DE1123718B

DE1123718B - UEbertragungsanlage zur Troposphaerenverbindung mit Ultrakurzwellen

Info

Publication number: DE1123718B
Application number: DEC21829A
Authority: DE
Inventors: Victor Biggi; Jean Claude Simon
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1959-07-02
Filing date: 1960-07-01
Publication date: 1962-02-15
Also published as: NL253281A; GB905128A; FR1238414A; NL130063C; US3160813A

Description

INTERNAT. KL. H 04 g

DEUTSCHES

PATENTAMT

C 21829 IXd/21a⁴

ANMELDETAG: 1. JULI 1960

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 15. F E B R U A R 1962

Bekanntlich ist es auf Grund der Troposphärenstreuung möglich, Nachrichten über Frequenzen von einigen hundert bis mehreren tausend Megahertz auf Entfernungen zu übertragen, die die optische Reichweite weit übersteigen. Leider schwankt gerade wegen dieser Streuung auf einer gegebenen Verbindungsstrecke und für eine gegebene Frequenz die Empfangsfeldstärke zeitlich in weiten Grenzen und sehr rasch.

Um diesem Nachteil zu begegnen, verwendet man außer leistungsfähigen Sendern (mindestens 10 kW) und Antennen mit großem Gewinn, die also sehr umfangreich sind, die verschiedenen Verfahren des Mehrfachempfangs, also insbesondere Frequenzdiversity (die Nachricht wird auf verschiedenen Frequenzen ausgesandt und in verschiedenen Empfängern aufgenommen) oder Raumdiversity (mehrere Antennen sind räumlich voneinander entfernt angeordnet, und zwar sowohl am Sender als auch am Empfänger). Oft werden diese beiden Verfahren gleichzeitig angewandt, was zu umfangreichen und kostspieligen Anlagen führt.

Gegenstand der Erfindung in eine Anlage zur Troposphärenverbindung, die weit einfacher und billiger ist.

Die erfindungsgemäße Anlage, mit deren Hilfe die Einwirkung der von der Troposphärendiffusion herrührenden Feldstärkeschwankungen auf die Übertragungsgüte weitgehend reduziert werden kann, ist dadurch gekennzeichnet, daß im Sender und im Empfänger Synchronisiervorrichtungen vorgesehen sind, die den Betrieb des Senders und des Empfängers in zwei sich abwechselnden Zeitabschnitten bewirken, wobei im jeweils ersten, verhältnismäßig kurzen Zeitabschnitt ein bestimmtes Frequenzband synchron durchlaufen wird, während im jeweils zweiten Zeitabschnitt die Nachricht übermittelt wird; sowie daß der Empfänger im ersten Zeitabschnitt die Amplitude bzw. den Störabstand des empfangenen Signals mißt und diejenige Frequenz feststellt, für welche diese Amplitude ihr Maximum erreicht bzw. der Störabstand optimal ist, und diese Frequenz zwecks Benutzung als Übertragungsfrequenz in dem übernächsten oder einem der nachfolgenden zweiten Zeitabschnitte dem Sender rückmeldet.

Es wird also jeweils abwechselnd das zugeteilte Frequenzband abgetastet und anschließend die Übertragung auf der optimalen Frequenz durchgeführt.

Der zweite Zeitabschnitt hat eine Dauer von etwa Vio Sekunde und ist etwa hundertmal länger als der erste Zeitabschnitt.

Vorzugsweise geschieht die Rückmeldung über einen Kanal, der für die Verbindung in der anderen Richtung dient.

Übertragungsanlage zur Troposphärenverbindung mit Ultrakurzwellen

Anmelder:

Compagnie Generale de Telegraphie Sans FiI, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. E.Prinz

und Dr. rer. nat. G. Hauser, Patentanwälte,

München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 2. Juli 1959 (Nr. 799 131)

Victor Biggi und Jean Claude Simon, Paris,
sind als Erfinder genannt worden

Vorzugsweise bestehen die Senderöhre und die Oszillatorröhre des Empfängers aus Röhren mit elektronischer Abstimmung, z. B. Rückwärtswellenoszillatoren.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnungen. Hierin sind

Fig. 1 und 2 Darstellungen der an die Senderöhre und den Oszillator des Empfängers angelegten Spannungen bzw. der im Sender verwendeten Form der Modulationskurve zwecks Übertragung der Signale,

Fig. 3 das Blockschaltbild des Senders und des Empfängers einer erfindungsgemäßen Troposphärenverbindung,

Fig. 4 das Blockschaltbild der Sender und Empfänger einer erfindungsgemäßen Troposphärenverbindung für beide Richtungen und
Fig. 5 die Darstellung einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage.

