DE69013781T2

DE69013781T2 - Optisches Informationsübertragungssystem, insbesondere für Flugzeuge.

Info

Publication number: DE69013781T2
Application number: DE69013781T
Authority: DE
Inventors: Jean-Paul Domergue; Jacques Isbert; Jean-Michel Maisonneuve; Philippe Palandjian; Gabrielle Parize
Original assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA; Airbus Group SAS
Current assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA; Airbus Group SAS
Priority date: 1989-07-10
Filing date: 1990-06-28
Publication date: 1995-03-16
Anticipated expiration: 2010-06-29
Also published as: CA2019835C; CA2019835A1; FR2649494A1; DE69013781D1; EP0408413B1; JP3089314B2; JPH0357331A; FR2649494B1; ES2065503T3; US5024502A; EP0408413A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein System zur Übertragung optischer Informationen insbesondere für Luftfahrzeuge.
Bekanntlich werden über Netze von Lichtwellenleitern, die miteinander durch Koppler und/oder Steckverbinder verbunden werden, Informationen mehr und mehr auf optischem Wege übertragen. Trotz der ihnen innewohnenden Vorteile wie große Bandbreite, geringe Dämpfung durch die Lichtwellenleiter (≈1 dB pro km), geringe Abmessung und niedriges Gewicht, ausgezeichente elektrische Isolierung, gute chemische Beständigkeit, Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen sowie fehlende Abstrahlung weisen die bekannten Systeme zur Übertragung optischer Informationen Nachteile auf.
So ist die von den Sendern dieser Systeme (zum Beispiel Lumineszenzdioden) abgegebene Leistung im allgemeinen begrenzt, so daß in den Empfängern leistungsfähige Verstärker (zum Beispiel PIN-Dioden) eingesetzt werden müssen, wenn die empfangene Leistung nach der Dämpfung durch Koppler und Steckverbinder hoch genug sein und damit eine zu hohe Bitfehlerquote vermieden werden soll. Im übrigen ist besonders dann, wenn ein solches System eine große Anzahl von Teilnehmern (d.h. eine große Anzahl von Sendern und/oder Empfängern) wie beispielsweise an Bord eines Luftfahrzeugs hat, die optische Strecke zwischen einem Sender und einem Empfänger in Abhängigkeit von der entsprechenden Lage des Senders und des Empfängers im System unterschiedlich. Im Bereich der Empfänger müssen also Mittel zur Verstärkungsregelung vorgesehen werden, um die Amplitude des Eingangssignals eines Empfängers zur Korrektur des Einflusses der von den Informationen im System zurückgelegten Strecke angleichen zu können.
Diese Mittel zur Verstärkungsregelung führen zu komplexen Empfängern und verursachen große Schwierigkeiten beim Einsatz der Bauelemente und bei der Entwicklung des Systems. Außerdem wirken sie kostenbelastend und verringern die Zuverlässigkeit.
Es ist also ersichtlich, daß bei den bekannten Systemen eine hohe Anzahl von Teilnehmern und der gleichzeitige Einsatz von Empfängern ohne Verstärkungsregelung unvereinbar sind.
Gegenstand dieser Erfindung ist unter anderem die Beseitigung dieser Nachteile. Sie bezieht sich auf ein System zur Übertragung optischer Informationen, bei dem trotz einer hohen Anzahl von Teilnehmern keine Verstärkungsregelung im Bereich der Empfänger erforderlich ist. Zudem kann das erfindungsgemäße System mit Hilfe bekannter einfacher Bauteile verwirklicht werden.
Dazu ist das erfindungsgemäße System zur Übertragung optischer Informationen mit einer Vielzahl von Sendern und Empfängern, die durch Lichtwellenleiter miteinander verbunden sind, dadurch bemerkenswert, daß:
- Sender und Empfänger in eine Vielzahl von Einzelnetzen unterteilt sind;
- innerhalb eines Einzelnetzes alle von den Sendern abgehenden Lichtwellenleiter miteinander gekoppelt sind;
- innerhalb eines Einzelnetzes alle an den Empfängern ankommenden Lichtwellenleiter miteinander gekoppelt sind; und
- alle Lichtwellenleiter eines Einzelnetzes, die von dessen Sendern abgehen, mit allen entsprechenden Lichtwellenleitern der anderen Netze gekoppelt sind.
Wie anhand der folgenden Beschreibung besser verständlich wird, kann bei einem solchen System die Anzahl der Teilnehmer somit hoch sein, obwohl die Kopplungen innerhalb der Einzelnetze und die Kopplungen zwischen den Einzelnetzen mit Hilfe bekannter einfacher Koppler verwirklicht werden, durch die mehrere Lichtwellenleiter miteinander verbunden werden können. Außerdem kann das System so aufgebaut werden, daß die Anzahl der Koppler zwischen einem beliebigen Sender und einem beliebigen Empfänger des Systems auch dann gleich ist, wenn die Länge der Verbindungsleiter in Abhängigkeit von den Sender-Empfänger-Strecken unterschiedlich sein kann. Da die Dämpfung durch die Lichtwellenleiter bekanntlich im Vergleich zu derjenigen, die durch die Koppler eingeführt wird, vernachlässigbar ist, zeigt sich, daß die Dämpfung der Sender-Empfänger- Strecken unabhängig von der Länge der Strecken praktisch gleich ist. Daraus ergibt sich, daß im erfindungsgemäßen System Mittel zur Verstärkungsregelung überflüssig sind. Außerdem wird durch die Verwendung von Kopplern mit einer geringen Anzahl von Eingangs- und Ausgangsleitungen die Zuverlässigkeit des Systems erhöht.
Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Übertragungssystem so aufgebaut, daß:
- innerhalb eines Einzelnetzes Sender und Empfänger in eine Vielzahl von Gruppen von Sender-Empfänger-Paaren unterteilt sind;
- Einzelnetze miteinander identisch sind;
- Koppler zwischen den Empfängern eines Netzes vor den Empfängern jeder Gruppe angeordnet sind;
- Koppler zwischen den Sendern eines Netzes hinter den Sendern jeder Gruppe angeordnet sind; und
- Koppler zwischen den Sendern der verschiedenen Einzelnetze hinter den Sendern der Sender-Empfänger-Gruppen angeordnet sind, die für die Einzelnetze identisch sind.
In dieser Beschreibung werden die Bezeichnungen "vor" und "hinter" in Abhängigkeit von der Flußrichtung der optischen Informationen angewendet, wobei diese von den Sendern ausgehen und an den Empfängern ankommen.
Vorteilhafterweise sind die Gruppen der Sender-Empfänger-Paare der Einzelnetze identisch und haben alle die gleiche Anzahl Sender- Empfänger-Paare. Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die Gruppen der Sender-Empfänger-Paare innerhalb der Einzelnetze sternförmig angeordnet sind. Es ist festzustellen, daß das System nicht betriebsunfähig wird, wenn ein oder mehrere Teilnehmer nicht vorhanden oder ausgefallen sind.
In einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung sind:
- Sender und Empfänger in eine Vielzahl identischer Einzelnetze mit Sternstruktur unterteilt;
- alle Zweige aller Einzelnetze identisch und haben Gruppen von Sender-Empfänger-Paaren;
- in jedem Einzelnetz erste Koppler zwischen den Empfängern jedes Zweiges vor den Gruppen angeordnet;
- in jedem Einzelnetz zweite Koppler zwischen den Sendern jedes Zweiges hinter den Gruppen angeordnet;
- die Zweige der Einzelnetze zu ebensovielen Komplexen verbunden, wie Zweige je Einzelnetz vorhanden sind;
