專利名稱：可連接冗余信道的c型交換網絡的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是為了允許在多信道處理線路中有冗余量而專門設計的交換網絡，比如在通信衛(wèi)星有效加載中所用的那些多信道線路。
由于不可能對進入軌道時的衛(wèi)星進行修理，其某些設備都增加一些備用設備；這些備用設備也稱為冗余設備，它們只是在標準設備有故障的情況下才起動。為此必須在并聯安裝的標準或冗余設備的上游方和下游方設計一些交換網絡(也稱為交換器矩陣)，它們有不同數量的輸入端和輸出端，它們彼此是對稱的而且適合同步控制，因而它們的配置任何時候都是彼此對稱的并且使有效加載余量對當時真正可使用設備的一致性關系不大。
人們很容易理解到，出現故障的危險性對于有效裝置來說比對于一些無源元件來說就更加重要了。
這些故障的危險尤其是可在通信衛(wèi)星的有效加載中出現，這些通信衛(wèi)星典型地包括一個或多個接收天線；一個接收電路；一個信息分離級，對應各信道的信號可在該信息分離級中分離；一個處理級，主要用于對這些信號進行放大；一個多路轉換傳輸級和一個與發(fā)射天線相連的發(fā)射電路。
實際經驗表明放大裝置可能易受損壞并因此而主要作了這樣的考慮，可用于放大信號的信道數相應地要大于待處理的信號數(或大于標準信道數)，這才發(fā)展了交換網絡。
同樣可表明的是接收電路和發(fā)射電路，它們都帶有與要進行信息分離或多路轉換的信號有相同數量的處理線路，就它們本身來說也容易出現故障；在那兒設計一些備用的處理線路相當有用。
如果n是標準設備數，而p是備用設備數，則上游(或下游)交換網絡就應該有n個輸入端和n＋p個輸出端(或者相反)。
顯然地這些上游及下游網絡都是指定用來利用n個設備保持一種正常功能，直到總的故障數為p。這也只是根據衛(wèi)星任務受到影響而出現一種故障時的情況。
因此就提出了構思交換網絡的問題，這些交換網絡允許從一系列n個標準設備開始應付在工作狀態(tài)下這些標準設備或冗余設備中所相繼出現的任何連續(xù)的p項損壞性故障。
大家都容易理解這個問題比n和p為大數目時更復雜。
也可以這樣理解解決的辦法與所用交換器的類型有關。這里所限定的是有四個引線的交換(接線)器。
其實大家都知道下列三大類交換(接線)器-C型交換器(有時也叫作DPDT)適合于以90°的轉距旋轉并適于把任何指定的引線連接到鄰近引線的一個或另一個上，但從來不會連接到與其相對的引線上；這些交換(接線)器事實上只有兩種不同的連接配置；-R型交換(接線)器適合于以45°的轉距旋轉并適于把任何一個指定的引線連接到其它三個引線中的任何一個上，只有相對引線間的連接情況導致了每個另外引線的絕緣；這些交換(接線)器都有四種不同的連接配置(包括兩種C型交換器的連接配置)；-T型交換(接線)器適合于以45°的轉距旋轉并且適合于把任何一個指定的引線與任何一個另外的引線連接，同時還連接了另外兩個引線，在相對引線之間的連接情況導致了一種其它引線的交叉連接；這些交換(接線)器有三種不同的連接配置(兩種移相90°的配置對應沿直線的連接，在這里確定了四個引線的相同連接方式，與R型交換(接線)器的情況不同)。
這些不同的交換(接線)器在波導工藝及同軸型工藝方面得到應用。
最常用的交換(接線)器是R型和T型的交換器，主要是在電信有效加載處理(放大)級的上游及下游。
本發(fā)明相反地還涉及了C型交換(接線)器的情況。到目前為止、這些C型交換器都已經用在接收級或發(fā)射級的上游和下游，因而選取很小的n值及p值(n小于或等于3；p小于或等于2)。
