WO1993016498A1

WO1993016498A1 - Kanalauswahlschaltung

Info

Publication number: WO1993016498A1
Application number: PCT/DE1993/000040
Authority: WO
Inventors: Herbert Schuff
Original assignee: Ant Nachrichtentechnik Gmbh
Priority date: 1992-02-05
Filing date: 1993-01-19
Publication date: 1993-08-19

Abstract

Kanalauswahlschaltung zu k verzweigungs- und verknüpfungsfreien Verbindungen zwischen m Eingängen und n Ausgängen mit Vier-Positions-Hohlleiter-Schaltern mit k = min. (m, n) dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schalter über ihre gegenüberliegenden Anschlußpunkte in einem Ring angeordnet sind, daß jeder zweite oder dritte Schalter als Brückenschalter dient, daß jeder dritte Brückenschalter über seine quer zum Ring liegenden Anschlußpunkte mit dem benachbarten Brückenschalter über eine Brücke verbunden ist und daß alle nicht belegten im Ring-Innern liegenden Anschlußpunkte der Schalter mit den m Eingängen und die anderen mit den n Ausgängen oder umgekehrt verbunden sind. Vorteilhaft einsetzbar bei der Kanalselektion auf Satelliten. Auf der Basis, daß 4 beliebige Kanäle ausfallen dürfen, ist eine sichere Ersatzschaltung und damit eine Erhöhung der Zuverlässigkeit möglich. Es sind nur 2 zusätzliche Brückenschalter notwendig, für 7 aus 11 und darunter nur ein zusätzlicher Schalter, ausgehend davon, daß für jeden Eingang ein Schalter vorgesehen ist. Maximale Anzahl der Schalterdurchgänge ist 4.

Description

Beschreibung

Kanalauswahlschaltung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kanalauswahlschaltung gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.

Solche Kanalauswahlschaltungen sind bekannt, insbesondere im Zusammenhang mit Redundanzschaltungen in Kommunikationssatelliten.

Die Aufgabe besteht darin, immer dafür zu sorgen, daß möglichst viele funktionsfähige Kanalpfade, bestehend aus Verstärkern, Filtern, usw. vorhanden sind. Da im Verlauf eines Satellitenlebens durchaus mit Ausfällen dieser Verstärker und anderer Baugruppen zu rechnen ist, wird ein solches Satellitenkommunikationssystem meist mit Redundanz ausgerüstet. Aufgabe dieser Kanalauswahlschaltung ist es also, die Ausgänge beispielsweise von funktionstüchtigen Kanalverstärkern mit den Eingängen von funktionsfähigen FrequenzUmsetzern zu verbinden und dies möglichst dämpfungsarm.

Mit anderen Worten besteht die Aufgabe einer

Kanalauswahlschaltung darin beispielsweise aus einer beliebigen Zahl von m Eingangssignalen beliebige k Signale auszuwählen (m Eingänge, n Ausgänge, mit k = min. (m, n)) und dabei eine möglichst geringe Zahl von Schalterdurchgängen mit dem Ziel einer möglichst geringen Dämpfung zu erreichen. Die Aufgabe einer Redundanzschaltung läßt sich wie folgt umreißen: Sie soll eine Verzweigung von gewählten k Signalen auf beispielsweise n Verstärker (n > k, k = m) ermöglichen und zwar so, daß alle Kombinationen k aus n möglich sind ohne Berücksichtigung der Reihenfolge. Auch hier besteht wiederum die Nebenforderung nach einer geringen Zahl von Schalterdurchgängen mit dem Ziel einer möglichst geringen Dämpfung und einer möglichst geringen Zahl von Schaltern. Selbstverständlich ist die Verzweigung nicht auf Verstärker begrenzt; der Begriff Verstärker steht stellvertretend für allgemeine Begriffe wie Signale, Kanäle, Filter und andere Baugruppen, welche miteinander zu verschalten sind. Dementsprechend gilt das für die Auswahl und Verteilung Ausgesagte auch spiegelbildlich für die Zusammenführung und für die Zuordnung auf der Ausgangsseite der Kanalauswahlschaltung bzw. Redundanzschaltung.