- zwischen den Zweigen der Einzelnetze eines solchen Komplexes dritte Koppler hinter den Sendern der Gruppen der Sender-Empfänger-Paare angeordnet; und
- die zweiten und dritten Koppler eines Zweigkomplexes mit den ersten Kopplern des gleichen Komplexes und der anderen Zweigkomplexe verbunden.
Durch eine solche Struktur läßt sich mit einfachen Kopplern eine hohe Anzahl von Teilnehmern verwirklichen. Wenn zum Beispiel jedes Einzelnetz die Form eines Sterns mit vier Zweigen hat und wenn die Anzahl der Einzelnetze gleich sechs ist, ergibt sich bei Verwendung einfacher Koppler mit vier und sechs Ein-/Ausgangsleitungen eine Anzahl von 96 Teilnehmern.
Im erfindungsgemäßen Übertragungssystem gelangt eine im System fließende optische Information an alle Empfänger des Systems. Es ist also unerläßlich, daß Mittel, z.B. Rechenmittel, vorgesehen werden, durch die nur der oder die für diese Information in Frage kommenden Empfänger sensibilisiert oder freigegeben werden. Eine derartige Sensibilisierung oder Freigabe kann auf bekannte Weise durch jedem Empfänger zugeordnete Codes, durch den Empfängern nacheinander zugeordnete Empfangsfenster oder durch andere aus der Datenverarbeitung bekannte Mittel ermöglicht werden. Natürlich ist es von Vorteil, wenn die Sender außerdem durch die Rechenmittel selektiv gesteuert werden können.
So ergibt sich ein optisches Übertragungssystem, in dem von einem speziellen Sender an einen speziellen Empfänger Steuerbefehle gegeben werden können. Dieses System kann also zur Flugsteuerung eines Luftfahrzeugs genutzt werden, wobei die Rechenmittel zum Beispiel aus einem oder mehreren Rechnern zur Flugsteuerung bestehen und die Empfänger Informationen aus den verschiedenen Einrichtungen des Luftfahrzeugs (Sensoren, Aktoren, Rechner usw.) abgeben können.
Die einzige Figur der beigefügten Zeichnung macht besser verständlich, wie die Erfindung verwirklicht werden kann.
Die schematisch in dieser einzigen Figur veranschaulichte besondere Ausführungsart der Erfindung bezieht sich auf ein System zur Übertragung optischer Informationen mit 96 Teilnehmern, wobei jeder Teilnehmer als Paar aus einem Sender E und einen Empfänger R bestehend dargestellt ist.
Dieses System besteht aus sechs identischen Einzelnetzen N1 bis N6 (übereinander dargestellt) mit jeweils sechzehn Teilnehmern.
Jedes Einzelnetz Ni (mit i = 1,2,3,4,5 oder 6) hat die Struktur eines Sterns mit vier Zweigen, wobei jeder Zweig eine Gruppe G1 bis G4 mit vier Teilnehmern E, R umfaßt. In jedem Zweig sind alle Lichtwellenleiter 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 eines Senders E mit einem optischen Koppler 2 mit ebenso vielen Ausgängen wie Eingängen verbunden, d.h. daß im dargestellten Beispiel jeder optische Koppler 2 vier Eingänge bestehend aus den Leitern 1.1 bis 1.4 und vier Ausgänge hat, die mit Lichtwellenleitern verbunden sind, die jeweils die Bezeichnungen 3.1 bis 3.4 tragen. Im übrigen kommen ebenfalls in jedem Zweig eines Einzelnetzes Ni alle an einem Empfänger R ankommenden Lichtwellenleiter 4.1, 4.2, 4.3 und 4.4 von einem optischen Koppler 5 mit ebenso vielen Eingängen wie Ausgängen, d.h. daß im dargestellten Beispiel jeder optische Koppler 5 vier aus den Leitern 4.1 bis 4.4 bestehende Ausgänge und vier Eingänge hat, die jeweils mit den Lichtwellenleitern 6.1, 6.2, 6.3 und 6.4 verbunden sind. Wie zu sehen ist, wird durch die Lichtwellenleiter 6.1 bis 6.4 der Koppler 5 eines Zweiges jeweils mit dem Koppler 2 des gleichen Zweiges und mit jedem Koppler 2 der drei anderen Zweige verbunden. Dadurch wird innerhalb eines Einzelnetzes Ni jeder Sender E durch einen Koppler 2 und einen Koppler 5 mit jedem Empfänger R verbunden.