對于較大的n值或p值來說，本技術領域的專業(yè)人員都傾向于認為C型交換(接線)器先天地根本不如R型或T型交無器更適合既然C型交換器只有兩種配置，那么合乎邏輯的推測是對于給定的一些n和p值來說，無疑C型交換(接線)器比T型或R型交換器更加需要。這可解釋為，對于分別大于3和2的n和p值來說目前人們只熟悉T型和/或R型交換網絡至于對具有n個輸入端和n＋p個輸出端(或相反)的交換網絡所要給出的結構也完全缺乏信息，這種結構可保證人們能夠把n個輸入端的任何一種組合與在n個標準輸出端及p個冗余輸出端之間所選擇的n個輸出端的任何一種組合相連接，因而也就保證了人們能夠確保每個輸入端與一個輸出端的連接直到出現可使p個輸出端不能使用的故障。
本發(fā)明正是要有針對性地解決這個問題，采用了一定數量的也盡可能加以改進的C型交換(接線)器。事實上，本發(fā)明不是力求給出對于一對指定(n，p)數偶的最少交換器數，但是力求達到，對于這樣一對數偶給出一定的C型交換器數，以此可以肯定它足夠能達到上面所指出的性能。
為此本發(fā)明提出一種有n個輸入端及n＋p個輸出端(或相反的情況)的交換網絡，這些n個輸入端是指定用來與n＋p個輸出端中n個輸出端的任何組合相連接，n和p是預先確定的任何整數比如n大于或等于4而p大于或等于2，這些交換器含有四個引線和至少兩種配置，該交換網包括-n個標準模塊，每個模塊包括一個交換器；一個輸入端；一個輸出端；一個輸入引線和一個輸出引線；-p個冗余模塊，每個冗余模塊包括一個輸出端和一個輸入引線，-a個通用模塊，a是最小的整數比如2a等于或大于n，每個通用模塊包括一個具有p個輸入引線及p個輸出引線的互連模塊，取i≤p的i個輸入引線的任何一組都可與i個輸出引線的任何一組相連接，標準模塊和冗余模塊按照每個通用模塊至多有兩個標準模塊和至多有兩個冗余模塊的要求分布在這些通用模塊中，這些互連模塊都一致地具有n個分別與標準模塊輸出引線相連接的輸入引線，以及p個分別與冗余模塊輸入引線相連接的輸出引線，每個通用模塊都有一定數目的輸入引線，這些輸入引線都與其它通用模塊的輸出引線相連接，所述輸入引線的數目至少等于其輸出引線的數目，這些輸出引線都與冗余模塊相連接，每個模塊的每個輸出引線都連接到另一個模塊的一個輸入引線。
很顯然，本發(fā)明是在假定有四個引線的交換(接線)器情況下推廣的，四引線交換器有兩個以上的不同工作配置，比如T型或R型交換器，即使實際應用中的好處有所減少。
事實上，本發(fā)明考慮的事實是這樣的采用了一些只有兩種工作配置的四引線交換(接線)器，一個指定的引線只能用來與其它三個引線中的兩個連接，這兩個引線從來不能彼此相連接。根據本發(fā)明，在這類交換(接線)器的一個引線連接到一個輸入端(分別還連有一個輸出端)之后，確定每一個另外引線的傳輸方向(人們事先確定只通過相對的引線傳輸輸入信號，并且鄰近引線都必須是一些輸出引線)；這就可由后面的交換器引線漸漸地確定傳輸方向。
根據一種較有益的觀點，對于一個任意給定的p值來說，借助至多為(2p-3)個交換器人們能夠制備一個互連模塊。
根據本發(fā)明的一種優(yōu)先特征，對于一種給定的p值所采用的互連(接)模塊都是如同后面所述而設計的。其中每個模塊都是由一個初級交換器和相繼p-2個1至p-2級的連續(xù)級構成，每一級都由一個有雙輸入引線的輸入交換器及一個具有兩條輸出引線的交換器構成而且該兩條輸出引線的交換器與輸入交換器連接，每級的輸入交換器(分別還有一個輸出交換器)都有一個輸入引線，該引線與高序位級的輸入交換器(分別還有輸出交換器的情況)的輸出引線連接，而第1級的每個輸入和輸出交換器都有一個輸出引線，它與初級交換器的一個輸入引線相連接。
本發(fā)明尤其可適用于大于或等于4甚至5的n和/或p值。
本發(fā)明的目的、特征及優(yōu)點可從后面的說明中突出地顯示出來，這種說明是作為非限定性的實例給出的，同時也參照了一些附圖，其中-

