DD155576C2 - VERFAHREN ZUR MULIIPLEXEN UEBERTRAGUNG BINAERER SIGNALE DURCH LICHTLEiTSTRECKEN - Google Patents

Description

Dipl.-Ing. Erhardt Gierke Berlin, den 15.12.1980 Dipl.-Ing. Dieter Schroth Ri/Sei E7 16/80

Titel der Erfindung

Verfahren zur raultiplexen Übertragung binärer Signale durch Lichtleitstrecken

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine multiplexe Übertragung von getakteten, parallelen binären Signalen über Lichtleitstrecken insbesondere über Kurzstrecken z.B. bei Elektroenergieanlagen, Hochspannungseinrichtungen, Datenund. Meßwertübertragungen, Melde- und Stellsignalen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Die Übertragung mehrerer parallel anliegender Signale über eine Lichtleitstrecke (mit einer Sende- und Empfangsdiode) erfolgt im wesentlichen zeitmultiplex. Diese zeitliche Staffelung mit zyklischer Wiederholung der Informationsübertragung setzt mit zunehmender Informationsmenge die Abtastgeschwindigkeit für eine Information herab.

Ia der DE OS 23 30 263 wird vorgeschlagen, eine Amplitu3enscb.acb.te lung vorzunehmen, dabei wird jedem Eingangskanal eine Amplitudenwertigkeit von 2°,2 , 2 ... 2¹¹¹""¹ zugeordnet· Das bedeutet, daß bei η Eingangska-

nälen 2ⁿ - 1 Amplitudenstufen entstehen (n = З57 Amplitudenstufen). Die exponentiell Zunahme der Amplitudenstufen erschwert die richtige Erkennung bei nichtlinearem Verhalten der Sende- und Erapfangsdiode· Neben der Unsicherheit des Erkennens steigt der Aufwand der Empfängerseite.

Die Übertragung von zwei Signalen mittels einer Kombination von Pulsdauermodulation (PDM) und Pulsamplitudenmodulation (PAIJ) wird in der DE OS 23 24 201 dargestellt. Dieses Verfahren erlaubt jedoch nur zwel· Informationen, gleichzeitig zu übertragen. Für das amplitudenmoduliert e· Signal wird ein lineares Verhalten von Sender und Empfänger vorausgesetzt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur gleichzeitigen Übertragung mehrerer binärer Signale für die Lichtleitstrecke zu schaffen, so daß eine höhere Übertragungsgeschwindigkeit mit ökonomischerem Aufwand erreicht wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur multiplexen Übertragung getakteter, paralleler binärer Signale über eine Lichtleitstrecke zu schaffen, mit dem mehrere parallel anliegende Signale gleichzeitig ohne vorherige Paralle1-Serien- Wandlung und ohne Kodierung übertragen werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß für die binären Signale mit gleichem Takt im Sender Impulse mit bestimmten Amplituden des Stromes für die Sendediode von kleinen Werten beginnend zugeordnet werden. Gleichzeitig wird für jede Amplitude eine Impulsdauer festgelegt, die mit zunehmender Amplitude abnimmt. Auf der Empfängerseite werden die Impulse unterschiedlicher Amplitude und Dauer auch bei Überlagerungen nach

ihren zulässigen Werten erkannt und daraus die eingegebenen, binären Signale reproduziert. Die Impulsüberlagerung erfolgt so, daß der schmalere Impuls den breiteren nicht am Anfang oder Ende überschreitet, weil sonst die Erkennung auf der Empfängerseite durch größere Impulsbreiten erschwert bzw. verhindert wird. Die Überlagerung sollte möglichst in der Mitte erfolgen (Fig.2). Die Impulsbreite für den ersten bzw», unteren Impuls ergibt sich aus Taktzeit t_T, Verzögerungen auf der Sende- und Empfängerseite und Dispersion der Lichtleitstrecke. Mit der unteren Impulsbreite und einer erforderlichen Zeitdifferenz zwischen den Impulsen (t = t^ - t₂» t s tg - t^) zur sicheren zeitlichen Erkennung auf der Empfängerseite wird die Anzahl der möglichen Überlagerungen ohne Berücksichtigung der Amplitudenprobleme festgelegt. Die amplitudenmäßige Staffelung hängt sendeseitig von der Genauigkeit des aufgeprägten und gestaffelten Stromes für die Sendediode, von den. Einflußfaktoren (Temperatur, Bauelementetoleranzen, Drift, u.a.) und von Sendeleistung und empfängerseitig von der Empfangsempfindlichkeit, von der Empfindlichkeit der einzelnen. Selektor en, die aus den Impulsen die binären Signale rückgewinnen, ab·