Bei der nachstehend beschriebenen Ausführungsform wird im Sender eine Senderöhre des Typs »Carcinotron M« verwendet, deren Frequenz durch elektronische Abstimmung, d. h. durch Änderung einer Steuerspannung, verändert werden kann. Entsprechend wird im Empfänger eine Oszillatorröhre des Typs »Carcinotron O« verwendet, welche die gleiche Eigenschaft hat.

Sender und Empfängeroszillator werden durch ein · zusammengesetztes Signal frequenzmoduliert, das

209 509/261

einerseits die zu übermittelnde Nachricht und andererseits das Synchronisierzeichen enthält, das die Perioden der Abtastung oder des Frequenzwechsels und die Sendeperioden bestimmt.

Mit Γ wird die Dauer der Zeitabschnitte bezeichnet, die für die Nachrichtenübermittlung reserviert sind, während t die Dauer der Zeitabschnitte für die Abtastung und Frequenzänderung ist. Die den Carcinotronröhren zugeführte Vorspannung hat die in Fig. 1 gezeigte Form. Die während der Zeitintervalle Γ auszusendenden Signale haben die in Fig. 2 gezeigte Form. In den Intervallen t wird keine Nachricht übermittelt.

Zur Erläuterung der Aufeinanderfolge der einzelnen Schritte sei mit der Betrachtung des Endes eines Intervalls T begonnen. In diesem Zeitpunkt kehrt der Sender auf eine voreingestellte Frequenz zurück, die ein für allemal als eine der Bestimmungsgrößen der Verbindung festgelegt ist. Es ist z. B. die untere Grenze des während des Intervalls t abzutastenden Frequenzbandes. Im gleichen Zeitpunkt kehrt der Empfänger-Oszillator auf eine Frequenz zurück, die von der erwähnten Sendefrequenz einen Abstand hat, dessen Wert gleich der Zwischenfrequenz des Empfängers ist, da es sich um einen Überlagerungsempfang handelt.

Das Intervall t beginnt mit einem sehr kurzen Zeitabschnitt, in welchem der Sender und der Empfänger sich auf der festen Anfangsfrequenz befinden. Dann kommt die eigentliche Abtastperiode, in deren Verlauf sowohl die Frequenz des Senders als auch diejenige des Empfängers sich z. B. nach einem linearen Gesetz zwischen der Anfangsfrequenz und der Endfrequenz der Abtastung ändern. Im Verlauf dieser Periode stellt der Empfänger -die Änderungen der Feldstärke bzw. des Störabstandes fest und übermittelt über einen Rückmeldekanal dem Sender den Wert derjenigen Frequenz, die im Verlauf der Abtastung die höchste Empfangsamplitude bzw. den größten Störabstand geliefert hat.

Am Ende der Abtastung kehren z. B. Sende- und Empfangsfrequenz für sehr kurze Zeit auf die anfängliche Abtastfrequenz zurück. Sie können aber auch unmittelbar die im Verlauf einer vorherigen Abtastung für die Nachrichtensendung gewählte Arbeitsfrequenz annehmen.

Das Intervall t ist nun beendet. Während des nachfolgenden Intervalls T gehen Sender und Empfänger auf diejenige Arbeitsfrequenz über, die im Verlauf des vorletzten Intervalls t als optimal ermittelt wurde. Der Sender ist über den Wert dieser Frequenz im Verlauf des vorherigen Intervalls T mittels der in Fig. 3 gezeigten Rückmeldeleitung unterrichtet worden. Es wird also jeweils ein Arbeitsintervall T ausgenutzt, um auf der Empfängerseite den Wert der optimalen Frequenz festzustellen, und diesen Wert auf die Senderseite zu übermitteln. Während des nachfolgenden Intervalls T wird dann diese Frequenz benutzt, während zwischen den beiden Intervallen T ein Abtastintervall t liegt, in dem der Wert der Arbeitsfrequenz in dem übernächsten Intervall T festgelegt wird.