Der bekannte Stand der Technik für den Aufbau "großer" Schaltmatrizen mit etwa mehr als 8-9 Eingängen und mehr als ca. 12 Ausgängen, besteht aus Lösungen mit geteilten Schaltmatrizen, etwa 2 oder 3 kleinere Matrizen die den gleichen Grad an Redundanz liefern. Wünschenswert ist eine kompakte Redundanzschaltung für viele Ein- bzw. Ausgänge; eine solche ist aber nur realisierbar durch Zusammenschalten mehrerer kleinerer Matrizen, die zwar für sich eine echte Redundanz bieten, in der Zusammenschaltung jedoch im allgemeinen nicht.

Eine weitere durchaus gebräuchliche Möglichkeit ist der Verzicht auf eine "echte" Matrix. Dies bedeutet aber, daß Ausfallkombinationen auftreten können, die nicht von der Redundanzschaltung abgedeckt werden können, obwohl noch eine ausreichende Zahl von funktionsfähigen Verstärkern zur Verfügung stehen würde.

Zum Durchschalten werden Hohlleiterschalter benutzt, wie sie in ähnlicher oder gleicher Weise zum Beispiel aus den deutschen Offenlegungsschriften 29 24 969 und 37 03 378 bekannt geworden sind. Das Gehäuse dieser bekannten Hohlleiterschalter hat auf seinem Umfang vier gleichmäßig verteilte Hohlleiteranschlüsse und einen im Gehäuse angeordneten Rotor, der

Hohlleiterdurchgänge zur unterschiedlichen Verbindung der vier Hohlleiteranschlüsse in verschiedenen Schaltstellungen aufweist. Zwei dieser Hohlleiterdurchgänge sind Bogenstücke, die zur Verbindung zweier benachbarter Hohlleiteranschlüsse dienen. Ein in gleicher Ebene wie die Bogenstücke angeordneter gerader Hohlleiterdurchgang dient zur Verbindung gegenüberliegender Hohlleiteranschlüsse in zwei anderen Schaltstellungen. -

Der Hauptanmeldung lag die Aufgabe zugrunde, eine Kanalauswahlschaltung der eingangs genannten Art anzugeben, welche in der Lage ist, eine größere Flexibilität bei der Auswahl der zu betreibenden Transponderkanäle in Satellitenkommunikationssystemen zu bieten. Diese größere Flexibilität sollte mit einem möglichst geringen zusätzlichen Schalteraufwand erreicht werden. Gleichzeitig soll auch die Anzahl hintereinander geschalteter Schalterdurchgänge begrenzt sein, d.h. eine gewisse Dämpfung nicht überschreiten.

Die Kanalauswahlschaltung gemäß der Hauptanmeldung benötigt weniger zusätzliche Schalter und ermöglicht eine wesentlich höhere Erreichbarkeit und Flexibilität als bekannte Auswahlschaltungen. So braucht eine flexible Redundanzschaltung gemäß der Hauptanmeldung mit zehn Ein- und zehn Ausgängen lediglich fünf Brückenschalter mehr, d. h. kommt mit fünfzehn Schaltern insgesamt aus und überschreitet auch im schlechtesten Fall eine Hintereinanderschaltung von fünf Schalterdurchgängen nicht.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Kanalauswahlschaltung der eingangs genannten Art anzugeben, welche in der Lage ist, für den Sonderfall einer reinen Redundanzschaltung eine größere als bisher bekannte Anzahl von Transponderkanälen in Satellitenkommunikationssystemen zu betreiben. Dies sollte mit einem noch geringeren zusätzlichen Schalteraufwand erreicht werden , und gleichzeitig soll auch die Anzahl hintereinander geschalteter Schalterdurchgänge begrenzt sein, d.h. eine bestimmte kleinere Dämpfung nicht überschreiten.

Diese Aufgabe wurde gelöst mit den Merkmalen des Patenanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen geben die Unteransprüche wieder.

Die erfindungsgemäße Kanalauswahlschaltung benötigt noch weniger zusätzliche Schalter und ermöglicht volle Erreichbarkeit bei einer Redundanz von vier. Somit können Auswahlschaltungen 4 aus 8, 5 aus 9 , 6 aus 10, 7 aus 11 und 8 aus 12 jeweils mit nur einem einzigen zusätzlichen Brückenschalter ermöglicht werden. Die weiteren Auswahlschaltungen 9 aus 13, 10 aus 14, 11 aus 15 und 12 aus 16 benötigen jeweils nur 2 zusätzliche Brückenschalter, so daß die Kanalauswahlschaltung 12 aus 16 mit insgesamt 18 Schaltern auskommt. Von den 16 Kanälen können also bis zu 4 beliebige Kanäle ausfallen, sie werden durch die erfindungsgemäße Schaltung ersatzgeschaltet.

