CH630498A5

CH630498A5 - ARRANGEMENT FOR THE AUTOMATIC SWITCHING OF DIRECTIONAL RADIO SYSTEMS OPERATED IN PARALLEL.

Info

Publication number: CH630498A5
Application number: CH513078A
Authority: CH
Inventors: Paul Streich; Manfred Tiesnes
Original assignee: Patelhold Patentverwertung
Priority date: 1978-05-11
Filing date: 1978-05-11
Publication date: 1982-06-15
Also published as: IT1112747B; DE2824329A1; FR2425774A1; IT7922509A0; NO791526L; GB2020949B; GB2020949A; DE2824329C2; FR2425774B1; NL7903624A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum automatischen Umschalten von Richtfunkanlagen im Parallelbetrieb, wobei zur Bewertung des Empfängergeräuschanteils unabhängige logarithmische Verstärker eingesetzt sind. The invention relates to an arrangement for automatically switching directional radio systems in parallel operation, with independent logarithmic amplifiers being used to evaluate the receiver noise component.

Bekanntlich werden bei Richtfunkanlagen durch Parallelbetrieb von zwei Sende/Empfangseinrichtungen (z. B. Raum- bzw. Frequenzdiversity) hohe Redundanz- und Fadingsicherheit erreicht. Fig. 1 zeigt ein bekanntes und praktisch erprobtes Ausführungsbeispiel dieser Betriebsart (nur Empfangsseite): In microwave radio systems, it is known that high redundancy and fading security are achieved by operating two transmitting / receiving devices in parallel (e.g. space or frequency diversity). 1 shows a known and tried and tested embodiment of this operating mode (receiving side only):

Im Addiernetzwerk 1 mit dem Ausgang Ag wird das Ausgangssignal der Empfänger A und B zusammengefasst. Für das Nutzsignal beträgt nach der Addition der Gewinn 6 dB (= 4fache Leistung), die von den Empfängern A und B stammenden Rauschsignale erfahren - da nicht korreliert - nur eine Leistungsaddition, d. h. der Geräuschpegel steigt nur um 3 dB. Man erhält somit am Ausgang von 1 einen um 6 dB — 3 dB = 3 dB besseren Geräuschabstand als am jeweiligen Demodulatoraus-gang der Empfänger A bzw. B. Dieser Gewinn geht jedoch verloren, wenn sich - z. B. durch ein selektives Fading - der Geräuschabstand eines der beiden Empfänger drastisch verschlechtert. In diesem Fall ist es günstiger, mittels Schalter S1 bzw. S2 den gestörten Empfänger vom Addiernetzwerk 1 abzuschalten. Die Betätigung dieser Schalter erfolgt in der Regel durch eine Umschaltautomatik, die ihre Befehle von zusätzlichen Informationen aus den Empfängern A und B ableitet. Gegenstand der Erfindung ist eine besonders günstige Anordnung zur Steuerung der Schalter A und B. The output signal of the receivers A and B is combined in the adder network 1 with the output Ag. After the addition, the gain for the useful signal is 6 dB (= 4 times the power). The noise signals coming from receivers A and B experience - since they are not correlated - only a power addition, i. H. the noise level only increases by 3 dB. This results in a 6 dB - 3 dB = 3 dB better signal-to-noise ratio at the output of 1 than at the respective demodulator output of the receivers A and B. However, this gain is lost if - e.g. B. by selective fading - the signal-to-noise ratio of one of the two receivers deteriorates drastically. In this case, it is more favorable to switch off the disturbed receiver from the adder network 1 by means of switches S1 and S2. These switches are usually operated by an automatic switchover, which derives its commands from additional information from the receivers A and B. The invention relates to a particularly favorable arrangement for controlling switches A and B.

