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Nachrichtenübertragungssystem Die Erfindung bezieht sich auf elli
Nachrichtenübertragungssystem mit einer Zentralstation und einer größeren Aiizaiii
von Einzelstationen, die über die Zentralstation wahlweise miteinander in Verbindung
stehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Nachrichtenübertragungssystem
zu schaffen, bei dem unter Verwendung einer relativ hoch gelegenen Zentralstation
frei wählbare Na.hrichtenverbindungen zwischen einer größeren Anzahl von Bodenstationen
möglich sind. Dabei soll zusätzlich sichergestellt sein, daß beim Auftreten von
störenden Sendern im Bodenbeteich die Störung des Gesamtsystems in einem erträglichen
Rahmen verbleibt Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in der
Zentralstation ein Sende-Empfangsgerät vorgesehen ist, von dem der Empfänger über
eine um die Bezugsachse des Systems rotierende Itich-tantenne periodisch auf die
im örtlichen Bereich gelegenen Einzeistationen zeitlich nacheinander aufschaltbar
ist, daß in den Einzelstationen Sende-Empfangsgeräte vorgesehen sind, deren Sender
voræugseise über eine Richtantenne mit der Fmpfangsantenne der Zentralstation in
dem kurzen Aufrufintervall in Verbindung stehen und die zwischenzeitlich bei ihnen
angefallene und gespeicherte an die Zentralstation weiterzugebende Information in
Form einer zeitlich komprimierten Information übermitteln, und daß in der Zentralstation
als Sendeantenne eine Rundstrahiantenno und/oder die auch für den Empfang benutzte
Richtantenne vorgesehen ist, über die von
Einzelstationen zeitlich
versetzt ankommende Informationen' in den örtlichen Gesamtbereich, gegebenenfalls
frequenzversetzt, ausgestrahlt werden, unterZwischenschaltung von die zeitliche
Komprimierung rückgängig machenden Mitteln in der Zentralstation und/oder in der
jeweils bestimmungsgemäßen Einzel station.
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Vorteilhaft wird jeder seitlich komprimierten Information eine Bestimmungsadresse
zugeordnet, insbesondere voreordnet Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn in der Zentralstation
ein Bakensignalsender vorgesehen ist, der der Einstellung insbesondere der Antenne
und der Pegelverhältrisse der vorschiedenen Einzel stationen auf die Zentralstation
dient und vorzugsweise über die Rundstrahlantenne abstrahlt. Für das Bakensignal
empfiehlt sich ein impulsmoduliertes Signal, wobei die Impulsmodulation auch durch
Phasenumtastung des dauernd gesendeten Bakensignals übertragen werden kann.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn zusätzlich ein Aufrufsignalsender i;l
der Zentralstation vorgesehen ist, der vorzugsweise über die Empfangsrichtantenne
der Zentralstation abstrahlt und je'i(iLs die Informationen der Einzelstationen
entsprechend der umlaufenden Abtastrichtung zeitlich versetzt abruft. Für dieses
Aufrufsignal kann der gleiche Träger wie für das Bakensignal vorgesehen werden.
In diesem Fell ist das Bakensignal mit einer dem Aufrufsignal entsprechenden Information
zu modulieren, wobei daran gedacht ist, den durch einen Umlauf der Richtantenne
gewonnenen Zeitabschnitt wie einen Zeitmultiplexrahmen zu behandeln, dessen einzelne
Kanäle durch kleine Winkelsektoren gebildet werden, die eine entsprechende Kennziffer
zugeordnet erhalten, die charakteristisch für das Aufrufsignal des einzelnen Winkelsektors
ist.
Empfängt dann beispielsweise eine Bodenstation die Aufrufsignale aus mehreren benachbarten
Winkelbereichen, beispielstteise weil sie sich im Nahfeld der Zentralstation befindet,
so kann sic sich den jeweils nächsten frcien Winkel sektor bz". den jeweils nächsten
freien Zeitabschnitt im Zeitmultiplexrahmen für die Abwicklung der Verbindung reservieren.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn durch eine Verknüpfung von Bakensignal und Aufrufsignal
ein Verschlüsselungssignal für die spezifische Aufrufung der Einzelstationen gebildet
ist.