Des weiteren ergibt sich der Vorteil, daß eine Ersatzschaltung höchstens 4 hintereinander geschaltete Schalterdurchgänge zuläßt. Ein weiterer Vorteil ist, daß bei den genannten Kanalauswahlschaltungen mit der Redundanz 4 jeweils nur die Brückenschalter, das sind etwa ein Drittel aller benötigten Schalter, mit vier Positionsschaltern ausgerüstet sein müssen, während alle anderen Schalter nur die Positionen 1 bis 3, nicht aber die Position 4 benötigen und somit eventuell billiger hergestellt werden können.

Daß die Einsparung von Schaltern auch geringeres Volumen und noch geringere Masse für die Satellitennutzlast und weniger Aufwand zur Telecommand und Telemetriesignale bedeutet, ist einleuchtend.

Die erfindungsgemäße Kanalauswahlschaltung wird nun anhand der Figuren näher erklärt.

In Figur 1 sind die verwendeten Vier-Positionsschalter dargestellt. Die Figuren 2 bis 4 zeigen Beispiele für Kanalauswahlschaltungen 9 aus 13, 10 aus 14 bzw. 12 aus 16.

Es wird vorausgeschickt, daß die Verbindungswege bei der Kanalauswahlschaltung genau einen Anfangspunkt und einen definierten Endpunkt haben müssen und daß Verzweigungen und Verknüpfungen nicht erlaubt sind. Geeignete Schalter für die Auswahl sind sogenannte Vierpositions-R-Schalter. Diese Vierpositionsschalter sind in Figur 1 dargestellt, sie haben vier Anschlußpunkte 1, 2, 3 und 4 und drei Brücken. Die jeweils gegenüberliegenden Anschlußpunkte 1 und 2 bzw. 3 und 4 werden über die mittlere Brücke durchgeschaltet. Nebeneinanderliegende Anschlüsse können über die beiden äußeren krummen Brücken jeweils zweipolig durchgeschaltet werden. In den Positionen 3 und 4, bei denen jeweils gegenüberliegende Anschlußpunkte durchgeschaltet sind, sind die jeweils anderen gegenüberliegenden Anschlußpunktpaare aufgetrennt, d.h. hier wird nur einpolig durchgeschaltet, während bei den anderen Positionen 1 und 2, bei denen die Schalterbrücke jeweils unter 45" steht, eine zweipolige Durchschaltung vorliegt. In Figur 2 ist eine flexible Redundanzschaltung mit 13 Eingängen und 9 Ausgängen oder umgekehrt dargestellt. Die hier gezeigte Schaltung weist insgesamt 15 Schalter auf, von denen die Schalter 2, 5, 8, 10, 12 und 15 jeweils Brückenschalter sind, also 4-Positionsschalter sind gemäß Figur 1. Die anderen Schalter können auf die Position 4 verzichten. Die 15 Schalter sind in einem Ring angeordnet, wobei jeweils die gegenüberliegenden Anschlußpunkte 1,2 zweier benachbarter Schalter miteinander verbunden sind. Die Brückenschalter 5 und 12 sind über ihre beiden anderen gegenüberliegenden Anschlußpunkte 3,4 mit den benachbarten Brückenschaltern 2 und 8 bzw. 10 und 15 jeweils über deren Anschlußpunkte 3 zu Brücken verbunden. Die Brückenschalter 5 und 12 sind also durch Brücken voll belegt, während die anderen Brückenschalter jeweils an ihrem brückenfreien Anschlußpunkt 4 mit einem Ein- oder Ausgang belegt werden; die anderen Schalter sind jeweils an ihren ringfreien Anschlußpunkten 3, 4 mit Ein- bzw. Ausgängen belegt. Die gezeigte Schaltung vermag mit einer Redundanz von 4 zu jeder Zeit eine Auswahl von 9 aus 13 zu treffen. Angenommen links seien die Eingänge und rechts die Ausgänge, so sind in den gezeichneten Schalterstellungen folgende Verbindungen geschaltet: Eingang 2 nach Ausgang 2, Eingang 3 nach Ausgang 3, Eingang 5 nach Ausgang 5, Eingang 6 auf Ausgang 4, Eingang 7 auf Ausgang 6, Eingang 9 auf Ausgang 7, Eingang 11 auf Ausgang 9, Eingang 12 auf Ausgang 8 und Eingang 13 auf Ausgang l. Nicht geschaltet sind also die Eingänge 1, 4, 8 und 10. Fallen beispielsweise die Eingänge 5, 6, 7 und 9 aus, so ist folgende Ersatzschaltung möglich: Eingang 10 wird über Brückenschalter 11 auf Ausgang 7 gelegt, Eingang 8 wird über Brückenschalter 9 auf Ausgang 6 gelegt, Eingang 4 wird über Brückenschalter 5 und Brückenschalter 7 auf Ausgang 5 gelegt, und Eingang 1 wird über den schon betätigten Brückenschalter 5 auf Ausgang 4 gelegt. Eine maximale Anzahl von 4 Schalterdurchgängen erreicht beispielsweise die Verbindung des Eingangs 4 mit dem Ausgang 5 über die Schalter 4, 5, 8 und 7.