Der besagte Vorteil der Parallelschaltung von 2 Empfängern mittels Addiernetzwerk 1, nämlich der Gewinn an Geräuschabstand, weil die Nutzleistung nach der Addition vervierfacht, die Rauschleistung dagegen nur verdoppelt wird, geht zunächst verloren, wenn die Geräuschleistung eines der beiden Empfänger ansteigt, und ab einem bestimmten Geräuschpegel ist die Parallelschaltung sogar schädlich. Dieser «Umschlagpunkt» («break even»- Punkt) ist einfach zu bestimmen: bringt einer der Empfänger einen 3fach höheren Geräuschleistungsanteil als der andere, so ist die gesamte Störleistung 4mal grösser als die des besseren Empfängers und entspricht dem Gewinn an Nutzleistung. Daraus lässt sich für die Betätigung der Schalter S1 und S2 folgende Regel ableiten: The said advantage of connecting 2 receivers in parallel by means of adder network 1, namely the gain in signal-to-noise ratio, because the useful power is quadrupled after the addition, but the noise power is only doubled, is initially lost when the noise power of one of the two receivers increases, and from a certain one Noise level, the parallel connection is even harmful. This "break even" point is easy to determine: if one of the receivers has a 3 times higher noise output than the other, the total interference power is 4 times greater than that of the better receiver and corresponds to the gain in useful performance. The following rule for operating switches S1 and S2 can be derived from this:

«Differieren die Geräuschleistungen der Empfänger A und B um mehr als den Faktor 3 (= 4,77 dB), so ist der Empfänger mit dem höheren Geräuschanteil abzuschalten.» "If the noise outputs of receivers A and B differ by more than a factor of 3 (= 4.77 dB), the receiver with the higher noise component must be switched off."

Um eine elektronische Schaltung zu finden, die diese Kriterien erkennt und auswertet, geht man in mehreren Schritten vor. Zur Trennung des Geräuschanteils vom Nutzsignal verwendet man eine Filterschaltung gemäss Fig. 2a, b. Die Filter Fl A und Fl b (Fig. 2a) entnehmen oberhalb des Nutzbandes den Geräuschanteil G (Fig. 2b) und führen ihn einer geeigneten Vergleichsschaltung 2 zu, die anschliessend die Schaltkriterien für S1 und S2 erzeugt. In Fig. 2b ist SN das Spektrum des Nutzsignals, f die Frequenz. In order to find an electronic circuit that recognizes and evaluates these criteria, one proceeds in several steps. A filter circuit according to FIGS. 2a, b is used to separate the noise component from the useful signal. The filters Fl A and Fl b (FIG. 2a) take the noise component G (FIG. 2b) above the useful band and feed it to a suitable comparison circuit 2, which then generates the switching criteria for S1 and S2. In Fig. 2b, SN is the spectrum of the useful signal, f the frequency.

Die Vergleichsschaltung 2 ist jedoch nicht einfach zu realisieren, weil der Vergleich für die Bestimmung des 4,77-dB-Diffe-renzpunktes in einem grossen Dynamikbereich von etwa 50 dB erfolgen muss. Eine Komparatorschaltung, die nur den absoluten Betrag zweier Spannungen vergleicht, eignet sich daher nicht. However, the comparison circuit 2 is not easy to implement because the comparison for the determination of the 4.77 dB difference point must take place in a large dynamic range of approximately 50 dB. A comparator circuit that only compares the absolute value of two voltages is therefore not suitable.

Eine denkbare Lösung ergibt sich aus Fig. 3: schaltet man zwischen den Komparator 5 und die Filter Fl A und Fl B je einen logarithmischen Verstärker 3 bzw. 4 mit einem Dynamikbereich von ^50 dB, so wird innerhalb dieses Bereiches für eine Rauschleistungsdifferenz von 4,77 dB an den Komparatorein-gängen EA und EB jeweils die gleiche Spannungsdifferenz erscheinen. Voraussetzung ist, dass die Ausgangsspannung Ua, UB der logarithmischen Verstärker 3 bzw. 4 exakt dem Logarithmus der Eingangsspannung Ue(A), Ue(B) folgt. A conceivable solution results from FIG. 3: if a logarithmic amplifier 3 or 4 with a dynamic range of ^ 50 dB is connected between the comparator 5 and the filters Fl A and Fl B, a noise power difference of 4 is within this range , 77 dB at the comparator inputs EA and EB the same voltage difference appears. The prerequisite is that the output voltage Ua, UB of the logarithmic amplifiers 3 and 4 follows the logarithm of the input voltage Ue (A), Ue (B) exactly.

Zur Realisierung eines logarithmischen Verstärkers gibt es einige bekannte Methoden. Je nach verlangter Präzision schwanken die Kosten dafür in einem weiten Bereich. Bei genauen Messgeräten wie z. B Spektrumanalyser usw. muss man einen hohen Aufwand treiben, wenn es sich hingegen um einen Richtfunk-Baustein unter vielen anderen handelt, darf der Preis des Verstärkers einen bestimmten Teil der Gesamtkosten nicht überschreiten, wenn die Richtfunkanlage zu einem konkurrenzfähigen Preis auf dem Markt angeboten werden soll. There are several known methods for realizing a logarithmic amplifier. Depending on the precision required, the costs for this fluctuate widely. With precise measuring devices such. B Spectrum analyzers etc. have to be put in a lot of effort, but if it is a radio relay module among many others, the price of the amplifier must not exceed a certain part of the total cost if the radio relay system is offered on the market at a competitive price should.

Eine mögliche Lösung ist in der Zeitschrift «Electronic Design», 3. Februar 1974, S. 52-59, beschrieben. Hierbei wird die logarithmische Charakteristik durch die nichtlineare Kennlinie einer Halbleiterdiode verwirklicht. Wie aber aus Formel (1), S. 52, hervorgeht, ist diese Kennlinie temperaturabhängig, so dass die eingestellten Parameter nur in einem engen Bereich der Umgebungstemperatur stabil sind. Verwendet man - wie oben in Fig. 3 gezeigt - zwei separate logarithmische Verstärker, so ist der thermische Gleichlauf nicht gewährleistet, und der Umschaltpunkt der Automatik bleibt bei schwankender Temperatur nicht konstant. Fig. 4a und 4b zeigen, wie diese an sich bekannten Schwierigkeiten bei einer auf dem Markt befindlichen Richtfunkeinrichtung überwunden werden. A possible solution is described in the magazine "Electronic Design", February 3, 1974, pp. 52-59. The logarithmic characteristic is realized by the non-linear characteristic of a semiconductor diode. However, as can be seen from formula (1), p. 52, this characteristic curve is temperature-dependent, so that the set parameters are stable only in a narrow range of the ambient temperature. If - as shown in FIG. 3 above - two separate logarithmic amplifiers are used, the thermal synchronism is not guaranteed and the switchover point of the automatic does not remain constant with fluctuating temperature. 4a and 4b show how these known difficulties can be overcome with a directional radio device on the market.

Die Bandpässe 6 und 7 zur Entnahme des Geräuschanteils haben unterschiedliche Durchlassbereiche (schraffierte Flächen in Fig. 4b), und man kann den Geräuschanteil jedes Empfängers frequenzseiektiv erfassen (SN in Fig. 4b ist wieder das Spektrum des Nutzsignals). Über einen Koppler 8 werden die Geräuschspannungen auf einen gemeinsamen logarithmischen Verstärker 9 gegeben und am Ausgang mittels Filter 11 und 12 wieder getrennt. Danach folgt der Vergleich durch den Komparator 13. Diese Lösung lässt sich noch abwandeln, z. B. durch eine Frequenzumsetzung in einem Mischer u.ä. The bandpasses 6 and 7 for extracting the noise component have different pass bands (hatched areas in FIG. 4b), and the noise component of each receiver can be detected in a frequency-selective manner (SN in FIG. 4b is again the spectrum of the useful signal). The noise voltages are applied to a common logarithmic amplifier 9 via a coupler 8 and separated again at the output by means of filters 11 and 12. This is followed by a comparison by comparator 13. This solution can still be modified, e.g. B. by frequency conversion in a mixer and the like.

