DE1953207A1

DE1953207A1 - Mehrkanal-Multiplex-UEbertragungssystem

Info

Publication number: DE1953207A1
Application number: DE19691953207
Authority: DE
Inventors: Charles Greenwald
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1968-10-25
Filing date: 1969-10-22
Publication date: 1970-06-04
Also published as: FR2021577A1; DE1953207C3; JPS5012855B1; US3553380A; DE1953207B2

Description

Patentanwalt

Stuttgart - Feuerbach

Kurze Straße 8 -

C. Greenwald

INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, 320 Park Avenue,

NEW YORK 22, N.Y., USA.

Mehrkanal-Multiplex-Ubertragungssystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein Mehrkanal-Multiplex-Überträgungssystem mit einer Anzahl von Signalquellen, einer ersten Anordnung, die an diese Signalquellen angeschlossen ist, um ebensoviele Zwischenfrequenz-Multiplexsignale zu erzeugen, von denen jedes einer der Signalquellen zur Modulation durch ein Nachrichtensignal zugeordnet ist, wenn ein solches am Ausgang der jeweiligen Signalquelle vorhanden ist, und einer zweiten Anordnung zur Leistungsverstärkung für die Übertragung,

Bei den bekannten Mehrkanalübertragungssystemen ist es üblich, aus der Mehrkanalinformation ein Multiplexsignal im Basisband zu bilden. Dieses Tonfrequenz-Multiplexsignal wird dann in den Zwischenfrequenzbereich aufwärtsgemischt und das Zwischenfrequenz-Multiplexsignal in den gewünschten Hochfrequenzbereich verlagert. Aufgrund des Vorhandenseins dieser Menge von Geräten in den bisherigen Mehrkanalübertragungssystemen erhöht sich die Wahrscheinlichkeit der Bauelementeausfälle, .wodurch die Zuverlässigkeit des Systems herabgesetzt wird.

Darüberhinaus ist in den bekannten Multiplex-Mehrkanal-Nachrichtensystemen die Sendeleistung, die vom Leistungsverstärker geliefert wird, auf alle Kanäle des Multiplexsignales verteilt, unabhängig

009823/12 34

20. Oktober I969

ple/kra. - 2 -

C. Greenwald 3 - 2 -

davon, ob diese Kanäle in Betrieb sind, d.h., ob sie Modulation beinhalten oder nicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Multiplexsystem vorzusehen, welches für das Nachrichtenübertragungssystem größere eigene Zuverlässigkeit aufweist als mit der oben erwähnten bekannten Weise, Multiplexsignale zu bilden, erreichbar ist.

Eine andere, der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine automatische Verteilung der verfügbaren Leistung der Leistungsstufe nur auf die in Betrieb befindlichen (modulierten) Kanäle des Multiplexsignales zu bewirken, sodaß sich eine erhöhte Leistung für das Nachrichtensystem ergibt.

Eine weitere, der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Hochfrequenz-Multiplexsystem vorzusehen, indem die Bildung des Multiplexsignales im Zwischenfrequenzbereich vorgenommen wird, sodaß die Abstands- oder Frequenzdiversity-Ubertragung dieser Multiplexsignale möglich ist.

Eine weitere, der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Zwischenfrequenz-Multiplexsystem vorzusehen, bei dem eine automatische Verteilung der verfügbaren übertragenen Leistung nur auf die aktiven Kanäle erfolgt, sodaß sich für das Nachrichtensystem eine erhöhte Leistung, d.h. bei der Übertragung mehrerer Kanäle eine größere effektiv ausgestrahlte Leistung pro Kanal ergibt.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Anordnung, die auf das Ausbleiben des Nachrichtensignales der zugehörigen Signalquelle anspricht, an jede der Signalquellen sowie an die erste und zweite Anordnung angeschlossen ist, um zu verhindern, daß ein urünoduliertes Zwis chenf requenzsignal an die zweite Anordnung ge langt, sodaß eine gleichmäßige Verteilung der gegebenen Ausgangsleistung auf die modulierten Zwischenfrequenzsignale erfolgt, die an die zweite Anordnung gelangen.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Multiplexsystems wird nach-

009 823/123A _₃_

C. Greenwald 5 " /^ "

stehend anhand von Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig.1 ein Blockschaltbild, weiches das Multiplexsystem gemäß der Erfindung darstellt,

Fig.2 eine Darstellung des Multiplexsignales, welches zur Abstands- oder Frequenzdiversityübertragung durch den in Fig.l dargestellten Sender verwendet werden kann.

