgang A1 haben, ohne durch andere Ausgänge blockiert zu werden. Durch diese Eigenschaft können Verbindungsbrücken, wie beim Stand der Technik verwendet, vermieden werden, weshalb die Auswahlschaltung weniger Schalter benötigt.

Fig. 5 zeigt zweimal eine Schaltergruppe, bestehend aus einem Knotenschalter (I, II) und vier benachbarten Verbindungsschaltern, mit je einem Ein- und Ausgang. Mit dieser kompakten Schaltergruppe können große, echte Auswahlschaltungen (m-k=4) mit einer minimalen Zahl an Schaltern aufgebaut werden. Im Aufbau symmetrisch, entspricht sie dem in der Beschreibung zu Fig. 4a-4c besprochenen Konzept. An den Verbindungsschaltern dieser Gruppe ist jeweils ein Anschlußtor offen, an diesem kann einer der "überzähligen" Eingänge E_k+1 bis E_k+4 angeschlossen werden, oder eine Verbindung zu einer weiteren Schaltergruppe hergestellt werden. Mit dieser Schaltergruppe können maschenartig vernetzte Strukturen mit Knotenschaltern in den Knoten des Netzes aufgebaut werden. Aus der Bedingung, daß jeder Knotenschalter mindestens zwei Verbindungen hat zu einem oder mehreren Knotenschaltern, falls mehr als ein Knotenschalter vorhanden ist, folgt außerdem, daß maximal zwei "überzählige" Eingänge an dieser Schaltergruppe vorhanden sein können. Weitere Auswahlschaltungen ergeben sich, wenn einer oder mehrere Verbindungsschalter mit zugehörigem Ein- und Ausgang weggelassen werden.

Aus Fig. 5 ist erkennbar, daß eine echte Auswahlschaltung 8 aus 12 mit zwei Knotenschaltern I, II und acht Verbindungsschaltern mit je einem Ein- und Ausgang, also insgesamt zehn R-Schaltern, aufgebaut werden kann (siehe Fig. 6).

In Fig. 6 sind die Schalter III und VIII Knotenschalter, die Anordnung ist äquivalent mit der, die in Fig. 5 durch die gestrichelten Linien angedeutet ist. Der Knotenschalter 111 hat hier zwei Verbindungen zu dem weiteren Knotenschalter VIII, in denen sich die Verbindungsschalter I, II und VI, VII befinden. An den weiteren Anschlüssen der beiden Knotenschalter III, VIII sind die Verbindungsschalter IV und V und IX und X angeschlossen.

Aus Fig. 5 ist weiterhin ersichtlich, daß eine echte Auswahlschaltung 4 aus 8 mit einem Knotenschalter I und vier Verbindungsschaltern (II-V) mit je einem Ein- und Ausgang aufgebaut werden kann (siehe Fig. 7).

Aus der Anordnung der Schalter ergibt sich, daß mit einem Knotenschalter Auswahlschaltungen bis zu einer maximalen Größe von 4 aus 8, mit zwei Knotenschaltern bis zu 8 aus 12, mit drei Knotenschaltern bis zu 12 aus 16, mit vier Knotenschaltern bis zu 16 aus 20, mit fünf bis zu 20 aus 24, usw., möglich sind. Die dazwischen liegenden Auswahlschaltungen können durch Weglassen von Verbindungsschaltern aus der größeren Auswahlschaltung erzeugt werden.

Fig. 8 zeigt eine echte Auswahlschaltung 16 aus 20, aufgebaut aus 20 R-Schaltern I bis XX, den Knotenschaltern III, XI, VIII und XIX, jeweils VierPositions-R-Schalter, und aus 16 Verbindungsschaltern, Drei-Positions-R-Schalter, mit jeweils einem Ein- und Ausgang. E1 bis E20 bezeichnet die zwanzig Eingänge, A1 bis A16 die sechzehn Ausgänge. Die vier "überzähligen" Eingänge E17 bis E20 sind an den Verbindungs­ schaltern XII, XIII, XVI und XVII angeordnet.