Außerdem sind die Ausgänge 3.1 der Koppler 2 und die Lichtwellenleiter 6.1 aller Einzelnetze Ni miteinander durch Koppler 7.1 gekoppelt, die im dargestellten Beispiel jeweils sechs Eingänge und sechs Ausgänge haben. Ebenso verhält es sich durch die Koppler 7.2, 7.3 bzw. 7.4, die mit den Kopplern 7.1 identisch sind, bei den Ausgängen 3.2, 3.3 und 3.4 und den Lichtwellenleitern 6.2, 6.3 und 6.4.
Es ist also ersichtlich, daß in dem erfindungsgemäßen System:
- jeder Sender E aus jeder Gruppe jedes Einzelnetzes Ni mit jedem Empfänger R jeder Gruppe jedes Einzelnetzes gekoppelt ist; und daß
- die optische Verbindung zwischen einem Sender E und einem Empfänger R immer über einen Koppler 2, einen Koppler 7.j (mit j = 1,2,3 oder 4) und einen Koppler 5 erfolgt, unabhängig von der Lage des Senders und des Empfängers im System und vom Netz Ni, dem sie angehören.
Diese letzte Besonderheit ist sehr wichtig, da die Dämpfung bei der Übertragung von Leistung zwischen einem Sender E und einem Empfänger R in einem optischen Übertragungssystem hauptsächlich auf die optischen Koppler zurückzuführen ist. Die Dämpfung durch die Lichtwellenleiter ist weitaus geringer. Bei dem erfindungsgemäßen System mit der symmetrischen Netzversion ist die Leistungsdämpfung somit, da die Anzahl der zwischen einem Sender und einem Empfänger eingeschalteten Koppler (nämlich drei) unabhängig von deren Lage im System gleich ist, in allen Sender-Empfänger-Strekken identisch. Dabei ist die Dämpfungsabweichung durch die unterschiedlichen Längen der Lichtwellenleiter der einzelnen Strecken vernachlässigbar.
Im erfindungsgemäßen System brauchen also zum Ausgleich der Dämpfungsänderungen durch die unterschiedlichen Strecken der optischen Informationen keine Mittel zur Verstärkungsregelung vorgesehen zu werden.
Im übrigen ist zu bemerken, daß trotz des Hinweises im obigen Beispiel, daß die Koppler 7.j zwischen den Ausgängen 3.1 bis 3.4 der Koppler 2 und den Leitungen 6.1 bis 6.4 (d.h. hinter den Kopplern 2) angeordnet seien, diese Koppler 7.j natürlich auch in die Leitungen 1.1, 1.2, 1.3 und 1.4, d.h. vor den Kopplern 2, integriert werden könnten.
Die verschiedenen Anschlüsse zwischen den Lichtwellenleitern, den Kopplern und den Teilnehmern sind mit Steckverbindern 8 ausgeführt.
Es ist außerdem zu bemerken, daß das erfindungsgemäße Übertragungssystem trotz der großen Anzahl von Teilnehmern (96 im beschriebenen Beispiel) mit bekannten einfachen Bauteilen, d.h. mit den Kopplern 2 und 5 mit vier Eingängen und vier Ausgängen, den Kopplern 7.1 bis 7.4 mit sechs Eingängen und sechs Ausgängen und den Steckverbindern 8, verwirklicht werden kann.
Das erfindungsgemäße System hat außerdem Rechenmittel 9, mit denen die verschiedenen Teilnehmer E,R durch Steuerverbindungen 10 so gesteuert werden, daß einerseits die Sender E selektiv angesteuert und andererseits nur der oder die Empfänger R aktiviert werden, für den oder die die abgegebenen Informationen bestimmt sind.
Zur Betriebskontrolle kann das erfindungsgemäße Übertragungssystem aufgrund seiner Struktur damit durch die Rechenmittel 9 leicht getestet werden.
Es ist gut vorstellbar, daß die Rechenmittel 9 zum Beispiel ein Rechner zur Flugsteuerung eines Luftfahrzeugs sein und die verschiedenen Empfänger R zu den Steuereinrichtungen des Luftfahrzeugs (nicht dargestellt), wie Klappen, Ruder usw., gehören können.