In der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen sind bestimmte Frequenzen und Leistungswerte angegeben. Diese Werte dienen jedoch nur zum Zwecke der Erläuterung und es sei bemerkt, daß diese Werte verändert werden können, um ohne von dem Erfindungsgedanken abzuweichen Daten für andere Anwendungen und Systeme zu erreichen, welche das erfindungsgemäße Multiplexsystem verwenden.

Anhand der Figur 1 soll das Multiplexsystem zuerst in bezug auf einen Frequenzdiversity-Nachriohtensender beschrieben werden. Dies kann erreicht v/erden, indem die Schalter 1,2 und 3 in die gezeichneten Stellungen gebracht v/erden. Zum Zwecke der Erläuterung sind für die Kanäle 1 bis N einzelne Sprach- oder andere Nachrichtenkanäle vorgesehen, wobei in der Darstellung N gleich zwölf und dazu noch ein Dienstkanal vorgesehen ist. Die Signalquelle ^l> liefert das Nachrichtensignal für den Kanal 1 und ähnliche Quellen liefern Nachrichtensignale für die Kanäle 2 bis 12. Das Dienstkanalsignal liefert die Quelle 5« Jeder dieser Kanäle ist an einen Kanalmodulator 6 angeschlossen, der einen spannungsgesteuerten Oszillator 7 zur Frequenzmodulation der Mittenfrequenz des Oszillators dur^ch das Nachridatensignal enthält. Der Oszillator 7 jedes Modulators 6 ist derart eingerichtet, daß die Frequenzen, v?ie in Fig.2 dargestellt, 1^0 kHz auseinanderliegend um 70 MHz gruppiert sind, urn so ein Frequenzmultiplexsignal im ZF-Bereich. zu bilden. Der Ausgang jedes Oszillators 7 ist an einen steuerbaren Trenn verstärker,, 8 angeschlossen, der duroli ein Tor-iSignal von; Ausgang des vom Nachrichtensignal betätigten Tor-Signalgenerators 9 gesteuert wird. Die Generatoren 9 sind an die zugehörigen Quellen 4 und die Quelle 5 angeschlossen um festzustellen, ob das Nachrichtensignal größer als ein gegebener S^hv.'ellv.'ert ist und um anzuzeigen, ob im Falle der Sprachübertragung das Spraohsignal größer als ein positiver und kleiner als einnegativer Schv.eliefert ist. Unter diesen Bedingungen erzeugt der Ge-

009823/1234

BAD

C. Greenwald 3 - ^r-

nerator 9 ein Tor-Signal für der Verstärker 8, um zuzulassen, daß das modulierte Zwischenfrequenzsignal der Addierstufe 10 zugeführt wird. Befindet sich andererseits das Nachrichtensignal zwischen den' beiden Schwellwerten, dann gelangt kein Tor-Signal zum Verstärker 8,! sodaß das unmodulierte oder nicht aktive Zwischenfrequenzsignal des Oszillators 7 gesperrt wird und die Addierstufe 10 nicht erreichen kann.

Die Summe der um 70 MHz gruppierten frequenzmodulierten Signale gelangt von der Addierstufe 10 zum Le is tungs auf te Her 11, der zwei Ausgänge aufweist, von denen einer, wie in Fig.2 dargestellt, für den Frequenzdiversitybetrieb durch eine Mischstufe 12 und einen Oszillator 13 in der Frequenz um 2 MHz versetzt ist. Der Ausgang der * Stufe 11 und der Ausgang der Mischstufe 12 (der Ausgang für die versetzte Frequenz) werden in einer Addierstufe l4 addiert, um eine Kanalverteilung nach Fig.2 zu bewirken, die"dem Begrenzerverstärker 15 zugeführt wird. Somit werden die zwei Gruppen mit dreizehn frequenz-' modulierten Kanälen, die jeweils durch die Versatzfrequenz getrennt sind, zusammengeführt und einem Breitbandbegrenzer zugeleitet, der für zwei Funktionen dient. Die erste Funktion bewirkt im wesentlichen eine konstante Spitzenamplitude der Signale, die dann durch den Aufwärtsmischer 16 und den Oszillator 17 bis zur Endfrequenz des Senders aufwärts gemischt werden. Dies erlaubt den normalen Betrieb mit einem Klystronverstärker bei hohem Wirkungsgrad. Die zweite Funktion des Begrenzers 15 bewirkt ein konstantes Ausgangssignal, unabhängig von der Anzahl der Spraehkanäle, die gebraucht werden oder moduliert sind.