Fig. 9 zeigt eine echte Auswahlschaltung 12 aus 16, aufgebaut aus 15 R-Schaltern I bis XV, den drei Knotenschaltern III, VIII und XI und zwölf Verbindungsschaltern. Die Bezeichnungen und Numerierungen entsprechen denen der vorangegangenen Figuren.

Fig. 10 zeigt eine echte Auswahlschaltung 16 aus 20, aufgebaut aus 20 R-Schaltern, bei der die vier Knotenschalter I, II, III und IV in der Form eines Quadrats angeordnet sind. Die Schaltersymbole sind hier vereinfacht als Kreis dargestellt. Auf die Numerierung der Verbindungsschalter wurde verzichtet. Die Anordnung der Anschlüsse an den Knotenschaltern I bis IV ist symbolisch dargestellt.

Fig. 11 zeigt eine echte Auswahlschaltung 20 aus 24, aufgebaut aus den fünf Knotenschaltern I bis V und zwanzig Verbindungsschaltern 1 bis 20. Die fünf Knotenschalter sind in einer pyramidenähnlichen Form angeordnet. Die Schalter sind hier ebenfalls vereinfacht dargestellt, die Anordnung der Eingänge E1 bis E20 und der Ausgänge A1 bis A20 ist an den Verbindungsschaltern 1 bis 20 angedeutet.

Fig. 12 zeigt eine echte Auswahlschaltung 14 aus 18, aufgebaut aus den vier Knotenschaltern I bis IV und vierzehn Verbindungsschaltern 1 bis 14. Die vier Knotenschalter sind linear angeordnet, dies ergibt eine langgestreckte, aber schmale Form im Aufbau mit besonders kurzen Leitungswegen. Aus der hohen Symmetrie dieser Schaltung ist erkennbar, daß ein die Auswahlschaltung durchlaufendes Signal auch im ungünstigsten Fall nur maximal drei Schalterdurchgänge benötigt von einem Eingang bis zum Ausgang.

Fig. 13 zeigt eine echte Auswahlschaltung 20 aus 24, aufgebaut aus den sechs Knotenschaltern I bis VI und zwanzig Verbindungsschaltern 1 bis 20. Diese Schaltung kann aus der Schaltung von Fig. 10 abgeleitet werden, die Knotenschalter sind in der Form einer linearen, kettenartigen Zweierreihe angeordnet. Auch diese Schaltung kann beliebig in linearer Richtung verlängert werden.

Die Fig. 14a und 14b zeigen zwei echte, äquivalente Ausführungsformen einer Auswahlschaltung 4 aus 8 (vgl. auch Fig. 7), die mit zwei Knotenschaltern (I, II) aufgebaut sind. Hier gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Verbindungsschalter anzuordnen. In Fig. 14a sind je zwei Verbindungsschalter in den zwei Verbindungen zwischen den Knotenschaltern angeordnet. In Fig. 14b sind jeweils zwei Verbindungsschalter mit einem "überzähligen" Eingang an einem Knotenschalter angeordnet. Die Knotenschalter I und II in Fig. 14b können entweder Drei-Positions-R-Schalter oder ein Vier- Positions-R-Schalter und ein Transferschalter sein. Im Falle von Drei-Positions-R-Schaltern können maximal vier Schalterdurchgänge für die Schaltung durchlaufende Signale stattfinden. Ist ein Transfer-Schalter vorhanden, können im ungünstigsten Fall fünf Schalterdurchgänge stattfinden (wie in Fig. 14b aus der Schalterstellung ersichtlich)
Die Auswahlschaltung nach Fig. 14a kommt hingegen mit maximal drei Schalterdurchgängen aus. Aus Fig. 14b ist ersichtlich, wenn mehr als drei Schalterdurchgänge auftreten: Es befindet sich kein Verbindungsschalter in der Verbindung zwischen zwei Knotenschaltern, oder durch z. B. einen Transferschalter ist keine direkte, günstige Verbindung, wie hier zwischen Schalter III und IV durch Schalter I hindurch, möglich.