Als elektrisch-optischer Wandler auf der Sendeseite wird z.B· eine Lumineszenzdiode (LED) verwendet· Y/erden LED unterhalb der Sättigung betrieben, besteht eine lineare Abhängigkeit zwischen Strahlungsleistung und Flußstrom. Das optische Signal kann also amplitudenmoduliert werden. Durch die Kapazität der Sendediode kommt es zu einer Verzögerung zwischen Stromsprung und Strahlungsanstieg. Die optischen Ausgangsimpulse haben daher die in Fig. 2a gezeigte Form.

Als optisch-elektrischer Wandler auf der Empfangsseite dient z.B. eine РБ^-Fotodiode. Der Sperrstrom der

Fotodiode folgt dem optischen Eingangssignal ohne nennenswerte Verzögerung.

Beim Verfahren gemäß der Erfindung werden die getakteten, binären Signale in Ansteuerschaltungen 1 in gestufte Stromimpulse unterschiedlicher Amplitude und Dauer für die Sendediode umgesetzt, dabei gleichzeitig eine gegenseitige Steuerung (Verriegelung) der Stromimpulse vorgenommen und anschließend die im Sender erzeugten. Lichtimpulse unterschiedlicher Amplitude und Zeitdauer Über ein Lichtleitkabel als verschliffenes, gestuftes Signal zu der Empfangsdiode und einem Verstärker weitergegeben und anschließend in Selektoren. analysiert und als binäres Signal reproduziert· Die Verzögerung zwischen den ein- und ausgegebenen binären Signalen kann, bis zu einem Takt betragen. Die Anzahl der gleichzeitig übertragenen. Signale wird im wesentlichen von der Sendeleistung, Empfangsempfindlichkeit und Taktzeit bestimmt.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber herkömmlichen Verfahren besteht darin, daß eine parallele Informationsübertragung ohne aufwendige Parallel/ Seriell- bzw. Seriell/Parallel-Wandlung, ohne aufwendiges Multiplexsystem mit entsprechender Kodierung Synchronisation und evtl. Taktübertragung möglich ist.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: Figur 1 den grundsätzlichen Aufbau einer Übertragungs-

strecke für das Verfahren, Figur 2 eine Darstellung gestufter Stromimpulse durch die Ansteuerschaltungen,

Figur 2a Darstellung des elektrischen und optischen Sendeimpulses,

Figur 3 eine Realisierungsanwendung für das Verfahren, Figur 4 Impulsdiagramm für die Realisierung des Verfahrens nach Figur 3·

In der Zeichnung ist in Figur Λ der grundsätzliche Aufbau einer Übertragungsstrecke und Verfahrensablauf zur Übertragung von mehreren getakteten, binären Signalen über eine Lichtleitstrecke aufgezeigt· Der allgemeine Verfahrensablauf nach Figur 1 gestaltet sich dabei wie folgt:

Die gestalteten Signale S^, S₂ ·.· S₁₁ werden in Ansteuerschaltungen Λ in gestufte Stromimpulse I_e für

die Sendediode 2 umgesetzt. Hierzu ist eine gegenseitige Steuerung 7 (Verriegelung) notwendig, damit die geforderten Abstufungen zustande kommen, ζ,B, wie in Figur 2 dargestellt. Vom Lichtleitkabel 3 wird ein: verschliffenes gestuftes Signal über die Empfangsdiode k zum Verstärker 5 weitergegeben. Anschließend werden durch die Selektoren 6, die nach Amplitude und Dauer das verstärkte Empfangssignal analysieren, die entsprechenden binären Signale zurückgewonnen· In Figur 2 ist ein bestimmter Aufbau der zu übertragenden Signale mit unterschiedlichen Amplitudenstufen und Impulsbreiten dargestellt.