Der Ausgang des Aufwärtsmischers 16 ist an den Leistungsverstärker l8 angeschlossen, der ein leistungsverstärktes Signal liefert, das zwei Gruppen von dreizehn einzelnen Frequenzen, einschließlich der Intermodulationsprodukte beinhaltet. Die gesamte Signalleistung ist gleich der Einzelsignalleistung minus 1 db. Somit ist für einen ein Kilowatt Leistungsverstärker die gesamte Signalleistung 800 Watt. Die restlichen 200 V/att verteilen sich auf die Modulationsprodukte. Bei dem gezeigten System mit zwölf Kanälen und einem Dienstkanal ist ! die Ausgangsleistung pro Kanal, wenn alle Kanäle eingeschaltet oder aktiv sind, gleich 800 V/att geteilt durch 2 χ IJ oder 30.8 Watt· pro ,

009823/1234 - 5 - -

C. Greenwald J -

Kanal.Bei der großen Zahl von Signalen sind die Intermodulations-¹ produkte gleichmäßig über das Band verteilt und können somit wie Rauschen behandelt werden. In dem dargestellten System mit den an- ', gegebenen Daten und bei Mehrkanalbetrieb mit einer Empfangskanalbreite von TO kHz und Abständen von l40 kHz ergibt sich ein Abstand des· Trägers zum Intermodulationsgeräusch von 11,5 dto. Bei voller Ber legung der Kanäle ist die verfügbare Leistung pro Kanal j5O,8 Watt und 1 db*größer als für eine Empfangsverfügbarkeit von 99*8 % notwendig ist, was einem Geräuschabstand von mindestens 42,5 db für mehr als 99,8 % der Zeit entspricht. Da sich die verfügbare Gesamtleistung gleichmäßig auf die verschiedenen Kanalfrequenzen verteilt, wird sich, so wie die Anzahl der Kanalfrequenzen zu- oder abnimmt, auch die Leistung pro Kanal entsprechend ändern. Wenn nur ein Kanal eingeschaltet ist, erscheint in diesem Signal automatisch die ganze Leistung von einem Kilowatt. Die Vorteile dieser Betriebsweise werden deutlich, wenn bei einer Kanalbelegung von 25 % die Leistung pro Kanal zu jedem Zeitmoment automatisch um 2,6 db höher ist und diese Erhöhung zur Steigerung der Schwundsicherheit dienen kann oder eine Verminderung der Ausgangsleistung oder des Antennengewinnes erlaubt. ■ ·

Die Belastungsbedingungen von Mehrkanalsystemen können sich in Abhängigkeit von dem benutzten System, der verwendeten Nachricht (Sprache, Daten oder dergl), der zu erwartenden Belegung und den Besonderheiten der spezifischen statistischen Eigenschaften der Information sehr stark ändern. Unabhängig von der Modulationsart und der Kanalaufteilung kann der Belegungsfaktor ausgenutzt werden, um die Leistimg pro Kanal zu erhöhen, wenn eine Kanalbelegung unter 100 % vorgesehen ist. Wenn ein einziger Signalkanal zu einer gegebenen Zeit nicht verwendet wird, trägt dieser auch nichts zur Mehrkanalbelastung bei. ·

In dem System gemäß dieser Erfindung werden getrennte frequenzmodulierte Signale zusammengeführt, stark begrenzt, verstärkt und dann übertragen. Diese Folge von Punktionen würde es ausschließen die Vorteile jeder der bekannten Lastverteilungen, die für dieses System berechnet werden können, auszunutzen. Jedoch wird die Idee, jeden Kanal vor der Zusammenführung an- und abzuschalten, dazu benutzt, eine Verbesserung des ganzen Systems zu erreichen. Da das System begrenzt, können keine Vorteile aus der statistischen

