CH667169A5

CH667169A5 - Verfahren zur phasenstarren uebertragung eines niederfrequenten modulationssignals sowie schaltungsanordnung zur durchfuehrung des verfahrens.

Info

Publication number: CH667169A5
Application number: CH3543/84A
Authority: CH
Inventors: Manfred Tiesnes; Willy Zimmermann
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1984-07-20
Filing date: 1984-07-20
Publication date: 1988-09-15
Also published as: EP0170847B1; EP0170847A1; ATE43035T1; DE3570166D1

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur phasenstarren Übertragung eines niederfrequenten Modulationssignals gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens. Ein Verfahren der genannten Art ist z.B. aus der Druckschrift Brown Boveri Mitt. 5/6, 1983, S. 186-188 bekannt.

Zur frequenzökonomischen Funkversorgung grossflächiger Gebiete wird häufig der Gleichwellenfunk verwendet, bei dem simultan eine Mehrzahl von zusammengeschalteten Basisstationen auf dem gleichen Frequenzkanal betrieben werden. Die Basisstationen sind dabei so verteilt, dass die von ihnen abgedeckten Bereiche aneinandergrenzen und das gesamte Funkversor-gungsgebeit überdecken.

Um die Empfangsstörungen in den unvermeidbaren Überlappungsgebieten mehrerer Basisstationen möglichst gering zu halten, müssten bestimmte Bedingungen hinsichtlich der Synchronisation der Basisstationen eingehalten werden.

Bei einem vollsynchronen System, das mit einem hohen technischen Aufwand verbunden ist, sind die Trägerfrequenzen der verschiedenen Basisstationen untereinander verkoppelt und absolut gleich.

Bei einem quasisynchronen System ist in jeder Basisstation ein eigener hochstabiler Oszillator für die Trägerfrequenz vorgesehen, wobei die maximale Abweichung zwischen den Trägerfrequenzen verschiedener Basisstationen nicht mehr als 5-20 Hz betragen darf.

Neben die durch Trägerfrequenzdifferenzen bedingten Empfangsstörungen in den Überlappungsgebieten eines quasisynchronen Gleichwellensystems treten zusätzlich die modulationsabhängigen Störungen: Die Modulationssignale werden von einer zentralen Signalquelle über Zubringerverbindungen an die einzelnen Basisstationen übermittelt und modulieren dort den jeweiligen Träger. Da die Basisstationen unterschiedliche Entfernungen zu der zentralen Signallquelle haben und für die Zubringerverbindungen möglicherweise unterschiedliche technische Systeme (NF-Leitung, Richtfunkstrecke usw.) eingesetzt werden, ergeben sich insbesondere Laufzeit- und Phasenunterschiede zwischen den auf verschiedenen Zubringerverbindungen übermittelten Modulationssignalen, die auf geeignete Weise ausgeglichen werden müssen, um störende Interferenzerscheinungen in den Überlappungsgebieten zu begrenzen.

Es ist nun bekannt, bei der Verwendung von NF-Leitungen

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oder einkanaUgen Richtfunkstrecken als Zubringerverbindungen die Phasenverschiebung durch geeignete, in die Verbindung eingefügte Phasenkorrekturglieder und Laufzeitglieder zu kompensieren, wobei jedes dieser Glieder auf die speziellen Übertragungseigenschaften der jeweiligen Zubringerverbindungen abgestimmt sein muss (Brown Boveri Mitt. 5/6, 1983, S. 186-188). Dies erfordert für jedes Gleichwellen-Funksystem einen speziellen Aufbau in den einzelnen Zubringerverbindungen und führt daher zu einem erhöhten Aufwand.

Darüber hinaus können als Zubringerverbindungen keine beliebigen Trägerfrequenz-Übertragungssysteme verwendet werden, weil durch die Transponierung der verschiedenen Kanäle an den verschiedenen Standorten Signale mit unterschiedlicher Phase und Frequenz entstehen, die auf die bekannte Art durch Einfügen von Korrekturgliedern nicht aufeinander abgestimmt werden können.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur phasenstarren Übertragung von Modulationssignalen von der zentralen Signalquelle zu den Basisstationen eines Gleichwellen-Funksystems anzugeben, bei dem der Ausgleich von auftretenden Phasenfehlern unabhängig von der Art der Zubringerverbindung erreicht wird, und welches daher auch die Verwendung von beliebigen Trägerfrequenz-Übertra-gungssystemem als Zubringerverbindungen gestattet.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die Merkmale aus dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Der Kern der Erfindung besteht darin, das Modulationssignal vor der Übermittlung mit einem Hilfsträger zu mischen, wenigstens eines der bei der Mischung entstehenden Seitenbänder zusammen mit dem Hilfsträger an die Basisstationen zu übermitteln und dort durch erneutes Mischen mit dem übermittelten Hilfsträger oder einem an diesen phasenstarr gekoppelten lokal erzeugten Hilfsträger zu demodulieren. Da das Seiten-bandsignal und der Hilfsträger auf der Zubringerverbindung stets die gleichen Phasenverschiebungen erleiden, wird die Phasenverschiebung des Modulationssignals bei der Démodulation mittels des übermittelten Hilfsträgers automatisch kompensiert.

