DE1005138B - Verfahren zur Verbesserung des Mehrfachempfangs in der drahtlosen Telegraphie mit Frequenzumtastung - Google Patents

Description

Es ist bekannt, die Schwunderscheinungen bei elektrischen Wellen, insbesondere bei Kurzwellen, zu bekämpfen, indem man die von verschiedenen voneinander entfernten Empfängern herrührenden Ströme miteinander kombiniert und in jedem Augenblick denjenigen Empfänger auswählt, der den besten Empfang liefern kann. Dieses Verfahren ist also ein Mehrfachempfang in bezug auf den Raum.

Es ist ferner bekannt, dieselbe Nachricht in verschiedenen Frequenzbändern zu übertragen, jedes Frequenzband getrennt zu empfangen und die vorteilhaft gewählten, von diesen getrennten Empfängern herrührenden Ströme miteinander zu kombinieren. Dieses Verfahren ist also ein Mehrfachempfang in bezug auf die Frequenz.

Das gewöhnlich angewandte Kriterium, um in jedem Augenblick zu entscheiden, welcher Empfänger oder welches Frequenzband zu wählen ist, besteht in der Amplitudendifferenz der empfangenen Ströme. Man wählt in jedem Augenblick denjenigen Empfang aus, der dem stärksten Augenblicksfeld entspricht, und unterdrückt die anderen Empfänge.

Dieses Verfahren, das im drahtlosen Fernsprechverkehr allgemein angewandt wird, ist in der drahtlosen Telegraphic bei Verwendung der Frequenzmodulation (Trägerversetzung) nicht so leicht anzuwenden. Der große Vorteil dieser Übertragungsverfahren beruht nämlich in ihrer Unabhängigkeit in bezug auf Amplitudenschwankungen, da jeder Empfänger einen Begrenzer enthält, dessen Tätigkeit die aufgenommenen Spannungen unabhängig von ihren Anfangsamplituden auf eine konstante Amplitude begrenzt.

Das Kriterium, das man in diesem Fall anwenden kann, besteht darin, in jedem Augenblick denjenigen Empfangskanal auszuwählen, der das beste Signal-Rausch-Verhältnis bietet, und zwar wird der Vergleich der Intensitäten des Signals und des Rauschens in dem Zustand vorgenommen, in dem die empfangenen Spannungen verwendet werden, d. h. nach dem Diskriminator, der die Frequenzschwankungen in Amplitudenschwankungen umwandelt.

Es ist ferner bekannt, aus jedem nach der Demodulation der drahtlosen Nachrichtensendung in den einzelnen Empfängern zur Verfügung stehenden Gesamtfrequenzband je ein die wiederzugebende Nachricht nicht enthaltendes Teilfrequenzband herauszusieben und die darin enthaltenen Störspannungen der einzelnen Empfänger miteinander zu vergleichen, worauf in Abhängigkeit von diesem Vergleich derjenige Empfänger für die Nachrichtenwiedergabe wirksam gemacht wird, dessen herausgesiebtes Teilfrequenzband die geringste Störenergie aufweist.

Es ist auch schon die Anwendung dieses Verfahrens Verfahren zur Verbesserung

des Mehrfachempfangs in der drahtlosen Telegraphie mit Frequenzumtastung

Anmelder:
Sadir Carpentier, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz, Patentanwalt,
Gräfelfing bei München, Aribostr. 14

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 4. Februar 1953

M. Henri Simon Grandjouan, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

bei Telegraphiesendungen bekannt. Bei der drahtlosen Telegraphie mit Frequenzumtastung treten jedoch Schwierigkeiten auf, deren Lösung nicht ohne weiteres auf der Hand liegt und den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet.

Zunächst muß ein überschüssiges Frequenzband in den einzelnen Kanälen vorhanden sein, wenn das erwähnte Verfahren des Rauschspannungsvergleichs angewandt werden soll. Dies ist der Fall bei einer gewissen Zahl von Trägerversetzungssystemen, bei denen die verwendete Bandbreite aus Gründen der Instabilität der Mittelfrequenz 600 oder 1000 Hz beträgt, obwohl die für eine Telegraphiergeschwindigkeit von 50 Baud erforderliche Bandbreite nur 80 Hz beträgt.

Bei diesen Trägerversetzungssystemen ist also nach dem Durchgang durch die Diskriminatoren ein überschüssiges Frequenzband vorhanden, dessen für die Signal Übermittlung nicht notwendiger Teil normalerweise durch Siebung unterdrückt wird. Wenn man diesen Teil abfiltert, stellt man fest, daß er im wesentlichen vom Rauschen herrührende Komponenten enthält.