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Als in dem System zu verwendende Modulationsart hat sich für die Zwecke
der Erfindung besonders die Pulsmodulation, insbesondere Pulscodemodulation und
Pulsdeltamodulation, erwiesen, vorzugsweise in Form eines verschlüsselten Signals.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen schematisch
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert: Die Fig. 1 zeigt ein Übersichtsbild
über ein Nachrichtenübertragungssystem nach der Erfindung; die Fig. 2 zeigt ein
Blockschaltbild für die Zentralstation, und die Fig. 3 ein Blockschaltbild für eine
Boden - bzw. Binselstation.
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Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, befindet sich über dem Erdboden beispielsweise
in einer Höhe von etwa 100 m die Zentralstation 1, die mit einer in Richtung auf
den Erdboden ausgerichteten Rundstrahlantenne 2- und einer um die Vertikale rotierende
Richtantenne 3 vorsehen ist0 bls Rundstrahlantenne
dient beispielsweise
ein Konusreflektor, der mittels eines Parabolspiegels - wie dargestellt - angestrahlt
wird0 Als Richtantenne dient ein ellipsoidförmiger Ausschnitt aus einem Paraboloid,
der mit einem Hornstrahler als Primärstrahler versehen ist. Die Zentralstation wird
beispielsweise mittels eines Ballons 4 in der Höhe gehalten, in Verbindung mit einem
Halteseil 6, dem ein Stromzuführungskabel zugeordnet ist.
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Das Halte seil ist beispielsweise an einem Lastwagen 5 verankert,
was dadurch möglich ist, daß die Zentralstation im allgemeinen ein relativ geringes
Gewicht, beispielsweise von 50 bis 100 kg,und demzufolge der Ballon keinen wesentlich
höheren uftrieb hat. Der Lastwagen 5 enthält auch aie Stromerzeugungsaggregate,
so daß die Zentralstation 1 I.!it ihrem Zubehör beliebig im Gelände veralendbar
ist, vor allem auch hinsichtlich der jeweiligen Betriebshöhe einstellbar0 Mit dieser
Zentralstation können .innerhalb des von der Rundstrahlantenne strahlungsmäßig bedeckten
Empfangsbereichs Einzelstationen bzw. Bodenstationen versehen werden. In der Fig.
1 sind hierfür die Bodenstationen A, B und C angenommen. Die Bodenstation A ist
beispielsweise ein Fahrzeug 7 mit einer auf die Zentralstation 1 ausgerichteten
Richtantenne in Form eines Parabolspiegels mit Hornstrahler als Primärstrahler.
Der zugehörige radiofrequente Verbindungsweg zwischen A und der Zentralstation 1
ist mit 15 bezeichnet. Die Bodenstation B ist ebenfalls ein Fahrzeug, das mit 12
bezeichnet ist und eine Richtantenne 11 hat, die analog auf die Zentralstation ausgerichtet
wurde. Der zugehörige Verbindungsweg trägt die Bezugsziffer 16. Eine weitere Bodenstation
ist stationär auf einem Äntennenturm 10 vorgesehen und hat die Richtantenne 9.
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Die Richtantenne soll eine Strahlungsoharakteristik nach Art der bei
Radarantennen bekannten cosec2- Funktion haben, d.h. die Antenne stellt sicher,
daß oie Feldstärke im Nehfeldbereich
nicht wesentlich höher ist
als im Feinbereich bei gleichzeitig relativ schmalen Strahlungsdiagrc-:mm, , bezogen
auf den durch die Bodenflächen bestimmten Winkelbereich.
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Die Wirkungsweise diese-s NachrichtenübertraguniJssystems ist wie
folgt: Über die Rundstrahlantenne wird ein Bakensignal in den gesamten Empfangsbereich
ausgestrahlt. Dadurch ist es möglich, daß sich die Einzel stationen A, B und C und
weitere nicht dargestellte Stationen auf die Zentralstation ausrichten und hinsichtlich
ihrer Pegelverhältnisse einstellen lassen. Sind die Einzel stationen eingestellt
und rotiert die Richtantenne der Zentralstation, so können die! gewünschten Verbindungen
hergestellt werden. Die RichtanGenne 3 sendet bei ihrem Umlauf für jeden kleinen
Winkelbereich eine charakteristische Kennziffer aus. Die Breite dieses Winkelbereichs
kann beispielsweise zwischen 29 unil 50 liegen, jedoch auch hiervon abweichend gewählt
werden. Die hierdurch sich ergebenden Winkellagen, bei denen dieses sogenannte Äufrufsignal
gesendet wird, sind in.-der Fig. 1 mit n, n+1, n+2, ...n+m angedeutet. Die Aufrufziffer
kann vor allem ein Signal in Form einer Binärzahl- sein. Ermittelt beispielsweise
die Einzelstation A, die e::ne Verbindung zur Einzelstation B wünscht, ihr zugehöriges
Aufrufsignal n, so sendet sie ihre Information während der kurzen Verbindungseeit
zwischen A und der Zentralstation 1 zu der Zentralstation. Diese Zeit ist relativ
kurz, auch wenn die Richtantenne relativ langsam, beispielsweise mit einiBen-100
Umdrehungen pro Minute rotiert. Dic von A zu sendende Information wird zunächst
in A gcspeichert und dann zeitlich stark komprimiert und während der kurzen Verbindungszeit
an die Zentralstation 1 gegeben. Der Information wird dabei in A die Bestimmungsadresse
B vorgeordnet. In der Zentralstation 1
wird dieses von A empfangene
Signal gegebenenfalls'nach Entzerrung oder Regenerierung über die Rund@trahlantenne
2 ausgesendet und gelangt somit zu sämtlichen Bodenstationen.
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Die bestimmungsgemäße Station B wird jedoch wegen der vorgeordneten
Aderesseninformation unmittelbar angesprochem und nimmt die zeitlich kom-primierte
Information auf. In B wird die zeitliche Komprimierung rückgängig gemacht und die
Information an den entsprechenden an 3 angeschlossenen Teilnehmer abgegeben. Die
Verbindung der Gegenrichtung (B nach A) wird in gleicher Weise hergestellt. Sowohl
bei A als auch bei B oder C braucht dabei nicht nur ein einzelner Telefoniekanäl
oder Telegrafiekanal vorzuliegen, sondern es können dort auch mehrere Kanäle zusammengefaßt
sein. A, B oder C können demzufolge für sich wieder Vermittlungsstationen sein,
die in üblicher Weise ihre Teilnehmer versorgen.
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Die Auflösung der zeitlichen Komprimierung muß nicht zwingend in der
empfangsseitigen Bodenstation erfolgen,-sondern kann auch teilweise oder allein
in der Zentralstation 1 geschehen. In diesem Fall ist in der Zentralstation 1 das
empfangene, aus den Signalen der winkelversetzt abgetasteten Einzelstationen gebildete
Zeitmultiplexsignal zur Aussendung z.B. in ein entsprechendes Frequenz- oder Codemultiplexsignal
umzusetzen.
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Die Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild der Zentralstation 1 für den
Fall, daß die zeitliche Dehnung der Information ausschließlich in der empfangsseitigen
Bodenstation vorgenommen wird, also in der Zentralatation entfällt. Die Zentralstation
hat einen für alle hochfrequenten Schwingungen gemeinsamen Hochfrequenzgenerator
vorzugsweise hoher Frequenzstabilität, wie z.B. einen quarzstabilisierten Oszillator
17. Der Oszillator 17 speist den eigentlichen Sender 18, an dessen Ausgang übe eine
Gabelsehaltung 19 die Rundstrahlantenne 2 angeschaltet
ist. Die
Gabelschaltung 19 dient der Zusammenführung des Ausgangssignals des Senders 18 mit
dem des Bake;1senders 20.
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Die Frequenz des Bakensenders unterscheidet sich von der für die Informationsübertragung
vorgesehenen radiofrequenten Schwingung. Für eine Ausführungsform der Erfindung
wurde für den Sender 18 eine Frequenz von 10 GEz und für den Bakenender 20 eine
Frequenz von 10,1 GHz in Betracht gezogen0 Das vom Bakensender 20 in die Gabelschaltung
19 eingespeiste Signal ist eine hinsichtlich ihrer Amplitude konstante Radiofrequenzschwingung,
die jedoch in ihrer Phase mit einem bestimmten Code moduliert sein kann, um dieses
Bakensignal in den Bodenstationen gegen Störungen durch einen Dauerstrich.
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sender oder dergl. unterscheidbar zu machen. Dieser Code ist damit
eine Art Kennsignal für die jeweilige Zentralstation.
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Vom Generator 17 wird der Bakensender 20 mitgesteuert.
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Der Aufrufsender 21, der ebenfalls von 17 radiofrequent versorgt wird,
gibt eine Aufrufinformation im Sinne der Inforination n, n+1 ... n+m beim Umlaufen
der Richtantenne 3 abO Diese Information wird vom Antennenantrieb 3' abgeleitet
und dem Aufrufsender 21 zugeführt zur Modulation des von 21 abgegebenen Signals.
Dieses gegen die Radiofrequenz von 20 vorzugsweise gering frequenzversetztoAufrufsignal
gelangt über die Antennenweiche 22 zur Richtantenne 3 und wird über diese ausgesendet.
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Die über die Richtantenne 3 empfangenen Signale gelangen über die
Antennenweiche 22 zum eigentlichen Radiofrequenzempfänger 23. An den Radiofrequenzempfänger
23 schießt sich beim Ausführungsbeispiel ein Regenerator 24 an, da für das Ausführungsbeispiel
angenommen ist, daß die zu übertragende Information mittels Pulseodemodulation übermittolt
wird. Die über 24 regenerierte Pulsfolge gelangt als Modulation zum Sender 18 und
über die Antennenweiche 19 zur Rundstrahlantenne
2. Zusätzlich
kann gegebenenfalls vom Fmpiänger 23 eine Frequenzfeinnachregelung 25 für den an
sich frequenzstabilet Oszillator 17 auf die Frequenz einer als Bezug dienenden Bodenstation
vorgesehen werden. Die Empfangsfrequenz der über die Richtantenne 3 aufzunehmenden
Signale unterscheidet sich im Regelfall um einen vorzugsweise geringen Frequenzwert
wie 50 MHz von der Sendefrequenz des Senders 18, wenn dieser im Bereich um 10 GHz
arbeitet.
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Bei dem in der Fig. 3 dargestellten Blockschaltbild einer Bodenstation
ist eine Richtantenne 8 vorgesehen. An die Richtantenne 8 ist über eine Antennenweiche
26 sowohl der Bodenstationssender 27 als auch der für die Informationsauf:aabme
bestimmte Empfänger 28 der Bodenstation angeschaltet. Zusätzlich ist noch ein Bakensignalempfänger
29 an die Antennenweice 26 angeschaltet Für die Bodenstation ist angenommen, daß
nur ein Teilnehmer mit einer Sprechmöglichkeit Tn und einer Hörmöglichkeit Tn' vorgesehen
ist. Das über die Sprechmöglichkeit Tn gewonnene Analogsignal wird in einem Analog-Digital-Umsetzer
3Q in ein Digitalsignal, insbesondere in ein Fulscodesignal in afp sich bekannter
Weise umgesetzt. Die über den Empfänger ankommenden Zeichen werden in einem Digital-Analog-Wandler
31 in ein Analogsignal umgewandelt.
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Zum Ruf der gewünschten Gegenstation ist ein Teilnehmerwähler 32 vorgesehen,
der bei seiner Betätigung ein der bestimmten Adresse entsprechendes Signal abgibt.
dieses Signal wird in einen Pufferspeicher 33 eingegeben, und zwar zeitlich vorgeordnet
ror der eigentlichen Information, die von 30 her als Binärsignalfolge im Pufferspeicher
33 eingeschrieben wird. Kommt die Verbindung zwischen der betrachteten Bodenstation
und der Zentralstation 1 zustande, so wird mittels eines wesentlich schneller als
der Umlaufverteiler 34 umlaufenden Abtasters 35 die im Pufferspeicher 93 gespeicherte
Information an den Sender 27 abgegeben und von diesem über die Antennenweiche 26
und die Antenne 8 zur Zentralstation 1 gesendet. Die von 8 empfangenen entsprechend
zeitlich komprimierten
Empfangssignale werden zufolge der Auswertung
in dem Adre-ssendecoder 36 daraufhin überprüft, ob sie für diese Bodenstation bestimmt
sind oder nicht. Ist diese Bestimmung gegeben, so gibt der Adressendecoder 36 den
Umlaufverteiler 37 frei, der die zeitlich komprimierte Binärinformation in den Pufferspeicher
38 eingibt. Von diesem kann sie dann mit wesentlich geringerer Abtastgeschwindigkeit
über den Abtaster 39 für den Digital-Analog-Wandler 31 aufgenommen werden. Hinsichtlich
der Umlauf- bzw. Abtastgeschwindigkeiten ist folgendes zu beachten: Nimmt man beispielsweise
an, daß die nalog-Digital-Umwandlung in 30 mit einer Abtastfrequenz von 8 kH erfolgt,
so werden von der Analogspannung Abtasiproben im Zeitabstand von 125/us abgeleitet
Beträgt dieverbindungszeit zwishen der Bodenstation und der Zentralstation bei einem
Umlauf etwa 100/us und ist die Verbindung periodisch alle 100 ms vorhanden, so müssen
allc bit, die in der Zeit von 100 ms anfallen, und zwar inklusive der Ädresseninfo:cmation,
gegebenenfalls mit zusätzlicher Redundanz zur Erhöhung der Sicherheit, in den enjähnten
100/us durch den Abtaster 35 aus dem Pufferspeicher 33 ausgelesen werden. Iür dieses
Zahlenbeispiel ist es also lediglich erforderlich, sicherzustellen, daß der Umlaufverteiler
34 die einzelnen bit aus einem Zeitintervall, das jeweils einem Antennenumlauf entspricht,
beim Beispiel also 100 ms, in den hierfür ausreichend zu bemessenden Pufferspeicher
einschreiben kann, unddaß der Abtaster 35 so schnell umläuft, daß er alle diese
bit mit guter Sicherheit in den 100/us ausliest. Für die entsprechenden Verteiler
37, 39 in Verbindung mit dem Pufferspeicher 38 gilt diese Bedingung entsprechend.
Beim Blockschaltbild der Fig. 3 ist auch noch die Auswertung des Bakensignals angedeutet.
Es geschieht dies durch den Empfang des Bkensignals im Empfänger 29, von dessen
Ausgang über einen Richtungsdetektor 40 ein Signal für die automatitische
Antennennachführung
41 abgeleitet wird. Es kann dies eine an sich bekannte Minium-Maximum-Peilung sein
oder ein entsprechendes Monopulsverfahren. Des weiteren wird vom Empfänger 29 eine
Decodicrschaltung 42 für das Aufrufsignal gespeist, das den Abtaster 35 steuert,
damit dieser in der kurzen Verbindungszeit zwischen Bodenstation und Zeni;ralstation
seinen raschen Umlauf vollzieht. Der Taktimpuls flir die Aufiufdecodierschaltung
42 wird von einer stationseigenen Ablaufsteu erung bzw. einem entsprechenden Taktgenerator
43 gesteuert der zugleich den Analog-Digital-Umsetzer 3(3 und den Digital-Analog-Umsetzer
31 speist ebenso wie die Pufferspeicher 539 38 und die Umlaufverteiler 34 und 390
Ist im Einzelfall eine Verschlüsselung der zu übertragenden Informationen erforderlich,
so kann mit Vorteil der VerschlüflIer dem Analog-Digital-Umsetzer 3Q zu- insbesondere
nachgeordnet und der Entschlüßler dem Digital-Analog-Umsetzer 31 zu- insbesondere
vorgeordnet werden, Weiterhin emp-Rehlt es sich, von der Einzelstation nur das zur
Zentralstation 1 zu senden, wenn der angeschlossene Teilnehmer tatsächlich spricht.
Diese Technik ist an sich bekannt und wird mit "voice-activated"-Übertragung bezeichnet.
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Anstelle des in Fig. 1 gezeigten Bellons kann mit Vorteil auch ein
Turm oder ein frei oder gefesselt fliegender Hubschrauber vorgesehen werden. Bei
Verwendung eines Hubschraubers kann mit Vorteil in einen Rotorflügel das Richtantenne
mit eingebaut werden, z.B. ..n Form einer Schlitzantennen- oder Dipolantennenkombination.
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3 Figuren 7 PatentansprUche