Claims

1. System zur Übertragung optischer Informationen mit einer Vielzahl von Sendern (E) und Empfängern (R), die durch Lichtwellenleiter miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß:

- die Sender (E) und die Empfänger (R) in eine Vielzahl von Einzelnetzen (N1 bis N6) unterteilt sind;

- innerhalb eines Einzelnetzes (N1 bis N6) alle von den Sendern (E) abgehenden Lichtwellenleiter miteinander gekoppelt sind;

- innerhalb eines Einzelnetzes (N1 bis N6) alle an den Empfängern (R) ankommenden Lichtwellenleiter miteinander gekoppelt sind; und

- alle Lichtwellenleiter eines Einzelnetzes, die von dessen Sendern abgehen, mit allen entsprechenden Lichtwellenleitern der anderen Netze gekoppelt sind.

2. Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- innerhalb eines Einzelnetzes (N1 bis N6) Sender und Empfänger in eine Vielzahl von Gruppen (G1 bis G4) von Sender-Empfänger-Paaren unterteilt sind;

- die Einzelnetze (N1 bis N6) miteinander identisch sind;

- Koppler (5) zwischen den Empfängern eines Netzes vor den Empfängern jeder Gruppe angeordnet sind;

- Koppler (2) zwischen den Sendern eines Netzes hinter den Sendern jeder Gruppe angeordnet sind; und

- Koppler (7.1 bis 7.4) zwischen den Sendern der verschiedenen Einzelnetze hinter den Sendern der Sender-Empfänger-Gruppen angeordnet sind, die für die Einzelnetze identisch sind.

3. Übertragungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen (G1 bis G4) der Sender-Empfänger-Paare in allen Einzelnetzen (N1 bis N6) identisch sind und alle die gleiche Anzahl Sender-Empfänger-Paare haben.

4. Übertragungssystem nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen der Sender-Empfänger-Paare innerhalb der Einzelnetze sternförmig angeordnet sind.

5. System zur Übertragung optischer Informationen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß:

- die Sender und Empfänger in eine Vielzahl identischer Einzelnetze mit Sternstruktur unterteilt sind;

- alle Zweige aller Einzelnetze identisch sind und Gruppen von Sender-Empfänger-Paaren haben;

- in jedem Einzelnetz zwischen den Empfängern jedes Zweiges vor den Gruppen erste Koppler (5) angeordnet sind;

- in jedem Einzelnetz zwischen den Sendern jedes Zweiges hinter den Gruppen zweite Koppler (2) angeordnet sind;

- die Zweige der Einzelnetze zu ebensovielen Komplexen verbunden sind, wie Zweige in einem Einzelnetz vorhanden sind;

- zwischen den Zweigen der Einzelnetze eines solchen Komplexes hinter den Sendern der Gruppen der Sender-Empfänger-Paare dritte Koppler (7.1 bis 7.4) angeordnet sind; und

- die zweiten und dritten Koppler eines Zweigkomplexes mit den ersten Kopplern des gleichen Komplexes und der anderen Zweigkomplexe verbunden sind.

6. Übertragungssystem nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Einzelnetz die Form eines Sterns mit vier Zweigen hat.

7. Übertragungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Einzelnetze gleich sechs ist.

8. Übertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es Rechenmittel (9) zur selektiven Steuerung der Sender und zur selektiven Freigabe des oder der betreffenden Empfänger durch die von diesen abgegebenen optischen Informationen hat.

9. Übertragungssystem nach Anspruch 8 für die Flugsteuerung eines Luftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenmittel (9) aus einem Rechner zur Flugsteuerung bestehen und daß durch die Empfänger Einrichtungen des Luftfahrzeugs gesteuert werden.