Es scheint zunächst, als ob die betreffenden Teilfrequenzbänder im vorliegenden Falle nicht für den Vergleich der Rauschspannungen und damit die Auswahl des günstigsten Nachrichtenkanals herangezogen werden könnten, weil wegen des üblicherweise vorgeschalteten Amplitudenbegrenzers die Amplitude einen konstanten Wert hat. Daß dem nicht so ist, lehrt die folgende Betrachtung.

609 866/299

Bei der drahtlosen Telegraphic mit Frequenzumtastung ist eines der beiden Signale verschiedener Frequenz, welche den beiden Zeichenlagen entsprechen, stets vorhanden. Der Begrenzer überträgt also in jedem Augenblick eine Spannung, die sich aus dem Signalanteil und dem Rauschanteil zusammensetzt. Zeitpunkte, in denen das Rauschen allein vorhanden ist, treten im Gegensatz zum Fernsprechen mit Amplitudenmodulation nicht auf. Da also stets

das entweder den Ausgang von 10 oder denjenigen von 11 mit dem Nutzempfänger 15 verbindet.

Im Fall des Mehrfachempfangs in bezug auf die Frequenz verwendet man nur einen einzigen Empfänger, beispielsweise den Empfänger 3. Infolgedessen werden der Empfänger 4 und seine Antenne 2 weggelassen und die beiden Empfangskanäle beispielsweise am Ausgang von 3 mit Hilfe eines Filters 16 getrennt, das den zweiten Frequenzkanal abtrennt und

die beiden Anteile vom Begrenzer gemeinsam über- io das Signal auf das Organ 6 übermittelt. Das Organ tragen werden, besitzt nur ihre Summe konstante 16 sowie die entsprechenden Verbindungen sind in Amplitude, während das Verhältnis zwischen dem Fig. 1 gestrichelt gezeichnet.

Rauschanteil und dem Signalanteil schwankt. So er- Das dargestellte Beispiel bezieht sich auf Empf angs-

gibt sich am Ausgang des Diskriminators trotz der einrichtungen mit zwei Antennen oder zwei Kanälen, Amplitudenbegrenzung ein veränderliches Signal- 15 jedoch kann man bekanntlich mehr als zwei Emp-Rausch-Verhältnis. Da in dem erfindungsgemäß
abgetrennten überschüssigen Kanal nur Rauschspannungen vorhanden sind, stellen diese demnach
ein Maß für den Störpegel des betreffenden Frequenzbandes dar.

Demgemäß ist das erfindungsgemäße Verfahren zur

fangseinrichtungen, die mit ebensoviel Antennen verbunden sind, oder mehr als zwei Kanäle für eine einzige Übertragungsverbindung heranziehen. Man kann sogar eine Empfangseinrichtung bauen, die ao gleichzeitig einen Mehrfachempfang in bezug auf den Raum und auf die Frequenz ausübt.

plituden der entsprechenden Signale am Ausgang von 6 und 7 stützt, und diejenige Amplitude zu wählen, die dem kräftigsten Feld entspricht.

Bekanntlich pflegt man im allgemeinen bei drahtlosen Telegraphieverbindungen mit Tastung durch Frequenzverschiebung die Verwendung vom Standpunkt der Nachrichtenübertragung aus überschüssiger Frequenzbänder vorzusehen, da eine richtige Uber-

Verbesserung des Mehrfachempfangs in der draht- Wie erwähnt, besteht das allgemein angewandte

losen Telegraphie mit Frequenzumtastung, bei Verfahren, um zu jedem Zeitpunkt zu entscheiden, welchem aus dem in den einzelnen Empfangskanälen welches der beste Empfang ist, darin, die Augenblickszur Verfügung stehenden Gesamtfrequenzband jeweils 25 Intensitäten der aufgenommenen Felder zu verein die wiederzugebende Nachricht nicht enthaltendes gleichen, wobei man sich beispielsweise auf die Am-Teilfrequenzband herausgesiebt und derjenige Kanal
zur Übertragung der Nachricht ausgewählt wird,
dessen herausgesiebtes Teilfrequenzband die geringste
Störenergie aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in 30
jedem Kanal das zur Wiedergabe der Telegraphiesignale nicht erforderliche Frequenzband am Ausgang des Diskriminators abgetrennt wird.