Figur 2a stellt die Umwandlung der gestuften elektrischen Impulse in die zugehörigen optischen Impulse dar·

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ist in Figur 3 eine Schaltung zur parallelen Übertragung von drei getakteten binären Signalen nach dem grundsätzlichen Aufbau in Figur Λ dargestellt. Entsprechend des Zustandes der-Signale S-j, S₂ und S^ am Eingang des Senders werden mit dem Takt T_ die ersten Zeitglieder (Monoflop) mit den Zeiten t_y , t_y und t_y gestartet· Naoh diesen Verzögerungszeiten werden die nächsten Zeitglieder (Monoflop) mit den Zeiten t_i? t₂ und t₃, die die Dauer für die Ströme I₁, I₂ und I^ zur Sende-

diode 2 festlegen, angeregt. Anschließend erfolgt eine Verriegelung über MD-Gatter, wobei S3, das die höchste Amplitude I₃ und die kürzeste Dauer t-j besitzt, die untergeordneten Signale S₂ und S₁ sperrt und außerdem S₁ durch S₂ verhindert wird. Danach werden geeignete Treiber 8 geschaltet, die über die V/iderstände R₁, R₂ und R₃ die erforderlichen Ströme I₁, I₂ und I₃ liefern. Die Bedingung der Ströme ist:

I₃ > I₂ > I₁

t₃ < t₂ < ь_л

Der Summenstrom für die Sendediode, der zeitlich entsprechend der Verriegelung zusammengesetzt wird, d.h. entweder I₃ oder I₂ oder I₁, liefert die äquivalente Lichtleistung für das Lichtleitkabel 3· Die Empfängerdiode 4 erhält einen- verschliffenen. gestuften Lichtimpuls. Der gewandelte Impuls steht hinter dem Verstärker 5 als Spannung Ug den Selektoren zur Verfügung. Die Schmitt-Trigger mit ihren Ansprechwerten U₁, U₂und U₃ erfassen die möglichen Amplituden. Mit den nachfolgenden Zeitgliedern (Monoflop) mit den Zeiten t₁, t₂ und t₃ und einer entsprechenden NAND-Beschaltung erfolgt die Auswahl der Impulse und die Zuordnung zu den Signalen S₁, S₂ und S₃. Die Zeiten t_1? t₂*, t₃ müssen gleich" oder etwas kleiner sein als fc.j, t«, t-ч,

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damit noch eindeutiger Impuls S₁, S₂ und S₃ zum Stellen der RS-Flipflops entsteht. Mit dem empfängerseitigen Takt T_E wird über die D-Flipflops die ursprünglichen Signale S₁, S₂, S₃ um einen Takt verschoben zurückgewonnen. Der Löschtakt T^ sorgt dafür, daß das RS-Flipflop zum nächsten Takt aufnahmebereit ist. Für die Takte gelten: T_g = Tg = T_L .

Das Beispiel zeigt, daß ein relativ einfaches und billiges Multiplexsystem realisierbar ist· Dabei ergibt sich der Vorteil der parallelen Signalübertragung. Bei abnehmender Dämpfung der Strecke (z.B· Kurzstrecke) steigt damit die parallele Übertragungskapazität· Eine Kombination von paralleler und serieller Informationsübertragung würde die Übertragungszyklen (Abtastzyklus) erheblich herabsetzen.

Das Problem der zusätzlichen Taktübertragung kann hiermit einfach gelöst werden·

Figur 4 stellt die Impulsdiagramme an den einzelnen Komponenten des. Realisierungsbeispiels nach Figur 3 dar.

Claims (3)

1. Anspruch

   Ί· Verfahren zur multiplexen Übertragung getakteter, paralleler binärer Signale über eine Lichtleitstrecke bestehend aus Sendeelement—Lichtleitkabel-Empfangs element insbesondere zur Kurzstreckenübertragung, gekennzeichnet dadurch, daß die getakteten, binären Signale in Ansteuerschaltungen in gestufte Impulse mit unterschiedlicher Amplitude und Dauer durch eine gegenseitige Steuerung (Verriegelung) für ein Sendeelement umgesetzt werden und dadurch für jede Amplitude eine Impulsdauer festgelegt wird, die mit zunehmender Amplitude abnimmt, und die Impulsüberlagerung so gestaltet wird, daß der schmalere Impuls den breiteren nicht am Anfang oder Ende überschreitet, anschließend werden die im Sender erzeugten gestuften Lichtimpulse über ein Lichtleitkabel zu einem Erapfangselement und Verstärker weitergegeben, das verstärkte Empfangssignal in Selektorert analysiert und das binäre Signal reproduziert·
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine ständige Taktübertragung vorgenommen, wird·
3. 3, Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß eine parallele Informationsübertragung als auch eine Kombination von parallelen und seriellen Übertragungen vorgenommen werden kann»

   Hienu.. JL-Seiten Zeichnungen