In Fig. 3 ist eine Schaltung zur Durchführung dieses Prinzips gezeigt. Der Sender besitzt eine Antenne 1, die von der Endröhre 2, beispielsweise einem »Carcinotron M«, gespeist wird. Diese erhält die zu übermittelnde Nachricht über den Modulator 3. Eine Synchronisiervorrichtung 4 bewirkt die Frequenzmodulation des Carcinotrons 2 gemäß der erfindungsgemäß vorbestimmten Programmfolge. Diese Synchronisiervorrichtung kann in gleicher Weise wie beim Fernsehen für die verschiedenen Abtastungen aufgebaut sein.

Ein Frequenzmessers empfängt vom Empfänger über einen punktiert gezeichneten Rückmeldekanal einen Befehl, der durch Einwirkung auf die Synchronisiereinrichtung die Einstellung des Rückwärtswellenoszillators 2 auf eine bestimmte Frequenz während eines Zeitabschnitts T bewirkt.

Der Empfänger besitzt eine Antenne 6 sowie eine Oszillator- und Mischstufe 7, in der sich als Oszillator ein Carcinotron befindet, und anschließend einen Demodulator 8, der die im empfangenen Signal enthaltene Information auswertet.

Ferner ist erfindungsgemäß am Ausgang des Oszillators mit Mischstufe 7 eine Vorrichtung 9 angeordnet, die zur Messung der Übertragungsgüte als Funktion der Frequenz während des Abtastintervalls t dient. Diese Vorrichtung kann aus einem einfachen Spitzenvoltmeter, bestehen, das die Maximalamplitude sowie den Zeitpunkt ihres Eintretens oder auch die diesem Zeitpunkt entsprechende Modulationsspannung oder unmittelbar die entsprechende Frequenz festhält. Das ist möglich, weil während der Abtastperioden das Änderungsgesetz der Frequenz in Abhängigkeit von der Zeit bzw. von der Modulationsspannung, die ihrerseits Funktion der Zeit ist, bekannt ist. Die Vorrichtung 9 ermittelt die während der Abtastzeit t eintretende optimale Frequenz.

Es kann sich z. B. um ein Spitzenvoltmeter 9 handeln, dem ein beispielsweise elektronischer Zeitmesser 9a zugeordnet ist, der jedesmal, wenn das Voltmeter 9 einen höheren Scheitelwert als vorher mißt, auf Null zurückgestellt wird. Wenn die maximale Scheitelspannung erreicht ist, läuft der Zeitmesser 9a von diesem Zeitpunkt an ohne Unterbrechung bis zum Ende des Intervalls t. Die am Ende dieses Intervalls gemessene Zeit ist also auf Grund des Bekanntseins des Änderungsgesetzes ein Maß für die optimale Frequenz.

Diese Frequenz wird im Frequenzmesser 10 gemessen und mittels einer entsprechenden Verschlüsselungsvorrichtung über den Rückmeldekanal auf den Frequenzmessers gegeben. Die Frequenzmesser5 und 10 wirken gleichzeitig auf die Synchronisiereinrichtungen 4 im Sender und 11 im Empfänger ein. Diese Synchronisiereinrichtungen bewirken eine Synchronisierung zwischen dem Frequenzdurchlauf des Oszillators 7 und der Senderöhre 2. Die Synchronisiereinrichtung 11 hält die Frequenz des Carcinotrons 7 während des gleichen Zeitintervalls fest, in welchem die Synchronisiereinrichtung 4 das Carcinotron 2 des Senders auf einer anderen Frequenz festhält, die sich von der Frequenz des Oszillators im Empfänger um die gewählte Zwischenfrequenz unterscheidet. Die Synchronisiereinrichtungen entsprechen im Prinzip genau denjenigen, die beim Fernsehen zum Gleichlauf zwischen Sender und Empfänger verwendet werden.