圖1A和1B表示出一種具有四個引線及兩種可用配置的交換(接線)器。
-圖2是一個標準模塊的示意圖，-圖3是一個冗余模塊的示意圖，
-圖4是具有5個輸入引線及5個輸出引線的互連模塊的總示意圖，-圖5是一個互連模塊核心的示意圖，-圖6是互連模塊一個級的示意圖，-圖7A至7D表示的是降序的兩個相鄰級的一些可能的實施方式，-圖8A和8B表示排序為1的一個級連接到初級交換器的實施方式，-圖9是具有四個輸入引線及四個輸出引線的一個互連模塊示意圖，-圖10也是一個互連模塊示意圖，如圖4所示，它有5個輸入引線和5個輸出引線，-圖11A是所能包括具有4個輸入端和6個輸出端的交換網絡的那些通用模塊示意圖，-圖11B是表示圖11A中通用模塊連接實例的示意圖，-圖12A是可包含具有5個輸入端和10個輸出端的交換網的通用模塊示意圖，以及-圖12B是表示圖12A中通用模塊連接實例的示意圖。
圖1A和1B表示一個C型交換(接線)器。它包含四個引線。它只包括兩種可能的配置或是其引線1與相鄰引線2連接，或是該引線與相鄰引線4連接，但是引線1從來不會與相對引線3連接，同樣，相對引線2和4從來也不會彼此連接。
由此可引出這樣的結果如果有一個引線指定與一個輸入端連接(那時就可以說這是一個輸入引線)，輸入信號只能由相鄰引線輸出。
正如較后所將要突出說明的那樣，本發(fā)明提出了這樣事先確定在交換器引線中的傳輸方向。
因此本發(fā)明導致確定一定數目的基本模塊的結構，對于各種n和p值來說，這些基本(單元)模塊可構成一種C型(或類似型)交換網絡，這種交換網絡有n個輸入端(或輸出端)可與n＋p個輸出端(或可能的輸入端)中n個輸出端(或輸入端)的任一組合相連接。
為此而提出了三種類型的模塊。
圖2表示出一個標準模塊BN，它含一個交換(接線)器其中一個引線連接到交換網絡的一個輸入端(標記為IN)，相鄰的一個引線連接到輸出端(用一個直角標記)，與連接到輸入端的那個引線相對的引線是一個空著的輸入引線(用一個變化無常的符號表示，此符號可用它的與代表引線的劃線點連接)并且，與連到輸出端的那個引線相對的引線是一個空著的輸出端輸出引線(用箭頭標記)。
圖3是冗余模塊R的示意圖。它非常簡單，因為它是由一個輸出端構成的，其連接引線很明顯地是一個輸入引線。
圖4是互連模塊BIC的總示意圖，它用輸入引線與輸出引線數量相同的直角標示出。通常都用BIC(K)指示一個有k個輸出引線的互連模塊。因此圖4的模塊標記為BIC(5)。
每個BIC(k)模塊都由交換(接線)器構成的，交換器的數目及布置是這樣的，即，i個輸入引線(取i≤k)的任何一組都能與i個輸出引線的任何一組連接。
圖5和6表示出兩個基本(單元)模塊，有可能由這些模塊構成對于任何k值的一些互連模塊。
圖5表示一個初級交換(接線)器，或核心而圖6則表示出成對的交換器或級。
每一級都由第一個有兩個輸入引線及一個輸出引線的交換(接線)器和第二個有兩個輸出引線及一個輸入引線的交換(接線)器組成；換句話說這一對交換器可分析成是第一個交換器輸出引線連接到第二個交換器輸入引線的結果。
第一個交換器C1稱為輸入(端)交換器而第二個交換器C2稱為輸出(端)交換器。
圖7A至7D表明了第i級及第i-1級相鄰兩級的一些可能的連接方式，而圖8A和8B則表示出了較低位級(級1)與核心的一些可能的連接方式。
其實，一個互連模塊是由核心及一有序系列的各個級構成。
相鄰兩級的連接是通過最高級的那一級的輸入交換器的輸出引線接到下一級輸入交換器的輸入引線而實現的，并且也采用該最高級這一級的輸出交換器的輸出引線連接到下一級輸出交換器的輸入引線。因為每種連接都有兩種可能性，因而在兩個連續(xù)級之間總共有四種連接配置方式，比如在圖7A至7D上所表示的那樣。