00982-3/ 1.234 -'-

BAD OBIQtNAL

C. Greenwald J5" - ·~- *

Sprachamplitudenverteilung ausgenutzt werden. Es ergibt sich eine Verbesserung, weil die Ausgangsleistung pro Kanal zunimmt, wenn einzelne Kanäle vom Begrenzereingang getrennt werden. Dies sollte sich in einer Zunahme des demodulierten Signal- zu Rauschverhältnisses jedes Kanals äußern. Es kann bewiesen werden, daß das System, sofern es lange Zeit in der Nähe des Schwellwertes arbeiten muß, oberhalb des Schwellwertes liegt, während von allen in Betrieb befindlichen Kanälen Energie vorhanden ist. In diesem Fall ist es nur möglich, Vorteile aus der Belastungsverteilung zu ziehen, die sich aus der vorgegebenen Kanalbelegung ergibt.

Falls infolge Grenzbedingungen für die übertragung eine erhöhte Leistung pro Kanal erforderlich ist, ist zusätzliche Leistung verfügbar, indem die Anzahl der Kanäle begrenzt v/ird. Daraus ergibt sich der weitere Vorteil, wenn zuverlässige Verbindungen für Nachrichten hoher Dringlichkeit benötigt werden. Ferner nimmt während einer Systemausnutzung mit nur einem Kanal die Ausgangsleistung dieses Kanals von 30,8 bis zu einem Kilowatt zu, was einer Empfindlichkeitszunahme von 12 db gleichkommt.-

Dies vervollständigt die Beschreibung und die Vorteile eines Frequenzdivers ity-Sys te ms, welches von dem Prinzip dieser Erfindung Gebrauch macht.

Wenn nun die Schalter 1,2 und ;5 in die andere Stellung gebracht werden, erhält man ein Abstands-Diversity-System, welches die Technik dieser Erfindung verwendet. Durch diese Einstellung der Schalter wird die 2 MHz-Versatzschaltung ausgeschaltet und der Leistungsteiler 19 an den Ausgang des Leistungsverstärkers l8 angeschlossen, um die zwei Antennen für die Abstandsdiversity-Ubertragung zu speisen.

Deshalb kann das Multiplexsystem gemäß der Erfindung und die automatische Verteilung der verfügbaren übertragenen Leistung ηar auf die in Betrieb befindlichen Kanäle In Übereinstimmung mit den Prinzipien der Erfindung für die Frequenz- und Abstandsdiversity-Ubertragung verwendet werden.

- T-009823/123A

C. Oreenwald 5

Die speziellen Merictnale und Vorteile dieser Erfindung werden durch den Oszillator 7 erreicht, der quarzgesteuert ist und eine Nennfrequenz von 70 MHz hat, die durch Frequenzen, die l4o kHz auseinanderliegen frequenzmoduliert wird. Hierdurch entfällt die herkömmliche Anordnung zur Basisbandaufteilung. Der von der Nachricht gesteuerte Tor-Signalgenerator 9 und der gesteuerte Trennverstärker 8 steuern den Ausgang des frequenzmodulierten Oszillators J, um die maximal verfügbare Trägerleistung den benutzten Kanälen zuzuführen. Dies schließt die Begrenzung in dem Begrenzer 15 vor der Mischung bei hohem Pegel in dem Aufwärtsmischer 16 ein, um eine Ausgangsleistung von einem Kilowatt, ohne Rücksieht auf die Anzahl der be· nutzten Sprachkanäle sicherzustellen.