Die Synchronisiereinrichtungen 4 und 11 liefern also den Oszillatoren 2 und 7 eine Spannung mit der Form nach Fig. 1. Die beiden Synchronisiereinrichtungen müssen ziemlich genau in Phase sein. Dieser Phasengleichlauf wird in einfacher Weise dadurch erreicht, daß man z. B. jedes Synchronisier-

zeichen durch einen Frequenzteiler, der aus einem Zähler besteht, aus einer Sinuswelle ableitet. Diese reine Sinusschwingung, deren Frequenz sehr stabil ist, wird gleichzeitig im Sender und im Empfänger erzeugt. Der Phasengleichlauf wird auf der Empfangsseite mittels einer Vergleichsvorrichtung wiederhergestellt, deren Wirkung sehr langsam sein kann, da infolge der Frequenzstabilität nur langsame Änderungen vorkommen.

Fig. 4 zeigt Sender und Empfänger einer Verbindung für beide Richtungen, die auf dem gleichen Prinzip beruht. Jede der beiden Stationen besitzt einen Empfänger und einen Sender, wobei der Empfänger für die Verbindung in der einen Richtung und der Sender für diejenige der anderen Richtung dient. Beide Stationen sind in gleicher Weise aufgebaut.

Die eine Station umfaßt einen Sendeteil A und einen Empfangsteil D. Der Sendeteil enthält eine Antenne 15, einen Sender 21, der von einem Modu-Iator31 moduliert wird, eine Synchronisiereinrichtung 41 sowie einen Frequenzmesser 51. Dieser empfängt die Frequenzsteuersignale über den Rückmeldekanal, der hinsichtlich dieser Station die Oszillator- und Mischstufe 71, die von der Antenne 61 gespeist wird, den Demodulator 81, die Frequenzsteuereinrichtung 91, den Frequenzmesser 101 und die Synchronisiereinrichtung 111 umfaßt. Der Demodulator 81 und der Frequenzmesser 51, sind miteinander verbunden, wobei der Demodulator die notwendige Information für den Frequenzmesser liefert. Das gleiche gilt für den Modulator 31, der vom Frequenzmesser 101 gesteuert wird. Die Verbindung in der einen Richtung dient also gleichzeitig als Rückmeldekanal für die Verbindung in der anderen Richtung.

Die zweite Station besteht ebenfalls aus einem Sender C und einem Empfänger B, die in gleicher Weise aufgebaut sind. Ihre Bezugszeichen 16 bis 112 entsprechen den Bezugszeichen der ersten Station und sind jeweils um eine Einheit erhöht.

Das Verhältnis T/t kann in der Größenordnung von 100 liegen, t hat z. B. den Wert 0,002 Sekunden und T den Wert 0,2 Sekunden. Bei der beschriebenen Ausführungsform entspricht dies einer Beibehaltung der gewählten Frequenzen für etwa 0,4 Sekunden. Diese Dauer ist den in der Praxis anzutreffenden Verhältnissen hinsichtlich der Geschwindigkeit der Änderung der Empfangsfeldstärke auf Grund der Troposphärenstreuung angemessen.

Mit Hilfe der Frequenzwahl, welche den günstigsten Übertragungskoeffizienten gewährleistet, kann die Qualität einer gegebenen Verbindung in weitem Maße, z. B. um etwa 20 Dezibel, verbessert werden. Demgemäß kann man für gleiche oder größere Verbindungsgüte weniger kräftige Sender und weniger umfangreiche Antennen verwenden. Die Verringerung der Sendeenergie kann ohne weiteres den Faktor 10 betragen. Man kann also einen Sender von 10 kW durch einen 1-kW-Sender ersetzen, was einen erheblichen Vorteil in der Einrichtung und im Betrieb der Anlage bedeutet. Ebenso kann man den Antennendurchmesser um den Faktor 2 oder 3 herabsetzen, was Raumbedarf und Preis ganz erheblich beeinflußt.