至于第1級，對一個核心的連接是通過其每一個交換器的一個輸出引線連接到核心的一個輸入引線上而完成的。圖8A和8B表示出了兩種可能的配置方式。
這些圖8A和8B的每個模塊都包括三個輸入端和3個輸出端。經證實，人們可以按照任何一種組合把輸入端與輸出端連接起來。因而這些模塊較好地滿足了上面對有三個輸入引線及三個輸出引線的互連模塊所要求的條件。因而圖8A和8B表明了BIC(3)模塊的一些實施例。
人們容易證明，僅一個核心構成了一個BIC(2)模塊。
再加一級就可再看到增加一個輸入端和一個輸出端，而且人們也能證實可找到一種圖9交換器的配置方式，它把任何一組輸入端與任何一組輸出端相連接。因而圖9中的模塊較好地滿足了BIC(4)模塊的條件。
同樣人們還證明了圖10中的模塊可通過參照符號BIC(5)來標示。
當然這些圖5至10沒有企圖提出唯一可能形成互連模塊的方法；可能的是在某些情況下人們能夠只使用最少數量的交換器。然而這些圖給出了一定數目的交換(接線)器，采用這些數目的交換器人們一定能制成一種BIC模塊。人們證實為了制備一個BIC(i)模塊應該有一定數目的交換器，至多等于(2i-3)。
圖2至4中的基本單元模塊可以構成有n個輸入端和n＋p個輸出端的交換網絡，或者有n＋p個輸入端和n個輸出端的交換網絡，利用在沒有須放棄任何一個輸入端的情況下可能面對達到p的數目，并且這種情況不論n和p的值如何。
為了作到這一點，本發(fā)明建議如下的工藝方法選用-n個標準模塊BN-p個冗余模塊R-a個BIC(P)型互連模塊，其中a是這樣的，即2a是等于或大于n的最小整數。
所使用的BIC模塊的結構只與p有關。
交換器的總數為n＋a(2p-3)把標準模塊的n個輸出引線與a.p個可能引線中BIC模塊的n個輸入引線的任何一種組合相連接，組合要按照每個互連模塊至多兩個標準模塊。
同樣，把冗余模塊的p個輸入引線與a.p.個可能的引線中BIC模塊p個輸出引線的任何一種組合相連接。
就這樣制得了a個通用模塊，每個通用模塊都由一個BIC模塊和一些BN及R模塊構成，這些模塊是人們加以任意選擇而固定在那里的。
大家容易理解為把所有的輸出引線都連接到輸入引線，最后剩p個空著的輸入引線。
應用到通用模塊連接方面的唯一條件是每個通用模塊都有一定數目的輸入引線，這些輸入引線都與其它通用模塊的輸出引線連接，輸入引線的數目至少等于其輸出引線的數目，輸出引線都與冗余模塊相連接。事實上這個條件涉及p個空著的剩余輸入引線的配置。如果不重視這種配置就不能同時利用所有冗余輸出端存在的優(yōu)勢。
為了作到這一點，最簡單的是從連接通用模塊的輸入引線開始，該通用模塊包含多個冗余模塊，以此類推。
圖11A表示一個選取n＝4及p＝2的交換網絡的實施例。a值是2使得有兩個BIC(2)互連模塊，也就是說這兩個互連模塊是由一個簡單核心構成的。兩個標準模塊都連接到每個BIC模塊上而兩個冗余模塊都連接在同一個BIC模塊上(左側的模塊)。必須把左側通用模塊的兩個輸入引線連接到右側通用模塊的兩個輸出引線上。圖11B表示出如此由圖11A所得到的交換網絡實例。
圖12A表示出一個取n＝5及p＝5的交換網絡的實施例。因而有三個BIC(5)型互連模塊，例如根據圖10示意圖所制得的那些互連模塊。
只是中間的通用模塊只含有一個標準模塊；相反地，它卻含有四個冗余模塊。左側通用模塊包含兩個標準模塊及一個冗余模塊，而右側通用模塊只包含兩個標準模塊。為了讓通用模塊之間連接起來，開始是把中間通用模塊的至少4個輸入引線連接到其它模塊的輸出引線上；隨后同樣也對左側模塊進行這類連接。人們就這樣，比如可得到圖12B的線路示意圖，其中中間模塊處于左上方，而左側模塊處在右上方。
人們發(fā)現在先前的中央模塊上只有一個空著的輸入引線(人們已較好地把其至少四個輸入引線連接到其它模塊的輸出引線上了)。人們發(fā)現在先前的左側模塊上有三個空著的輸入引線(人們正好把其至少一個輸入引線連接到了另一個模塊的一個輸出引線上)還在先前的右側模塊上發(fā)現一個空著的輸入引線。