Die Fig. 15a zeigt zwei Verbindungsschalter II, III, an denen sich jeweils ein Eingang (E1, E2) und ein Ausgang (A1, A2) befindet, in einer Verbindung zwischen zwei Knotenschaltern I, IV. Diese Schaltergruppe ist ein möglicher Bestandteil einer echten Auswahlschaltung. Die beiden Schalter II, III können jedoch, wie in Fig. 15b gezeigt, umgruppiert werden, ohne die Echtheit der Schaltung zu beeinträchtigen. Hier hat der R- Schalter II die Funktion eines Knotenschalters, an dem sich der Ausgang A1 und der Verbindungsschalter III mit den beiden Eingängen E1, E2 und Ausgang A2 befinden. Die Schaltung nach Fig. 15b hat den Vorteil, daß beide Ausgänge A1, A2 Zugang zu beiden Knotenschaltern I und IV haben, je nach Schalterstellung von II.

Die Fig. 16a zeigt eine echte Auswahlschaltung 6 aus 10, aufgebaut aus den beiden Knotenschaltern III und VIII, den Verbindungsschaltern II, IV, V, VI und IX und zwei weiteren R- Schaltern I und VII, an denen sich die Eingänge E1 und E10 befinden, und die über eine Brücke direkt miteinander verbunden sind. Diese Auswahlschaltung besitzt mit neun R- Schaltern einen R-Schalter mehr, als für eine echte 6 aus 10 Schaltung notwendig ist. Hiermit ergeben sich weitere Konfigurationsmöglichkeiten. Es können z. B. auch Brückenverbindungen eingebaut werden.

In diesem Ausführungsbeispiel ist Ausgang A1 an Knotenschalter VIII angeschlossen. Ein Signal, das an einem der drei Eingänge E1, E6 oder E10 anliegt, benötigt in dieser Konfiguration nur zwei Schalterdurchgänge, um Ausgang A1 zu erreichen. Ausgang A1 ist in dieser Auswahlschaltung gegenüber den anderen Ausgängen bevorzugt. Die Brückenverbindung zwischen den R- Schaltern I und VII ist für die Echtheit der Schaltung notwendig.

Fig. 16b zeigt eine Schaltergruppe, die der Schaltergruppe I, VII, VIII und IX aus Fig. 16a ähnlich ist. Hier können ebenfalls Signale, die an den drei Eingängen E1, E9 oder E10 anliegen, mit nur zwei Schalterdurchgängen Ausgang A1 erreichen.

In dieser Schaltergruppe ist kein Knotenschalter vorhanden. Allerdings entsprechen Schalter I und VII einem Knotenschalter, an dem die Eingänge E1 und E10 angeschlossen sind (siehe Fig. 16c). Werden in der Auswahlschaltung von Fig. 16a die Schalter I, VIII, VII und IX durch die Schaltergruppe von Fig. 16b ersetzt, so ergibt sich eine Auswahlschaltung 5 aus 9, die ebenfalls echt ist.

Auswahlschaltungen mit m-k=3 können in der gleichen Weise mit Hilfe von maschenartig vernetzten Strukturen aufgebaut werden. Bei m-k=3 sind die Anforderungen an die Flexibilität nicht so hoch wie bei m′-k′=4. Deshalb können anstatt R-Schalter zum Teil einfachere Schalter verwendet werden. Fig. 17a zeigt ein Beispiel, bei dem für den Knotenschalter II ein Transfer- Schalter verwendet wird. Der R-Schalter I dient als Verbindungsschalter zwischen Eingang E1 und Ausgang A1. Bei einer Auswahlschaltung mit m-k=3 müssen außer E1 noch drei weitere Eingänge direkten Zugriff auf A1 haben, ohne daß ein anderer Ausgang blockiert wird. Dies ist für die Eingänge E2, E3 und E4 der Schaltergruppe von Fig. 17a gegeben.