Wie aus Fig. 1 und 2 hervorgeht, wird die Information nur während der Intervalle T übertragen. 6g Zwischen diesen Intervallen liegen sehr kurze Abschnitte, in denen keine Information übertragen wird. Dies bedeutet keinen Nachteil im Falle des Fernsehens und ist auch bei Funksprechverbindungen ohne weiteres zu ertragen.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Die Verbindung besteht in diesem Falle aus einem SenderI und einem Empfängern. Der Sender I enthält einen Oszillator 101 mit großer Abstimmbreite, z. B. einen Rückwärtswellenoszillator, der durch den Modulator 102 frequenzmoduliert wird. Dieser empfängt einerseits von den Niederfrequenzstufen 103 die während der Intervalle T zu übertragende Nachricht. Während der Abtastabschnitte t empfängt er von der Vorrichtung 104 das zur Frequenzverschiebung dienende Sägezahnsignal, das in einem bekannten Taktgeber 105 erzeugt wird. Dieser ist beispielsweise durch einen Quarz stabilisiert. Andererseits hält eine Vorrichtung 106, die von einer Rückmeldeverbindung die nötigen Informationen erhält, die zu benutzenden Frequenzen während der Zeitabschnitte T fest.

Der Empfänger II enthält in bekannter Weise einen Oszillator 201, eine Mischstufe 202, einen Zwischenfrequenzverstärker 203 und einen Demodulator 204. Ein Taktgeber 206 wird vom Taktgeber 105 mit Hilfe von Synchronisiersignalen gesteuert, die vom Sender 101 abgegeben und von der Mischstufe 202 aufgenommen werden. Der Taktgeber 206 erzeugt eine Sägezahnspannung und steuert über die Abtastvorrichtung 209 die Frequenz des Oszillators 201 während der Intervalle /. Eine Vorrichtung 207. die einen Spitzenvoltmeter und einen Zeitmesser umfaßt, mißt während der Intervalle / den Maximalwert der Amplitude des empfangenen Signals und hält den Zeitpunkt fest, in dem diese Amplitude eintritt, d. h., sie stellt die optimale Frequenz fest. Ein Frequenzregler 208 übersetzt diese Zahl in Befehle, die er auf die Abtastvorrichtung 209 des Oszillators 201 überträgt und diesen so während der nachfolgenden Zeitabschnitte T auf die entsprechende Frequenz festlegt. Die durch einen Pfeil angedeutete Rückmeldeverbindung überträgt den gleichen Befehl auf die Vorrichtung 106.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Übertragungsanlage zur Troposphären verbindung mit Ultrakurzwellen, dadurch gekenn zeichnet, daß im Sender und im Empfänger Synchronisiervorrichtungen vorgesehen sind, die den Betrieb in zwei sich abwechselnden Zeitabschnitten bewirken, von denen der jeweils erste und verhältnismäßig kurze Abschnitt (?) zur Synchronabtastung eines bestimmten Frequenzbandes dient und der jeweils zweite Abschnitt (T) für die Nachrichtenübertragung bestimmt ist, sowie daß der Empfänger eine Meßvorrichtung für die Amplitude bzw. den Störabstand des empfangenen Signals im ersten Zeitabschnitt und eine Vorrichtung zur Feststellung derjenigen Frequenz enthält, bei welcher diese Amplitude ihr Maximum erreicht bzw. der Störabstand optimal wird, und daß die betreffende Frequenz über eine Rückmeldeverbindung dem Sender zwecks Benutzung als Übertragungsfrequenz in dem übernächsten oder einem der nachfolgenden zweiten Zeitabschnitte (T) übermittelt wird.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung des Frequenzbandes während des Zeitabschnittes (t) durch ein Sägezahnsignal bewirkt wird.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung aus einem Spitzenvoltmeter und einer Zeitmeßvorrichtung besteht, mit deren Hilfe der Zeitpunkt gemessen werden kann, in welchem die größte Amplitude innerhalb des Zeitabschnitts (t) eintritt.

4. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zeitabschnitt (i) eine Dauer von etwa ¹ZsOo · · ■ Viooo Sekunde und der zweite Zeitabschnitt (T) eine Dauer von etwa ¹Is ... Vio Sekunde hat.

5. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

zeichnet, daß der Sender und der Empfanger je einen elektronischen Taktgeber enthalten, der die Aufeinanderfolge der Zeitabschnitte bestimmt, und daß der Taktgeber des Empfängers über die Funkverbindung vom Taktgeber des Senders gesteuert wird.

6. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über den Rückmeldekanal Sender und Empfänger gleichzeitig während jedes Zeitabschnitts (T) auf eine Frequenz abgestimmt werden, die während eines früheren Zeitabschnitts (t) als optimale Übertragungsfrequenz ermittelt worden ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen