DE19521215A1 - Anordnung zur Übertragung, zur Abstrahlung und zum Empfang von Hochfrequenz-Signalen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Übertragung, zur Abstrahlung und zum Empfang von Hochfrequenz-Signalen, bestehend aus einem an eine Sende- und Empfangseinrichtung angeschlossenen ersten System, das aus voneinander getrennten und in Längsrichtung hintereinander angeordneten Abschnitten eines abstrahlenden Hochfrequenz-Kabels sowie aus einem parallel zu den Abschnitten des Hochfrequenz-Kabels verlaufenden, zur verlustarmen Führung von Informationen geeigneten Signalkabel besteht, bei welcher das Signalkabel an in Abständen angeordneten Koppelstellen mit je zwei nebeneinander liegenden Abschnitten des Hochfrequenz-Kabels in einer zur Führung der Hochfrequenz-Signale geeigneten Art und Weise verbunden ist (Proceedings of the 1st International Conference on Tunnel Control and Communication, 28. bis 30. November 1994, Seiten 181 bis 192).

Derartige Anordnungen mit abstrahlenden Hochfrequenz-Kabeln - im folgenden "AHF-Kabel" genannt - werden beispielsweise im Rahmen von Mobilfunksystemen dort eingesetzt, wo eine Nachrichtenverbindung zwischen einer Feststation und einer ortsveränderlichen Station gewünscht wird. Ein spezielles Einsatzgebiet sind beispielsweise Tunnelstrecken, in denen eine drahtlose Funkübertragung nicht oder nur eingeschränkt möglich ist. Wegen der abstrahlenden Eigenschaft kann an jeder Stelle eines solchen AHF-Kabels Hochfrequenz(HF)-Energie mittels geeigneter Antennen empfangen oder in dasselbe eingekoppelt werden. Durch diese Ausbildung des Außenleiters werden die HF-Signale allerdings stark gedämpft. Bei längeren Tunnelstrecken müssen daher Zwischenverstärker in das AHF-Kabel eingebaut werden, die den einwandfreien Empfang von HF-Signalen entlang der gesamten Übertragungsstrecke gewährleisten.

Bei der bekannten Anordnung nach der eingangs erwähnten Druckschrift "Proceedings . . ." sind derartige Zwischenverstärker nicht erforderlich. Die Abschnitte des AHF-Kabels werden hier in Abständen paarweise mit dem als optisches Kabel ausgeführten Signalkabel verbunden, und zwar unter Zwischenschaltung von elektro/optischen Wandlern. In den Koppelstellen sind außerdem Verstärker untergebracht, durch welche Senden und Empfang der HF-Signale entlang der beiden jeweils angeschlossenen Abschnitten des AHF-Kabels sichergestellt ist. Diese bekannte Anordnung benötigt viele Einzelteile der Übertragungsstrecke und insbesondere viele aktive Komponenten. Eine Beschädigung der Einzelteile oder ein Ausfall von Komponenten führt zu einer empfindlichen Störung der Signalübertragung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte Anordnung so zu gestalten, daß der Ausfall einzelner Teile derselben sich nicht störend bemerkbar macht.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,

• - daß an die Sende- und Empfangseinrichtung parallel zu dem ersten System ein zweites aus Abschnitten eines AHF-Kabels und mit denselben an Koppelstellen verbundenem Signalkabel bestehendes System angeschlossen ist,
• - daß in jedem der beiden Systeme an je zwei nebeneinander liegende Abschnitte des AHF-Kabels an ihren den Koppelstellen abgewandten Enden ein zum Empfang und zur Auswertung eines von der Sende- und Empfangseinrichtung ausgehenden Pilotsignals geeignetes, mit einem Schaltelement ausgerüstetes Sicherheits-Bauteil angeschlossen ist,
• - daß die beiden Systeme in Längsrichtung derart gegeneinander versetzt sind, daß alle Sicherheits- Bauteile des einen Systems zumindest annähernd in gleicher Höhe wie die Koppelstellen des anderen Systems angeordnet sind,
• - daß zwischen jedem Sicherheits-Bauteil des einen Systems und der korrespondierenden Koppelstelle des anderen Systems eine elektrisch leitende Verbindung besteht und
• - daß ein Sicherheits-Bauteil des einen Systems mit einem der angeschlossenen Abschnitte des AHF-Kabels und der korrespondierenden Koppelstelle des anderen Systems jeweils dann durch das Schaltelement elektrisch leitend verbunden wird, wenn das Pilotsignal in dem betreffenden Sicherheits-Bauteil über den anderen angeschlossenen Abschnitt des AHF-Kabels nicht empfangen wird.

In dieser Anordnung werden die Informationen in beiden Systemen jeweils verlustarm im Signalkabel übertragen. Vom Sender kommende Informationen werden an den Koppelstellen mit einstellbarer Leistung in jeweils zwei nebeneinander liegende Abschnitte der AHF-Kabel eingespeist, so daß entlang dieser Abschnitte stets HF-Signale mit ausreichend hohem Pegel empfangen werden können. Die Reichweite der Übertragung kann dadurch ohne den Einsatz von Zwischenverstärkern wesentlich erhöht werden, auch wenn im Verlauf der Übertragungsstrecke mehrere Koppelstellen zwischen den AHF-Kabeln und den Signalkabeln vorhanden sind. Das alles gilt analog auch für in die AHF-Kabel eingespeiste HF-Signale eines Fahrzeugs.

Durch das Pilotsignal und die jeweils zwischen zwei benachbarten Abschnitten der AHF-Kabel angeordneten Sicherheits-Bauteile wird die Funktionsfähigkeit der Übertragungsstrecke außerdem sicherer. Falls aus irgendwelchen Gründen über einen der Abschnitte eines der AHF-Kabel kein Pilotsignal mehr empfangen wird, schaltet das Sicherheits- Bauteil direkt die Verbindung zum benachbarten, noch funktionierenden Abschnitt des AHF-Kabels des jeweils anderen Systems durch. Es entsteht also keine "Versorgungslücke" im Übertragungsweg. Der Bereich des gestörten Abschnitts wird vielmehr weiter mit HF-Signalen versorgt und es können HF-Signale weiter wirksam aufgenommen und weitergeleitet werden. Die Verfügbarkeit der ganzen der bidirektionalen Kommunikation dienenden Anordnung wird durch den Einsatz des zweiten Systems und der Sicherheits-Bauteile sicherer.

Die Wirksamkeit der Anordnung kann dann weiter verbessert werden, wenn für die abstrahlenden Abschnitte ein AHF-Kabel eingesetzt wird, dessen Kabeldämpfung durch abnehmende Koppeldämpfung kompensiert wird. Der Empfangspegel ist entlang eines derartigen Kabels konstant. Ein solches AHF-Kabel ist beispielsweise in der DE 41 06 890 A1 beschrieben. Da die abstrahlenden Abschnitte in jedem System jeweils von den Koppelstellen ausgehen und die Koppelstellen der beiden Systeme etwa um die Länge eines Abschnitts gegeneinander versetzt sind, steht auch im Falle einer Störung in einem System für beide Übertragungsrichtungen immer ein Abschnitt aus einem der Systeme für eine optimale dämpfungsarme Übertragung der HF-Signale zur Verfügung.

Bei Einsatz von bidirektionalen Verstärkern in den Sicherheits-Bauteilen, können die beiden Systeme außerdem für zwei unterschiedliche Frequenzbänder optimiert werden. Es können dann ohne Beeinträchtigung der Übertragung mehr Kanäle des jeweiligen Frequenzbandes bidirektional übertragen werden. So kann über das eine System beispielsweise der Bahnfunk im Bereich von 450 MHz übertragen werden. Das andere System kann für GSM im Bereich von 900 MHz eingesetzt werden. Fehler in einem der beiden Systeme oder auch in beiden Systemen wirken sich nicht wesentlich aus, da Signale des fehlerhaften Systems in parallele Abschnitte des jeweils anderen Systems umgeleitet werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 die Anordnung nach der Erfindung in schematischer Darstellung.

Fig. 2 schematisch einen Ausschnitt aus Fig. 1 in genauerer und vergrößerter Darstellung.

Fig. 3 die Anordnung nach Fig. 2 in ergänzter Form ebenfalls in schematischer und nochmals vergrößerter Darstellung.

Fig. 4 eine andere Darstellungsform der Anordnung nach Fig. 3.

Fig. 5 eine Einzelheit der Anordnung in weiter vergrößerter Darstellung.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung, die der Einfachheit halber nur eine Übertragungsstrecke ohne Einzelheiten zeigt, sind in einem Tunnel T zwei Systeme 1 und 2 zur bidirektionalen Übertragung von Informationen an eine Sende- und Empfangseinrichtung 3 angeschlossen, die mit einer Antenne 4 ausgerüstet sein kann. Jedes der beiden Systeme 1 und 2 besteht aus einem AHF-Kabel 5 und einem parallel zu demselben angeordneten Signalkabel 6. Die beiden Systeme 1 und 2 verlaufen parallel zueinander. Das Signalkabel 6 kann jeweils ein optisches Kabel mit Lichtwellenleitern, ein koaxiales HF-Kabel mit geschlossenem Außenleiter oder auch ein Telefonkabel für Basisbandübertragung sein.

In allen Fällen werden die Informationen verlustarm über das Signalkabel 6 übertragen. Bei Einsatz eines LWL-Kabels müssen in den Koppelstellen zwischen AHF-Kabel 5 und Signalkabel 6 elektro/optische Wandler zwischengeschaltet werden. Diese entfallen bei Verwendung eines HF-Kabels oder eines Telefonkabels als Signalkabel 6. Im folgenden wird statt der Bezeichnung "Signalkabel 6" die Bezeichnung "LWL-Kabel 6" verwendet, stellvertretend auch für das koaxiale HF-Kabel bzw. das Telefonkabel. Die Anordnung ist insgesamt für bidirektionale Kommunikation vorgesehen und ausgelegt.

Das AHF-Kabel 5 ist in beiden Systemen 1 und 2 in Abschnitte 7 unterteilt, so wie es in Fig. 2 zunächst für nur ein System dargestellt ist. Die Abschnitte 7 haben beispielsweise eine Länge von jeweils 850 m. Die Anzahl der Abschnitte 7 richtet sich nach der Länge der Tunnelstrecke. Jeweils zwei Abschnitte 7 sind an Koppelstellen 8 so mit dem LWL-Kabel 6 verbunden, daß HF-Signale in beiden Richtungen übertragen werden können.

Vom Sender S der Sende- und Empfangseinrichtung 3 kommende Informationen werden in den Koppelstellen 8 unter Zwischenschaltung von elektro/optischen Wandlern vom LWL-Kabel 6 in zwei benachbarte Abschnitte 7 des AHF-Kabels 5 eingespeist. Die HF-Signale können dann entlang der beiden Abschnitte 7 mittels einer geeigneten Antenne empfangen werden. Von einem Fahrzeug in die Abschnitte 7 eingespeiste HF-Signale werden in den Koppelstellen 8 über die Wandler in das LWL-Kabel 6 eingekoppelt und von demselben verlustarm zum Empfänger E der Sende- und Empfangseinrichtung 3 übertragen. Neben den Wandlern umfassen die Koppelstellen 8 auch bidirektional wirkende Verstärker mit Filtern zur Trennung der unterschiedlichen Frequenzen beider Übertragungsrichtungen. Bei einer längeren Tunnelstrecke wird - wie bereits erwähnt - eine größere Anzahl von Abschnitten 7 des AHF-Kabels 5 hintereinander angeordnet. Die Anzahl der Koppelstellen 8 erhöht sich dementsprechend.

In den Koppelstellen 8 wird beispielsweise an einen im LWL-Kabel 6 enthaltenen LWL ein zum Wandler führendes Verbindungsstück angeschlossen. Das kann beispielsweise mit Steckern oder Schmelzkopplern oder auf jede andere geeignete Art und Weise durchgeführt werden. Der Wandler wird elektrisch leitend mit den in der jeweiligen Koppelstelle 8 endenden Abschnitten 7 des AHF-Kabels 5 verbunden. Grundsätzlich kann zu jeder Koppelstelle 8 bzw. zu deren Wandler auch ein eigener LWL eines entsprechend ausgerüsteten LWL-Kabels 6 geführt werden. Wenn statt des LWL-Kabels 6 ein HF-Kabel verwendet wird, dann können in den Koppelstellen 8 beispielsweise als 3dB-Koppler ausgebildete Leistungsteiler über HF-Stecker an das aufgetrennte HF-Kabel einerseits und die beiden Abschnitte 7 des AHF-Kabels 5 andererseits angeschlossen werden. Bei Einsatz eines Telefonkabels für Basisbandübertragung als Signalkabel 6 müssen in den Koppelstellen 8 Frequenzumsetzer eingesetzt werden. Zweckmäßig werden die Koppelstellen 8 so ausgelegt, daß in allen Koppelstellen eines Systems etwa die gleiche Leistung ausgekoppelt wird.

An den den Koppelstellen 8 abgewandten Enden der Abschnitte 7 des AHF-Kabels 5 sind jeweils zwischen zwei benachbarten Abschnitten 7 Sicherheits-Bauteile 9 eingeschaltet. Sie dienen der Überwachung und gegebenenfalls zur Wiederherstellung der Funktionsfähigkeit der gesamten Anordnung.

Die beiden Systeme 1 und 2 sind - wie bereits erwähnt - pa­ rallel zueinander angeordnet. Das ist ausschnittsweise in Fig. 3 dargestellt. Die einzelnen Teile der beiden Systeme 1 und 2 mit gleicher Funktion sind mit dem Zusatz "1" bzw. "2" gekennzeichnet. Die abstrahlenden Abschnitte 7 der beiden Systeme 1 und 2 sind also beispielsweise mit 7.1 und 7.2 bezeichnet. Die Koppelstellen 8.1 und 8.2 der beiden Systeme 1 und 2 sowie deren Sicherheits-Bauteile 9.1 und 9.2 sind in Längsrichtung der Anordnung etwa um die Länge eines Abschnitts 7 verschoben. Es liegt dann gemäß Fig. 3 jeweils eine Koppelstelle 8.1 des Systems 1 etwa in gleicher Höhe wie ein Sicherheits-Bauteil 9.2 des Systems 2 und umgekehrt. Zwischen den so korrespondierenden Koppelstellen 8.1 bzw. 8.2 und Sicherheits-Bauteilen 9.1 und 9.2 sind elektrisch leitende Verbindungen 10 angebracht, die im Bedarfsfall durchgeschaltet werden können.

Jedes Sicherheits-Bauteil 9.1 bzw. 9.2 hat dazu gemäß Fig. 5 ein Schaltelement 11 für mehrere Schaltfunktionen. Es weist außerdem neben anderen Funktionselementen zwei Empfänger E, mindestens eine Auswerteeinheit A und einen in beiden Übertragungsrichtungen wirksamen Verstärker 12 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedem Empfänger E eine Auswerteeinheit A zugeordnet. Die Empfänger E dienen zum Empfang eines Pilotsignals, das vom Sender S der Sende- und Empfangseinrichtung 3 ständig in die LWL-Kabel 6.1 bzw. 6.2 eingespeist wird. Es kann sich um handelsübliche Empfänger handeln. Das Ausgangssignal der Empfänger E wird von der Auswerteeinheit A ausgewertet und verarbeitet. Die Auswerteeinheit A ist dazu mit einem Entscheider und einer Logik ausgerüstet. Das Schaltelement 11, das mechanisch oder elektronisch ausgeführt sein kann, ist solange geöffnet, wie die Anordnung störungsfrei arbeitet. Die Sicherheits-Bauteile und die Koppelstellen der beiden Systeme 1 und 2 sind dann nicht elektrisch leitend miteinander verbunden. Bei geöffnetem Schaltelement 11 sind die Sicherheits-Bauteile auch für die auf den Abschnitten 7 der AHF-Kabel 5 geführten HF-Signale gesperrt.

Wenn das Pilotsignal in einem Empfänger E eines Sicherheits- Bauteils 9.1 bzw. 9.2 ausfällt, wird das von der zugehörigen Auswerteeinheit A erkannt. Das Pilotsignal kann beispielsweise bei einer Störung in einer Koppelstelle 8.1 oder bei einer Beschädigung eines Abschnitts 7.1 des AHF-Kabels ausfallen. Von dem entsprechenden Abschnitt des AHF-Kabels kann dann kein HF-Signal mehr empfangen werden und es kann auch kein HF-Signal weitergeleitet werden. Durch die Auswerteeinheit A wird in diesem Fall sofort das Schaltelement 11 des zugehörigen Sicherheits-Bauteils 9.1 geschlossen, so daß eine leitende Verbindung zwischen diesem Sicherheits-Bauteil 9.1 und dem anderen an dasselbe angeschlossenen Abschnitt 7.1 einerseits sowie der korrespondierenden Koppelstelle 8.2 des Systems 2 andererseits hergestellt wird.

Die Anordnung mit den beiden Systemen 1 und 2 kann in einem Frequenz band aber auch in zwei unterschiedlichen Frequenzbändern betrieben werden. So kann beispielsweise das System 1 für Bahnfunk im Bereich von 450 MHz eingesetzt werden, während das System 2 für GSM in Bereich von 900 MHz verwendet wird. Die gegebenenfalls in den Sicherheits- Bauteilen 9 vorhandenen Verstärker 12 wären entsprechend zu bemessen.

Die Funktionsweise der Anordnung im Falle eines Fehlers wird im folgenden anhand von Fig. 4 beispielsweise erläutert:
Es sei angenommen, daß die Koppelstelle X2 des Systems 2 mit den beiden angeschlossenen Abschnitten Y2 aus irgendwelchen Gründen defekt ist. In den beiden zugehörigen Sicherheits- Bauteilen 9.2 wird daher das Pilotsignal der Sende- und Empfangseinrichtung 3 nicht mehr empfangen. Das wird von deren Auswerteeinheiten A erkannt. Daraufhin werden mittels der Schaltelemente 11 die elektrischen Verbindungen 10 zu den korrespondierenden Koppelstellen X1 des Systems 1 durchgeschaltet. Außerdem wird eine für die HF-Signale durchlässige Verbindung zu den angrenzenden Abschnitten Z2 hergestellt. Die an die Koppelstellen X1 angeschlossenen Abschnitte Y1 des Systems 1 übernehmen dadurch zusätzlich die Funktion der defekten Abschnitte Y2 des Systems 2. Es entsteht in diesem Bereich der Übertragungsstrecke keine Versorgungslücke. Die HF-Signale des Systems 2 werden vielmehr entsprechend den eingezeichneten Pfeilen über die Sicherheits- Bauteile 9.2, die Verbindungen 10 und die Koppelstellen X1 in die Abschnitte Y1 eingespeist. Empfangene Signale werden auf dem entgegengesetzten Weg, also in Gegenrichtung zu den eingezeichneten Pfeilen, geführt.

Die Funktion der Anordnung kann dann weiter verbessert werden, wenn für die abstrahlenden Abschnitte 7 ein AHF-Kabel verwendet wird, dessen Kabeldämpfung durch vom Einspeisepunkt aus abnehmende Koppeldämpfung kompensiert wird. Entlang eines derartigen Kabels ist der Empfangspegel konstant. Ein solches AHF-Kabel geht beispielsweise aus der DE 41 06 890 A1 hervor. Die Länge der Abschnitte 7 kann bei Verwendung eines solchen AHF-Kabels vergrößert werden und die Systemdynamik wird geringer.

Die Auswerteeinheit A jedes Sicherheits-Bauteils 9.1 bzw. 9.2 kann während des Betriebs der Anordnung ständig Signale an die Sende- und Empfangseinrichtung 3 senden, in welcher dadurch die Funktionsfähigkeit der Anordnung überwacht werden kann. Ein Fehler in der Übertragungsstrecke wird dort direkt erkannt. Es kann gegebenenfalls auch ein Alarmsignal ausgelöst werden. Dadurch ist sichergestellt, daß der Fehler in kürzester Zeit beseitigt werden kann.

Claims (6)

1. Anordnung zur Übertragung, zur Abstrahlung und zum Empfang von Hochfrequenz-Signalen, bestehend aus einem an eine Sende- und Empfangseinrichtung angeschlossenen ersten System, das aus voneinander getrennten und in Längsrichtung hintereinander angeordneten Abschnitten eines abstrahlenden Hochfrequenz-Kabels sowie aus einem parallel zu den Abschnitten des Hochfrequenz-Kabels verlaufenden, zur verlustarmen Führung von Informationen geeigneten Signalkabel besteht, bei welcher das Signalkabel an in Abständen angeordneten Koppelstellen mit je zwei nebeneinander liegenden Abschnitten des Hochfrequenz-Kabels in einer zur Führung der Hochfrequenz-Signale geeigneten Art und Weise verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß an die Sende- und Empfangseinrichtung (3) parallel zu dem ersten System (1) ein zweites aus Abschnitten (7) eines abstrahlenden Hochfrequenz- Kabels (5) und mit denselben an Koppelstellen (8) verbundenem Signalkabel (6) bestehendes System (2) angeschlossen ist,
• - daß in jedem der beiden Systeme (1, 2) an je zwei nebeneinander liegende Abschnitte (7) des Hochfrequenz-Kabels (5) an ihren den Koppelstellen (8) abgewandten Enden ein zum Empfang und zur Auswertung eines von der Sende- und Empfangseinrichtung (3) ausgehenden Pilotsignals geeignetes, mit einem Schaltelement (11) ausgerüstetes Sicherheits-Bauteil (9) angeschlossen ist,
• - daß die beiden Systeme (1, 2) in Längsrichtung derart gegeneinander versetzt sind, daß alle Sicherheits- Bauteile (9) das einen Systems zumindest annähernd in gleicher Höhe wie die Koppelstellen (8) des anderen Systems angeordnet sind,
• - daß zwischen jedem Sicherheits-Bauteil (9) des einen Systems und der korrespondierenden Koppelstelle (8) des anderen Systems eine elektrisch leitende Verbindung (10) besteht und
• - daß ein Sicherheits-Bauteil (9) des einen Systems mit einem der angeschlossenen Abschnitte (7) des Hochfrequenz-Kabels (5) und mit der korrespondierenden Koppelstelle (8) des anderen Systems jeweils dann durch das Schaltelement (11) elektrisch leitend verbunden wird, wenn das Pilotsignal in dem betreffenden Sicherheits-Bauteil (9) über den anderen angeschlossenen Abschnitt (7) des Hochfrequenz-Kabels (5) nicht empfangen wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die abstrahlenden Abschnitte (7) beider Systeme (1, 2) ein abstrahlendes Hochfrequenz-Kabel (5) eingesetzt wird, dessen Kabeldämpfung durch abnehmende Koppeldämpfung kompensiert ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Sicherheits-Bauteilen (9) in beiden Übertragungsrichtungen wirksame Verstärker (12) angeordnet sind.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Signalkabel (6) als optisches Kabel mit Lichtwellenleitern ausgebildet ist, das an den Koppelstellen (8) über elektro/optische Wandler mit den Abschnitten (7) des Hochfrequenz-Kabels (5) verbunden ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Signalkabel (6) als koaxiales Hochfrequenz-Kabel ausgebildet ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Signalkabel (6) als Telefonkabel für Basisbandübertragung ausgebildet ist.