Ferner sei bemerkt, daß die fraglichen Trägerversetzungssysteme noch einen herabgesetzten tele- 35 tragung gewährleistet sein muß, weil die zur graphischen Verzerrungsgrad aufweisen, wenn das Frequenzversetzung dienenden Oszillatoren sowohl Signal-Rausch-Verhältnis bis auf 10 Dezibel absinkt. bei der Sendung als auch beim Empfang Frequenz-Gerade in der Umgebung dieses Wertes führt der abweichungen aufweisen können. Mehrfachempfang zu einer verbesserten Verbindung. Beispielsweise ist es im Fall, wo die Übertragung

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich 40 eine Frequenzversetzung um 425 Hz zu beiden Seiten aus der Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele der Trägerwelle verwendet, üblich, Empfangsanordnungen vorzusehen, die ein Frequenzband von 600 Hz zu beiden Seiten dieser Trägerfrequenz durchlassen, und den Frequenzdiskriminator so zu bauen, daß er ♦5 im ganzen Empfangsbereich empfindlich ist.

Man verwendet also einen Übertragungskanal, der imstande ist, außerordentlich rasche Telegraphiegeschwindigkeiten zu übermitteln, deren Spektrum sich bis zu ungefähr 500 Hz erstrecken kann. Folglich

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel für eine 50 kann der Diskriminator im gewählten Beispiel ein Empfangsanordnung mit zwei Kanälen dargestellt, Frequenzband korrekt wiedergeben, das sich praktisch und zwar handelt es sich um einen Mehrfachempfang
in bezug auf den Raum. 1 und 2 sind zwei im wesentlichen gleichartige Antennen, welche die Empfänger 3

und 4 speisen. Die für die Frequenzänderung er- 55 führen zu können, ist ein Frequenzband von 80 Hz forderlichen Oszillatoren sind bei 5 dargestellt. Sie vollkommen ausreichend. Man verfügt also über ein speisen gleichzeitig die Empfänger 3 und 4. Auf den
Empfänger 3 folgt ein Filter 7, ein Begrenzer 9 und
ein Diskriminator 11. Ebenso folgen dem Empfänger 4 ein Filter 6, ein Begrenzer 8 und ein Dis- 60
kriminator 10, so daß die Kanäle 4, 6, 8, 10 und 3, 7,
9, 11 im wesentlichen übereinstimmen.

Um in jedem Augenblick zu entscheiden, welcher Kanal den besseren Empfang liefert, hat man bis jetzt

ein Organ 12 verwendet, das die Empfangsfeldstärken 65 stellung auf den Vergleich der Signal-Rausch-Ververgleicht und infolgedessen von den vor den Be- hältnisse am Ausgang der beiden Kanäle zu stützen, grenzern 8 und 9 befindlichen Ausgängen 6 und 7 ge- Nach einem Merkmal der Erfindung wird dieses

speist wurde. Dieses Organ entscheidet also in jedem Signal-Rausch-Verhältnis durch die Messung des AbAugenblick, welches Empfangsfeld das stärkere ist, solutwerts der Rauschspannung am Ausgang der Dis- und steuert mittels der Verbindung 13 ein Organ 14, 70 kriminatoren festgestellt. Wegen der Anwesenheit

an Hand der Zeichnung. Hierin zeigt

Fig. 1 die schematische Darstellung eines Mehrfachempfangssystems von bekannter Bauart mit zwei Kanälen,

Fig. 2 die Anwendung der Erfindung auf die Schaltung nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine Ausführungsart der wesentlichen Organe der Fig. 2.

von 0 bis 500 Hz erstreckt.

Um aber eine Übertragung mit der normierten Telegraphiergeschwindigkeit von 50 Baud durchüberschüssiges Frequenzband, das normalerweise tot oder von den Rauschkomponenten, falls der Empfang mit Rauschen behaftet ist, erfüllt ist.

Die Erfindung macht von dieser Eigentümlichkeit Gebrauch und besteht darin, nicht ausgehend von den entsprechenden Empfangsintensitäten am Ausgang von 6 und 7 festzustellen, welches in jedem Augenblick der beste Empfang ist, sondern diese Fest-

der Begrenzer 8 und 9 läuft nämlich offenbar die Messung des Signal-Rausch-Verhältnisses auf die Rauschmessung hinaus, da das Signal eine konstante Amplitude besitzt.