Vorzugsweise liegen Seitenband und Hilfsträger im selben Kanal, der als Telefoniekanal ausgebildet ist.

Die Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens weist hinter jeder Signalquelle einen Modulator mit Lokaloszillator, vorzugsweise einem Quarzoszillator, und einem ersten Mischer und vor jeder Basisstation einen entsprechenden Demodulator mit einem zweiten Mischer und Mitteln zur Wiedergewinnung des Hilfsträgers auf.

Die Erfindung soll nun nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines bekannten Gleichwellen-Funksystems mit verschiedenartigen Zubringer Verbindungen,

Fig. 2 das Blockschaltbild einer einzelnen Zubringerverbindung mit Trägerfrequenz-Übertragungssystem und Phasenkorrektur nach der Erfindung,

Fig. 3 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des Modulators aus Fig. 2,

Fig. 4 das entsprechende Blockschaltbild für den Demodulator aus Fig. 2,

Fig. 5a-c die in einem Modulator nach Fig. 3 auftretenden Frequenzen und Frequenzbänder,

Fig. 6a-c die entsprechenden Frequenzen und Frequenzbänder im Demodulator nach Fig. 4.

In Fig. 1 ist ein beispielhaftes Gleichwellen-Funksystem nach dem Stand der Technik dargestellt. Die Funkversorgung eines grossflächigen Gebiets erfolgt über eine Mehrzahl von Basisstationen Bl, ..., B3, die über entsprechende Antennen AI, ..., A3 simultan das mit einem niederfrequenten Modulationssignal modulierte Trägersignal aussenden.

Das Modulationssignal stammt aus einer niederfrequenten Signalquelle 1, z.B. einem Mikrofon, und wird über Zubringerverbindungen an die einzelnen Basisstationen Bl, ..., B3 verteilt. Die Zubringerverbindungen können durch NF-Leitungen 11, 12 verschiedener Länge realisiert werden, aber auch durch eine einkanalige Richtfunkstrecke 13 mit einem Richtfunksender 2 und einem Richtfunkempfänger 3.

Um die auf den verschiedenen Zubringerleitungen entstehenden Phâsenunterschiede zu kompensieren, sind in den Leitungen Phasenkorrekturglieder 4 vorgesehen, die Phasendifferenzen durch Laufzeitunterschiede und Unterschiede im Phasengang ausgleichen. Jedes dieser Phasenkorrekturglieder ist auf die Laufzeit und den Phasengang des jeweiligen Übertragungsweges abgestimmt und erfüllt diese Funktion in einem Frequenzkanal mit relativ schmaler Bandbreite (z.B. Telefoniekanal mit A f = 3,1 kHz).

Gemäss der Erfindung wird nun das Modulationssignal vor seiner Übermittlung über die Zubringerverbindung so verändert, dass die Phasenänderung durch die Zubringerverbindung an der Basisstation korrigiert werden kann, ohne die Eigenschaften der Verbindung selbst zu kennen. Dies ist besonders vorteilhaft für Anwendungsfälle, in denen beliebige Trägerfrequenzsysteme mit FDM (Frequency .Division Multiplex) als Zubringerverbindungen eingesetzt werden.

Das Blockschaltbild einer einzelnen solchen FDM-Zubrin-gerverbindung mit Phasenkorrektur nach der Erfindung ist in Fig. 2 wiedergegeben. Da ein FDM-System nur sinnvoll ist, wenn mehrere Kanäle gleichzeitig übertragen werden müssen, wird in Fig. 2 von einer Mehrzahl von niederfrequenten Signalquellen 1 ausgegangen. Jeder der Signalquellen ist ein eigener Kanal zugeordnet. Die aus den Signalquellen 1 kommenden Modulationssignale werden zunächst innerhalb ihres Kanals durch einen nachfolgenden Modulator im Sinne des erfindungs-gemässen Verfahrens modifiziert. Auf die Einzelheiten dieser Modifizierung wird später im Zusammenhang mit der Ausführung des Modulators 5 noch näher eingegangen.

Nach der Modifizierung der Modulationssignale in den Modulatoren 5 werden die einzelnen Kanäle durch einen Trägerfre-quenz-Multiplexer 6 in an sich bekannter Weise zu höheren Frequenzen hin transponiert und frequenzmässig aneinandergereiht über einen Trägerfrequenzsender 7 und eine Trägerfrequenzstrecke 14 an einen Trägerfrequenzempfänger 8 übermittelt. Ein nachfolgender Trägerfrequenz-Demultiplexer 9 versetzt die Kanäle in ihre frequenzmässige Ausgangslage zurück und leitet sie getrennt an eine der Kanalzahl entsprechende Anzahl von De-modulatoren 10 weiter, in denen die jeweilige Phasenverschiebung korrigiert und das ursprüngliche Modulationssignal zurückgewonnen wird.

Die zurückgewonnenen Modulationssignale werden dann an eine Basisstation B weitergegeben und modulieren dort das über eine Antenne A abgestrahlte Trägersignal.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Modulators 5 aus Fig. 2 ist mit seinem Blockschaltbild in Fig. 3 dargestellt. Auf eine detaillierte Wiedergabe des schaltungstechnischen Aufbaus der einzelnen Blöcke ist hier wie auch beim entsprechenden Schaltbild des Demodulators 10 verzichtet worden, weil die Ausführung jedem Fachmann der Trägerfrequenztechnik bekannt ist.

Das Modulationssignal aus der Signalquelle 1 wird innerhalb des Modulators 5 zunächst über einen ersten Trenntransformator 15, der vorzugsweise ein ÜbertragungsVerhältnis von 1 : 1 und eine Impedanz von 600 Ohm hat, auf den Eingang eines ersten Eingangsverstärkers 16 gegeben und dort auf ein für die weitere Signalverarbeitung günstiges Niveau verstärkt.

Dem ersten Eingangsverstärker 16 ist ein Bandbegrenzungsfilter 17 nachgeordnet, welches das Frequenzband des Modulationssignals begrenzt und vorzugsweise eine obere Grenzfrequenz von etwa 3 kHz aufweist. Die Durchlasskennlinie des

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Bandbegrenzungsfilters ist als gestrichelte Linie in der Fig. 5a quenzen aus Fig. 6a eine untere Grenzfrequenz von 3,2 kHz eingetragen, die das aus der Begrenzung resultierende, zwischen aufweist, der Hilfsträgerrest HTR abgezweigt und zur lokalen

0,3 und 3 kHz liegende Niederfrequenzband NB des Modula- Erzeugung eines phasenstarr gekoppelten Hilfsträgers im De-

tionssignals zeigt. modulator 10 weiterverwendet.

Das Niederfrequenzband NB wird dem einen Eingang eines s Der abgezweigte Hilfsträgerrest HTR wird dazu in einem ersten Mischers 18 zugeführt, der das Modulationssignal mit Trägersignalverstärker 30 verstärkt und zur Synchronisation einem Hilfsträger HZ von vorzugsweise 3,3 kHz, dargestellt auf einer PLL (Phase Locked Loop)-Schaltung 31 an deren Syn-

der Frequenzachse in Fig. 5b, mischt. Der Hilfsträger HT wird chronisationseingang weitergeleitet. Die PLL-Schaltung erzeugt aus der Oszillatorfrequenz eines Lokaloszillators, vorzugsweise vorzugsweise eine Frequenz von 6,6 kHz, die in einem nachfol-

eines Quarzoszillators 20 abgeleitet, die z.B. 3,3792 MHz be- io genden zweiten Frequenzteiler 32 mit einem Teilverhältnis von trägt und durch einen nachfolgenden ersten Frequenzteiler 21 2:1 auf 3,3 kHz heruntergeteilt und über eine Rückkopplungs-

mit einem Teil Verhältnis von 210 : 1 auf 3,3 kHz heruntergeteilt schleife auf den Rückkopplungseingang der PLL-Schaltung 31

wird. Andere Oszillatorfrequenzen bedingen entsprechend an- gegeben wird.

dere Teilverhältnisse. Auf diese Weise steht am Ausgang des zweiten Frequenztei-

Bei einer Mischung von Modulationssignal und Hilfsträger 15 lers 32 ein lokal erzeugter ungestörter Hilfsträger von 3,3 kHz

HT entstehen ein unteres Seitenband USB und ein oberes Sei- zur Verfügung, der an den im modifizierten Modulationssignal tenband OSB symmetrisch zur Frequenz des Hilfsträgers HT. mitübertragenen Hilfsträgerrest HTR phasenstarr gekoppelt

Beide Seitenbänder sind in Fig. 5c dargestellt. Das untere Sei- ist.

tenband USB entspricht dem Niederfrequenzband NB in Kehr- Der lokale Hilfsträger wird im zweiten Mischer 25 mit dem läge und enthält, für sich genommen, die gleiche Information. 20 verstärkten modifizierten Modulationssignal gemischt, wodurch

Zur Einsparung von Bandbreite ist daher vorzugsweise dem er- gemäss Fig. 6b ein unteres Seitenband USB und ein oberes Sei-

sten Mischer 18 ein erstes Seitenbandfilter 19 mit einer in Fig. tenband OSB entstehen. Das untere Seitenband USB entspricht

5c gestrichelt eingezeichneten Durchlasskennlinie nachgeschal- dem ursprünglichen Niederfrequenzband NB aus Fig. 5a und tet, welches mit einer oberen Grenzfrequenz von 3 kHz den wird durch ein zweites Seitenbandfilter 26 (obere Grenzfre-

Hilfsträger HT sowie das obere Seitenband OSB unterdrückt. 25 quenz: 3 kHz), dessen Durchlasskennlinie in Fig. 6b eingetragen

Das verbleibende untere Seitenband USB gelangt auf einen ist, absepariert (Fig. 6c), in einem Ausgangsverstärker 27 verEingang eines Addierverstärkers 23. Auf einen anderen Eingang stärkt und über einen zweiten Trenntransformator 28 (Übertra-

des Addierverstärkers 23 wird ein in der Amplitude abgesenkter gungsVerhältnis: 1:1; Impedanz: 600 Ohm) an die nachfolgen-

Hilfsträgerrest HTR gegeben, der über ein Oberwellenfilter 22 de Basisstation weitergegeben.

mit einer oberen Grenzfrequenz von z.B. 4 kHz, am Ausgang 30 Da für die Mischung im zweiten Mischer 25 des Demodula-

des ersten Frequenzteilers 21 entnommen wird. tors 10 mit dem übermittelten unteren Seitenband USB dem an

Am Ausgang des Addierverstärkers 23 erscheint dann ein den übermittelten Hilfsträgerrest HTR phasenstarr gekoppel-

modifiziertes Modulationssignal, das sich aus dem unteren Sei- ten, lokal erzeugten Hilfsträger zwei Signalgrössen verwendet tenband USB und dem danebenliegenden Hilfsträgerrest HTR werden, die beide der Phasenänderung durch die Zubringerver-

zusammensetzt. Beide sind in Fig. 5c durchgezogen dargestellt. 35 bindung in gleichem Masse unterliegen, kompensieren sich bei

Das modifizierte Modulationssignal kann nun über eine beliebi- der Mischung diese Phasenänderungen automatisch,

ge Zubringerverbindung mit entsprechender Bandbreite wie Durch die bevorzugte Beschränkung des Niederfrequenzban-

z.B. das FDM-System der Fig. 2 an die Basisstationen übermit- des auf Frequenzen zwischen 0,3 und 3 kHz und die Auswahl telt werden, wo es zuvor im Demodulator 10 korrigiert und eines Hilfsträgers HT mit 3,3 kHz lässt sich das modifizierte rückgewandelt wird. 40 Modulationssignal (unteres Seitenband USB in Kehrlage +

Ein bevorzugtes zum Modulator der Fig. 3 passendes Aus- Hilfsträgerrest HTR) über jeden international genormten Tele-

führungsbeispiel des Demodulators 10 ist mit seinem Block- foniekanal übertragen, der eine Mindestbandbreite von 0,3 bis

Schaltbild in Fig. 4 wiedergegeben. Das modifizierte, über die 3,4 kHz besitzt.

Zubringerverbindung ankommende Modulationssignal der Fig. Insgesamt steht mit dem erfindungsgemässen Verfahren eine

6a wird innerhalb des Modulators 10 zunächst in einem zweiten 45 Methode zur Verfügung, um bei der Ansteuerung von Basissen-

Eingangsverstärker 24 verstärkt und einem zweiten Mischer 25 dern eines Gleichwellen-Funksystems unabhängig von der Art zugeführt. Gleichzeitig wird aus dem verstärkten Signal mittels der Zubringerverbindung auf einfache Weise Phasendrehungen eines Hochpassfilters 29, welches für die beispielhaften Fre- des zu übertragenden Modulationssignals auszugleichen.

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3 Blätter Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zur phasenstarren Übertragung eines niederfrequenten Modulationssignals von einer zentralen Signalquelle über Zubringerverbindungen an eine Mehrzahl von räumlich verteilten Basisstationen eines Gleichwellen-Funksystems, bei welchem Verfahren Phasendrehungen des Modulationssignals in der Zubringerverbindung kompensiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein ausserhalb des Niederfrequenzbands (NB) des Modulationssignals liegender Hilfsträger (HT) erzeugt wird;

der Hilfsträger (HT) mit dem Modulationssignal gemischt wird;

das aus der Mischung resultierende untere Seitenband (USB) zusammenmit einem Hilfsträgerrest (HTR) zu den Basisstationen (B, Bl, ..., B3) übertragen wird; und an den Basisstationen (B, Bl, B3) aus dem unteren Seitenband (USB) durch Mischen mit Hilfe des übertragenen Hilfsträgerrests (HTR) das ursprüngliche Modulationssignal zurückgewonnen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Niederfrequenzband (NB) des Modulationssignals und der Hilfsträger (HT) innerhalb eines Telefoniekanals hegen, wobei das Niederfrequenzband (NB) vorzugsweise von 0,3 bis 3 kHz reicht und der Hilfsträger (HT) vorzugsweise eine Frequenz von 3,3 kHz aufweist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an den Basisstationen (B, Bl, ..., B3) der übertragene Hilfsträgerrest (HTR) von dem unteren Seitenband (USB) abgetrennt wird, und ein an den Hilfsträgerrest (HTR) phasenstarr gekoppelter lokaler Hilfsträger gleicher Frequenz erzeugt und zum Mischen mit dem unteren Seitenband (USB) verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die unteren Seitenbänder (USB) mehrerer Modulationssignale mit den zugehörigen Hilfsträgern (HT) nach dem Trägerfrequenzverfahren multiplexiert und als Multiplexsignal zu den Basisstationen (B, Bl, ..., B3) übertragen und dort vor der Rückgewinnung der ursprünglichen Modulationssignale demul-tiplexiert werden.

5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Zubringerverbindung von der Signalquelle (1) zu einer Basisstation (B, Bl, ..., B3) hinter der Signalquelle (1) ein Modulator (5)

und vor der Basisstation (B, Bl B3) ein Demodulator (10)

angeordnet ist, dass der Modulator (5) einen Lokaloszillator zur Erzeugung des Hilfsträgers (HT) und einen ersten Mischer (18) zur Mischung des Modulationssignals mit dem Hilfsträger (HT) enthält, und dass der Demodulator (10) ein Hochpassfilter (29) zur Abtrennung des übertragenen Hilfsträgerrests (HTR), einen zweiten Mischer (25) zur Rückgewinnung des ursprünglichen Modulationssignals mit Hilfe des übertragenen Hilfsträgerrests (HTR) und ein am Ausgang des zweiten Mischers (25) angeordnetes zweites Seitenbandfilter (26) zur Unterdrückung des Hilfsträgers (HT) und des beim Mischen entstehenden oberen Seitenbandes (OSB) aufweist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Modulator (5) hinter dem Ausgang des ersten Mischers (18) ein erstes Seitenbandfilter (19) zur Unterdrückung des Hilfsträgers (HT) und des beim Mischen entstehenden oberen Seitenbandes (OSB) vorgesehen ist, und dass dem verbleibenden unteren Seitenband (USB) in einem Addierverstärker (23) der Hilfsträgerrest (HTR) zugesetzt wird, welcher einem Quarzoszillator (20) entnommen wird.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, dass der Lokaloszillator der Quarzoszillator (20) ist,

auf einer Frequenz schwingt, die ein Vielfaches der Frequenz des Hilfsträgers (HT) ist, und dass dem Quarzoszillator (20) ein erster Frequenzteiler (21) zur Erzeugung des Hilfsträgers (HT) nachgeschaltet ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Demodulator (10) hinter dem Hochpassfilter (29) ein Trägersignalverstärker (30) und nachfolgend eine PLL (Phase Locked Z,oop)-Schaltung (31) angeordnet ist, die einen zum Hilfsträgerrest (HTR) phasenstarr gekoppelten lokalen Hilfsträger gleicher Frequenz erzeugt und an den zweiten Mischer (25) weiterleitet.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Quarzoszillator (20) eine Frequenz von 3,3792 MHz erzeugt,

der erste Frequenzteiler (21) ein Teilverhältnis von 210 : 1 hat,

das erste und zweite Seitenbandfilter (19, 26) eine obere Grenzfrequenz von 3 kHz aufweisen,

das Hochpassfilter (29) eine untere Grenzfrequenz von 3,2 kHz aufweist, und vor dem ersten Mischer (18) ein Bandbegrenzungsfilter (17) mit einer Bandbreite von 0,3 bis 3 kHz angeordnet ist.