Die Fig. 17b und 17c zeigen weitere Beispiele von Schaltergruppen für Auswahlschaltungen mit m-k=3. In beiden Schaltergruppen haben jeweils die vier Eingänge E1, E3, E4 und ES direkten Zugang zum Ausgang A1. Der Transfer-Schalter II in Fig. 17b ist ein Knotenschalter. Der R-Schalter II in Fig. 17c ist ein Knotenschalter, bei dem der zweite Eingang (E2) weggelassen ist. Er kann durch weitere Schalter zu einem Knoten einer maschenförmig vernetzten Struktur ausgebaut werden.

Die Auswahlschaltungen mit m-k=3 können auch direkt aus Auswahlschaltungen mit m′-k=4 abgeleitet werden. Dies folgt daraus, daß eine echte Auswahlschaltung mit m′-k=4 eine echte Auswahlschaltung mit m-k=3, wobei m=m′-1, ergibt, also wenn einer der m′ Eingänge weggelassen wird. Die Echtheit der Schaltung mit m-k=3 ist einsichtig, wenn man diese Schaltung als Redundanzschaltung m′ für k betrachtet, bei der schon ein Kanal ausgefallen ist. Dann können bei dieser Schaltung noch beliebige drei weitere Kanäle ausfallen, und ebenso bei der Schaltung mit m-k=3. Daraus folgt weiterhin, daß eine Auswahlschaltung mit m-k=3 die gleiche Schalteranzahl hat wie diese Auswahlschaltung mit m′-k=4, wobei m=m′-1.

Die Auswahlschaltungen mit m-k=3 weisen ebenfalls nur maximal drei Schalterdurchgänge für die Schaltung durchlaufende Signale auf, wenn sie die minimale Zahl an Schaltern aufweisen.

Die Fig. 18 zeigt eine echte Auswahlschaltung 10 aus 13, aufgebaut aus den drei Knotenschaltern III, VIII und XI und zehn weiteren Schaltern, die als Verbindungsschalter dienen. Die drei "überzähligen" Eingänge E11, E12 und E13 sind an den Schaltern V, X und XII angeordnet. Für die Knotenschalter III und VIII genügen Transferschalter, für den Verbindungsschalter XIII ein SPDT-Schalter mit drei Anschlußtoren. Diese Auswahlschaltung kann zu einer Auswahlschaltung 10 aus 14 erweitert werden, indem für den Schalter XIII ein R-Schalter verwendet wird, und an dem - an dessen viertem Anschlußtor - der weitere Eingang E14 angeschlossen wird.

Fig. 19 a zeigt eine Auswahlschaltung 6 aus 9, aufgebaut aus acht R-Schaltern. Die Schalter III und VII sind Knotenschalter. Die Fig. 19b zeigt eine zu dieser äquivalenten Schaltung 6 aus 9, hier ist der Verbindungsschalter VIII an Knotenschalter III angeordnet. Der Schalter VII in Fig. 19b ist im eigentlichen Sinne nicht mehr als Knotenschalter zu erkennen, er kann aber ohne weiteres wieder zu einem Knotenschalter erweitert werden.

Die Auswahlschaltungen nach den Fig. 19a und 19b kann man sich auch aus zwei Schaltergruppen aufgebaut denken. So besteht in der Fig. 19b die eine Gruppe aus den fünf Schaltern II, III, IV, V und VIII mit dem Knotenschalter III als zentraler Schalter und die zweite Gruppe aus den drei Schaltern I, VII und VI mit dem Knotenschalter VII als zentraler Schalter.

Fig. 20 zeigt eine echte Auswahlschaltung 3 aus 6, aufgebaut aus einer Schaltergruppe mit den drei Verbindungsschaltern II, III, IV und dem zentralen Schalter I als Knotenschalter. Alle vier Schalter sind Drei-Positions-R-Schalter.

Claims (11)

1. Auswahlschaltung k aus m, mit m-k=4 und m < 8, wobei k und m die Anzahl der Ausgänge A1 bis Ak und Eingänge E1 bis Em bezeichnen, aufgebaut aus Schaltern mit mindestens drei Anschlußpunkten, für k verzweigungs- und verknüpfungsfreie Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahlschaltung mindestens eine Schaltergruppe enthält, die einen zentralen Schalter - Knotenschalter - (Fig. 7: I; Fig. 6: III, VIII; Fig. 11-13: I-VI) mit vier Anschlußpunkten und vier an diesem angeschlossene Schalter - Verbindungsschalter - (Fig. 7: II-V; Fig. 6: I, II, IV-VII, IX, X; Fig. 11-13: 1-20), denen jeweils ein Eingang (E1-E24) und ein Ausgang (A1-A20) zugeordnet ist, aufweist.

2. Auswahlschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahlschaltung für m < 8 bevorzugt aus weiteren Schaltergruppen mit einem Knotenschalter (Fig. 6: III, VIII; Fig. 11-13: I-VI) und vier Verbindungsschaltern (Fig. 6: I, II, IV-VII, IX, X; Fig. 11-13: 1-20) zusammengesetzt ist.

3. Auswahlschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahlschaltung k/4 Schaltergruppen mit jeweils einem Knotenschalter und vier Verbindungsschaltern enthält, wenn k durch vier ganzzahlig teilbar ist (Fig. 6 bis 11).

4. Auswahlschaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltergruppen über offene Anschlußpunkte miteinander verbunden sind, wobei zwischen je zwei Schaltergruppen maximal zwei Verbindungen bestehen (Fig. 6, 8-13).

5. Auswahlschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die überzähligen Eingänge E(k+1) bis E(k+4) bevorzugt an Verbindungsschaltern angeschlossen sind (Fig. 6-13).

6. Auswahlschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine symmetrische Struktur in Bezug auf die Anordnung der Knotenschalter (Fig. 10, 11, 12: I-IV) aufweist.

7. Auswahlschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltergruppen (Fig. 12: I, 1, 2, 13, 14; II, 3, 4, 11, 12; III, 5, 6, 9, 10; IV, 7, 8) linear angeordnet sind, wobei jede zu einer nächsten Schaltergruppe zwei Verbindungen aufweist, und wobei jeweils zwei der überzähligen Eingänge E(k+1) bis E(k+4) der ersten und der letzten Schaltergruppe zugeordnet sind.

8. Auswahlschaltung k aus m, mit m-k=3 und m 7, wobei k und m die Anzahl der Ausgänge A1 bis Ak und Eingänge E1 bis Em bezeichnen, aufgebaut aus Schaltern mit mindestens drei Anschlußpunkten, für k verzweigungs- und verknüpfungsfreie Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahlschaltung mindestens eine Schaltergruppe enthält, die einem zentralen Schalter - Knotenschalter - (Fig. 18: XI; Fig. 19b: III) mit vier Anschlußpunkten und vier an dies aus angeschlossene Schalter - Verbindungsschalter - (Fig. 18: IV, IX, XII, XIII; Fig. 19b: II, IV, V, VIII), denen jeweils ein Eingang und ein Ausgang zugeordnet ist, besteht.

9. Auswahlschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahlschaltung für m < 7 bevorzugt aus weiteren Schaltergruppen mit einem Knotenschalter (Fig. 18: III; VIII) und vier Verbindungsschaltern (Fig. 18: II, V- VI; I, VII, zusammengesetzt ist.

10. Auswahlschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltergruppen über offene Anschlußpunkte miteinander verbunden sind, wobei zwischen je zwei Schaltergruppen maximal zwei Verbindungen bestehen.

11. Auswahlschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die überzähligen Eingänge E(k+1) bis E(k+3) bevorzugt an Verbindungsschaltern, und maximal zwei pro Schaltergruppe angeschlossen sind.