Schließlich geht die Rauschmessung nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung, das von der überschüssigen Bandbreite Gebrauch macht, am Ausgang eines hinter dem Diskriminator angeordneten Filters vor sich. Zu diesem Zweck wird der Ausgang sich aber das Potential des oberen Endes dieses Widerstandes gegen Masse. Die beiden Filter 21 und 22 sind nämlich in Reihe geschaltet und ihr gemeinsamer Punkt liegt wie gesagt an Masse. Wenn also z. B. die von 21 gelieferte Spannung Null ist, hat das obere Ende des Widerstandes 25 Massenpotential und der Punkt 28 besitzt demgemäß ein negatives Potential. Wenn umgekehrt die von 22 gelieferte Spannung Null ist, befindet sich das untere Ende des Wider-

jedes Diskriminators in zwei Kanäle aufgeteilt, von io Standes 25 auf Massenpotential und in diesem Falle K i ßfil hl d d

denen der erste Kanal ein Tiefpaßfilter enthält, das alle zwischen O und 80 Hz gelegenen Frequenzen durchläßt, während der zweite Kanal mit einem Hochpaßfilter versehen ist, das alle beispielsweise oberhalb 150 Hz gelegenen Frequenzen durchläßt. Die Spannung an den Klemmen des letzteren Filters stellt die Rauschspannung dar, die in dem Organ, das in jedem Augenblick entscheidet, welches der beste Empfang ist, zum Vergleich dient.

Aus dem Vorhergehenden ergibt sich tatsächlich, daß alle von der Tastung herrührenden Nutzfrequenzen ohne Schwächung den ersten Kanal durchlaufen, während der zweite Kanal nur die vom Rauschen herrührenden Störfrequenzen und die Oberwellen der Tastfrequenzen enthält, wenn diese nicht bei der Sendung ausgesiebt wurden. Die Ausgangsspannung dieses zweiten Kanals bildet also tatsächlich ein Maß für die Rauschstärke, denn diese Spannung hängt fast nur vom Rauschen und sehr wenig von der Tastung ab.

Fig. 2 zeigt die Anwendung der Erfindung auf die Schaltung nach Fig. 1. Man findet hier die Elemente 1 bis 11 der Fig. 1 mit denselben Funktionen wieder, während die Ausgänge der Diskriminatoren 10 und 11 erfindungsgemäß zwei Filter 19 und 21 bzw. 20 und 22 speisen. Das Filter 19 ist ein Tiefpaß, der die niedrigen Frequenzen, beispielsweise bis 80 Hz durchläßt, während das Filter 21 einen Hochpaß darstellt, der beispielsweise alle Frequenzen unterhalb 150 Hz abschneidet. Am Ausgang des Diskriminators 10 des zweiten Kanals befinden sich ein mit 19 übereinstimmendes Filter 20 und ein mit 21 übereinstimmendes Filter 22. Erfindungsgemäß wird das Organ 12, das entscheidet, welches der bessere Empfang ist, von den Filtern 21 und 22 gespeist. Dieses Organ 12 steuert über die Verbindung 13 das Organ 14, das hierdurch das Empfangsorgan 15 je nachdem mit 19 oder 20 in Verbindung setzt. Die verschiedenen Organe der Fig. 1 und 2 sind an sich bekannt und können vom Fachmann leicht aufgebaut werden.

In Fig. 3 ist eine besonders vorteilhafte Ausführungsart der Organe 12 und 14 sowie des mit ihnen verbundenen Telegraphenrelais dargestellt. In dieser Figur findet man einerseits die Filter 21 und 22, andererseits 19 und 20 wieder. Das Organ 12, das im Innern des gestrichelten Rechtecks gezeichnet ist, besteht aus einem Differentialgleichrichter. Dieser enthält zwei Gleichrichter 23 und 24, die je durch eine Ausgangsklemme von 21 bzw. 22 beaufschlagt werden, während die andere Klemme dieser Filter je an Masse gelegt ist. Die Gleichrichter sind mit den Enden eines Widerstandes 25 sowie mit zwei übereinstimmenden Kondensatoren 26 und 27, deren gemeinsames Ende an Masse liegt, verbunden. Der Mittelpunkt des Widerstandes ist an die Ausgangsklemme angeschlossen.

Da die Gleichrichter 23 und 24 im selben Sinn gerichtet sind, fließt der Strom im Widerstand 25 stets in gleicher Richtung. Je nach den Relativwerten der ist also das Potential des Punktes 28 positiv gegen Erde. Falls die vom Filter 21 gelieferte Rauschspannung die von 22 gelieferte Spannung übersteigt, nimmt somit die Ausgangsklemme 28 eine in bezug auf Masse positive Spannung an, und umgekehrt.

Das Organ 14 enthält als wesentliches Element ein an sich bekanntes Kippgerät, das innerhalb des Rechtecks 29 dargestellt ist. Ein solches Kippgerät enthält bekanntlich zwei symmetrisch geschaltete Röhren 30 und 31. Das Gitter der Röhre 31 ist über einen Widerstand 32 mit der Anode der Röhre 30 sowie über einen anderen Widerstand 33 mit einer negativen Spannungsquelle 34 verbunden, deren andere Klemme an Masse liegt. Das Gitter von 30 seinerseits ist über einen Widerstand 35 an die Anode der Röhre 31 angeschlossen. Die Anodenleitungen der beiden Röhren enthalten Belastungswiderstände 36 und 37 und werden von einer gemeinsamen Anodenspannungsquelle 38 gespeist, deren negativer Pol an Masse Hegt. Die Kathoden der beiden Röhren sind über Widerstände 39 und 40 mit Masse verbunden. Schließlich ist die Ausgangsklemme 28 von 12 an das Gitter der Röhre 30, wie gezeigt, angeschlossen. Ein solches Kippgerät kann bekanntlich zwei stabile Gleichgewichtszustände einnehmen. Im einen Zustand leitet die Röhre 30, während die Röhre 31 blockiert ist, und im anderen Zustand ist es umgekehrt: 31 arbeitet und 30 ist verriegelt. Der Übergang von einer Lage in die andere wird durch das Potential der Klemme 28 gesteuert. Man sieht also, daß, wenn 21 die stärkere Rauschspannung liefert, die Röhre 30 arbeitet, so daß ein Spannungsabfall an 39 auftritt, während dagegen bei einem Überwiegen der Spannung von 22 ein Spannungsabfall bei 40 zu erwarten ist.

Das Organ 14 enthält im wesentlichen zwei Elektronenröhren 41 und 42, die das Telegraphenrelais 43 steuern. Die Kathode der Röhre 41 ist mit derjenigen der Röhre 30 verbunden, ebenso ist die Kathode der Röhre 42 an diejenige der Röhre 31 angeschlossen. Das Telegraphenrelais 43 besitzt zwei Steuerwicklungen 44 und 45. Die Wicklung 44 liegt im Anodenkreis der Röhre 42, die Wicklung 45 in demjenigen der Röhre 41. Die Anodenspannungen dieser beiden Röhren werden durch eine einzige Spannungsquelle 46 geliefert, deren negativer Pol an Masse liegt. Der Ausgang des Filters 19 des ersten Kanals schließlich ist mit dem Gitter von 41 und derjenige des Filters 20 des zweiten Kanals mit dem Gitter der Röhre 42 verbunden.

Man sieht unmittelbar, daß die Röhre 30 verriegelt wird, wenn die vom Filter 22 gelieferte Spannung überwiegt. Die Kathode von 41 wird also an Masse gelegt, infolgedessen ist die Röhre 41 nicht verriegelt, dagegen ist 42 infolge der ihrem Gitter durch den Spannungsabfall am Widerstand 40 aufgeprägten negativen Vorspannung verriegelt. In diesem Augenblick speist also das Filter 19 das Telegraphenrelais über die Wicklung 45, und tatsächlich gibt dieses Filter des Empfangskanals den kleinsten Rausch ab.

pg von 21 und 22 gelieferten Wechselspannungen ändert 70 Wenn umgekehrt das Rauschen im Kanal des Diskri-

minators 11 überwiegt, sieht man, daß nun das Filter das Telegraphenrelais 43 steuert.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verbesserung des Mehrfachempfangs in der drahtlosen Telegraphic mit Frequenzumtastung, bei welchem aus dem in den einzelnen Empfangskanälen zur Verfugung stehenden Gesamtfrequenzband jeweils ein die wiederzugebende Nachricht nicht enthaltenden Teilfrequenzband herausgesiebt und derjenige Kanal zur Übertragung der Nachricht ausgewählt wird, dessen herausgesiebtes Teilfrequenzband die geringste Störenergie aufweist, dadurch gekenn-

zeichnet, daß in jedem Kanal das zur Wiedergabe der Telegraphiesignale nicht erforderliche Frequenzband am Ausgang des Dikriminators abgetrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Empfangskanäle verwendet werden, bei denen die Rauschspannungen einem Differentialgleichrichter zugeführt werden und ihre Differenz auf ein Kippgerät gegeben wird, das je nach seiner Lage demjenigen Betriebskanal den Weg zum Telegraphenrelais freigibt, bei dem die Rauschspannung den geringsten Wert aufweist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 869 360.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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