In gleicher Weise aufgebaut sind die Kanalauswahlschaltungen 10 aus 14 gemäß Figur 3 und die in Figur 4 gezeigte Auswahlschaltung 12 aus 16. Die Schaltung 10 aus 14 ist herleitbar aus der Schaltung 9 aus 13, indem zwischen den Brückenschaltern 10 und 12 nach Figur 2 noch ein weiterer jeweils eingangs- und ausgangsseitig beschaltbarer Schalter eingefügt ist. Die Schaltung 12 aus 16 gemäß Figur 4 ist wiederum herleitbar aus der Figur 3, indem zwischen allen Brückenschaltern jeweils zwei ein- und ausgangsseitig beschaltbare Schalter eingefügt sind.

Die erfindungsgemäßen Kanalauswahlschaltungen lassen sich vorteilhaft einsetzen in Satellitenkommunikationssytemen, bei denen eine Redundanz gefordert ist, z. B. Kanalverstärker TWTA. So wird beispielsweise die Kanalauswahlschaltung 12 aus 16 gemäß Figur 4 als Eingangsredundanz benutzt, wobei 12 Eingänge auf 16 Kanalverstärker schaltbar sind, und spiegelbildlich angeordnet als Ausgangsredundanz, wobei 16 Verstärkerausgänge auf 12 Ausgänge schaltbar sind. Echte Redundanz bedeutet, daß beliebige 4 Kanalverstärker ausfallen dürfen, ohne daß das System in seiner gesamten Funktion beeinträchtigt ist.

Claims

Patentansprüche

1. Kanalauswahlschaltung zu k verzweigungs- und verknüpfungsfreien Verbindungen zwischen m Eingängen und n Ausgängen mit Vier-Positions R-Schaltern mit k = min. ( , n) , welche vier Anschlußpunkte aufweisen, wobei in zwei Schalterstellungen jeweils ein gegenüberliegendes Anschlußpunktepaar (Position 3 oder 4) und in weiteren zwei Schalterstellungen benachbarte Anschlußpunkte (Position 1 oder 2) miteinander verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl 1 Schalter mit 1 > m, n in einem Ring angeordnet ist, wobei jeweils benachbarte Schalter über ihre gegenüberliegenden Anschlußpunkte (1,2) miteinander verbunden sind, daß jeder zweite oder dritte Schalter als Brückenschalter dient, daß jeder dritte Brückenschalter (5,12; 5,13; 5,14) über seine anderen gegenüberliegenden, also quer zum Ring liegenden

Anschlußpunkte (3,4) mit dem benachbarten Brückenschalter über dessen ebenfalls quer zum Ring liegenden Anschlußpunkt (3) über eine Brücke verbunden ist und daß alle nicht belegten im Ring-Innern liegenden Anschlußpunkte der Schalter mit den m Eingängen und alle nicht belegten im

Ring-Äußeren liegenden Anεchlußpunkte der Schalter mit den n

Ausgängen oder umgekehrt verbunden sind.

2. Kanalauswahlschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Brückenschalter Vielfache von 3 ist.

3. Kanalauswahlschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenschalter Vier-Positions-R-Schalter sind und daß die anderen Schalter Drei-Poεitions-R-Schalter sind, bei denen die Position 4 nicht benötigt wird.

4. Kanalauswahlschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von den jeden dritten Brückenschaltern ausgehenden Brückenverbindungen zu deren benachbarten Brückenschaltern jeweils zu den entweder im Ring-Innern liegenden oder im Ring- Äußeren liegenden Anschlußpunkten (3) dieser benachbarten Brückenschalter führen.