當然其它一些連接方式在保留遵守前述規(guī)則的情況下也是可能的。
人們將可判斷本發(fā)明可以適合于任何一些n值和p值。
當然上述說明只是作為非限定性的實例而提出的。并且，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可以由本技術領域的人員推薦大量的實施變型。
權利要求
1.交換網絡有n個輸入端和n＋p個輸出端(或者相反)，這些n個輸入端是指定用來與n＋p個輸出端中n個輸出端的任何組合相連接的，n和p是預先確定的任意一些整數，比如n大于或等于4而p大于或等于2，這些交換(接線)器包含四個引線和至少兩種配置(組態(tài))，該交換網絡包括-n個標準模塊，每個標準模塊包含一個交換(接線)器；一個輸出端；一個輸入引線和一個輸出引線，-p個冗余模塊，每個冗余模塊含有一個輸出端和一個輸入引線，-a個通用模塊，a是最小的整數比如2a等于或大于n，每個通用模塊含有一個互連模塊，該互連模塊有p個輸入引線和p個輸出引線，取i≤p的i個輸入引線的任何一組可以與i個輸出引線的任何一組相連接，標準模塊和冗余模塊在這些通用模塊中的分布要按照每個通用模塊至多為兩個標準模塊和至多p個冗余模塊，這些互連模塊相關地且具有n個輸入引線，它們分別與標準模塊的輸出引線連接；還有p個輸出引線它們分別與冗余模塊的輸入引線連接，每個通用模塊有一定數目的輸入引線，它們與其它一些通用模塊的輸出引線相連接，該輸入引線數至少等于其輸出引線的數目，該輸出引線都連接到冗余模塊，每個模塊的每個輸出引線都連接到另一個模塊的一個輸入引線。
2.根據權利要求1所述的交換網絡，其特征在于每個互連模塊含有交換(接線)器的數目至多等于(2p-3)。
3.根據權利要求1或權利要求2所述的交換網絡，其特征在于每個互連模塊都由一個初級交換(接線)器和連續(xù)的p-2個第1至第p-2的級所構成，每一級都由一個具有兩個輸入引線的輸入交換器和一個具有兩個輸出引線的交換器組成，這后一個交換器接到輸入交換器上，每一級的輸入交換器(分別是輸出交換器)都有一個接到上一級輸入交換器(分別是輸出交換器)輸出引線的輸入引線并且每個1級的輸入和輸出交換器都有一個接到主交換器輸入引線的輸出引線。
4.根據權利要求1至3中任一權利要求所述的交換網絡，其特征在于n至少等于4。
5.根據權利要求4所述的交換網絡，其特征在于n至少等于5。
6.權利要求1至5中任一權利要求所述的交換網絡，其特征在于p至少等于5。
全文摘要
交換網絡有n個輸入端和n+p個輸出端(或者反過來，有n+p個輸入端和n個輸出端)，所述n個輸入端是能與n+p個輸出端中n個輸出端的任意組合相連接的，n和p是預先確定的任一整數，比如n大于或等于4而p大于或等于2，這些交換(接線)器有四個引線(管腳)和至少兩種配置。該網絡包括n個標準模塊，每個標準模塊又包括一個交換(接線)器、一個輸入端、一個輸出端、一個輸入引線和一個輸出引線；p個冗余模塊，每個冗余模塊又含有一個輸出端和一個輸入引線；a個通用模塊，a是最小的整數，使得2a等于或大于n，每個通用模塊包含一個具有p個輸入引線及p個輸出引線的互連模塊。標準模塊和冗余模塊按照至多是兩個標準模塊分布在這些通用模塊中間，每個通用模塊都有如此多被連接的輸入引線，其數目至少等于連接到冗余模塊的輸出引線數，每個模塊的各個輸出引線都與另一個模塊的輸入引線相連。
文檔編號H04Q3/68GK1157082SQ96190668
公開日1997年8月13日 申請日期1996年6月18日 優(yōu)先權日1995年6月23日
發(fā)明者皮埃爾·查普龍 申請人:國家宇航公司