Offensichtlich erfordert diese Anordnung einen beträchtlichen Aufwand an Filtern und verursacht somit erhebliche Kosten. Obviously, this arrangement requires a considerable amount of filtering and therefore involves considerable costs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Anordnung zu vermeiden. Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. The invention has for its object to avoid the disadvantages of the known arrangement. This object is solved by the characterizing part of claim 1.

Die Erfindung sei jetzt anhand von Fig. 5 beispielsweise näher erläutert. Basierend auf der Grundschaltung Fig. 3 werden wieder zwei unabhängige logarithmische Verstärker eingesetzt, jedoch mit folgender Zusatzbedingung: The invention will now be explained in more detail, for example, with reference to FIG. 5. Based on the basic circuit in FIG. 3, two independent logarithmic amplifiers are used again, but with the following additional condition:

- die logarithmischen Verstärker sind monolithische integrierte Schaltungen, the logarithmic amplifiers are monolithic integrated circuits,

- beide Verstärker befinden sich auf dem gleichen Silizium-plättchen oder auf einem gemeinsamen Substrat. - Both amplifiers are on the same silicon plate or on a common substrate.

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

630498 630498

Da bekanntlich auf dem nur wenige Quadratmillimeter grossen Plättchen oder Substrat eine gleichmässige Temperaturverteilung herrscht, wird das Problem des thermischen Gleichlaufs damit eliminiert. Since, as is well known, there is a uniform temperature distribution on the plate or substrate, which is only a few square millimeters in size, this eliminates the problem of thermal synchronization.

Am Ausgang jedes logarithmischen Verstärkers ist eine Wechselspannung vorhanden, die zur weiteren Verarbeitung noch gleichgerichtet werden muss. An AC voltage is present at the output of each logarithmic amplifier and must be rectified for further processing.

Dazu dienen die aktiven Gleichrichter 17, die aus den oben genannten Gründen ebenfalls auf einem gemeinsamen Silizium- For this purpose, the active rectifiers 17 are used, which for the reasons mentioned above are also on a common silicon

Plättchen plaziert werden. Die aktiven Gleichrichter 17 können zudem auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet sein. Das Substrat besteht zum Beispiel aus Keramik oder Glas. Auf das Substrat sind Leiterbahnen mittels Dickschicht- oder Dünn-5 filmtechnik aufgebracht. Danach folgt der Komparator 18, der die Schaltkriterien für die Ansteuerlogik 19 liefert. Placed tiles. The active rectifiers 17 can also be arranged on a common substrate. The substrate is made of ceramic or glass, for example. Conductor tracks are applied to the substrate using thick-film or thin-film technology. This is followed by the comparator 18, which supplies the switching criteria for the control logic 19.

Die erfindungsgemässe Anordnung gemäss Fig. 5 ergibt gegenüber heute bekannten Lösungen eine erhebliche Kostenersparnis. The arrangement according to the invention shown in FIG. 5 results in considerable cost savings compared to solutions known today.

G G

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

630498

1. Arrangement for the automatic switching of radio relay systems in parallel operation, whereby independent logarithmic amplifiers are used for evaluating the receiver noise component, characterized in that the logarithmic amplifiers (16) are designed as monolithic units and are arranged on a common silicon plate or for the purpose of thermal synchronization are on a common substrate.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that for rectification of the AC voltages occurring at the output of the logarithmic amplifier (16) for further processing active rectifiers (17) are also placed on a common silicon plate or on a common substrate.

2nd

PATENT CLAIMS

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that conductor tracks are applied to the substrate by thick-film or thin-film technology.