In dem Multiplexsystem nach dieser Erfindung ist es notwendig, daß jeder spannungsgesteuerte Oszillator 7 des Modulators 6 einen einzigen Sprachkanal mit einem Maximalhub von 35 kHz und einer Stabilität der Mittenfrequenz von + 0,01 % übernimmt. Ferner sind Schaltmittel vorgesehen, die den Modulator, sofern das Nachrichtensignal unter einen für jeden Kanal vorgegebenen Schwellwert fällt, an- und abschalten. In der Frequenz ziehbare quarzgesteuerte Oszillatoren können ebenso wie freischwingende spannungsgesteuerte Oszillatoren verwendet werden, die eine automatische Frequenzregelung erfordern, um die Langzeitstabilität zu erhalten. Diese Vereinfachung bietet eine Verminderung an Aufwand und Abmessungen der Einheit sowie auch eine Zunahme deren Zuverlässigkeit. In dem Entwurf mit in der Frequenz ziehbaren Quarzoszillatoren wird eine spannungsabhängige Reaktanz in Serie zum Quarz geschaltet, die dessen Serienresonanz punkt verschiebt und dabei die Frequenz ändert. Der Betrag, um den ein Quarzoszillator gezogen werden kann, beinhaltet einen Kompromiß zwischen Stabilität und Frequenzhub, der durch eine günstige Wahl der Rückkopplungseinstellung erreicht werden kann. Das Modulationselement, das normalerweise verwendet wird, ist eine spannungsabhängige Kapazität. In Übereinstimmung mit dem beschriebenen System folgt einem quarzgesteuerten Oszillator mit einer Mitter-frequenz von 70 MHz, der durch eine Kapazitätsdiode frequenzmoduliert wird, eine Trennstufe 8, die durch einen Torimpuls ein- und ausgetastet werden kann. Der Frequenzhub des Quarzoszillators von + 35kHz außerhalb 70 MHz stellt eine Frequenzänderung von ^f 0,0^3 % und eine

009823/1234 " ⁸ "

C. Greenwald j5 -JS~-

Kapazitätsänderung von + 2,06 % dar, die durch Verwendung einer üblichen Kapazitätsdiode hoher Güte erreicht werden kann. Um eine Linearität zu erreichen, die besser als 1 % ist, wird eine Kapazitätsdiode mit einer quadratischen Kennlinie im Sperrbereich verwendet.

Der von der Nachricht gesteuerte Tor-Signalgenerator 9 erzeugt ein Tor-Signal, welches den Verstärker 8 steuert, um den Ausgang des frequenzmodulierten Oszillators J, abhängig von dem Vorhandensein oder NichtVorhandensein einer Nachricht von der Quelle 4 an- und abschaltet. Der Generator wird das Zwischenfrequenzsignal des Oszillators 7 immer dann abschalten, wenn das entsprechende Nachrichtenausgangssignal nahe bei Null liegt. Das System arbeitet mit Silbenges chwindigkeit oder schneller. Der Nachrichtensignalausgang der Quelle 4 (ein Sprachsignal) gelangt an einen Transformator 20, der eine Anpassung zwischen dem symmetrischen Sprachfrequenzeingang und dem unsymmetrischen Eingang des Modulators 6 und des Verstärkers herbeiführt. Der Verstärker 21 bewirkt die notwendige Signalverstärkung für eine stabile Umschaltung knapp ober- und unterhalb der Nulldurchgänge. Die positive Schwellensohaltung 22 erzeugt ein■Ausgangssignal, wenn das Spra^hfrequenzsignal bei oder über einem positiven Schwellwert liegt. Tn ähnlicher '..'eise erzeugt eine negative Schwellenschaltung 23 ein Ausgangssignal, wenn das Sprachfrequenzsignal bei oder unterhalb einem negativen Schwellwert liegt. Die.Oder-Schaltung 24 vereinigt die zwei Ausgänge der beiden Anordnungen 22 und 23, um ein Schaltsignal für den Verstärker 8 zu erzeugen. Somit erzeugt der Modulator bei Anwesenheit irgend eines meßbaren Spracheingangs signale s an irgend einem der Modulatoren das, volle frequenzmodulierte AusgangBsignal mit I50 Milliwatt, während Kanäle ohne Spracheingangssignale nicht zur vollen Ausgangsleistung des Modulators beitragen.

2 Paterr;anspi'^?i he

1 Blatt Ze i ohr.un. ■; r-it 2 Figuren

009823/123/.

Claims

Patentansprüche

Mehrkanal-Mwltiplex-Ubertragungssystem mit einer Anzahl von Signalquellen, einer ersten Anordnung, die an diese Signalquellen angeschlossen ist um ebensoviele Zwischenfrequenz-Multiplexsignale zu erzeugen, von denen jedes einer der Signalquellen zur Modulation durch ein Nachrichtensignal zugeordnet ist, wenn ein solches am Ausgang der jeweiligen Signalquelle vorhanden ist und einer zweiten Anordnung zur Leistungsverstärkung für die Übertragung, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Anordnung (9), die auf das Ausbleiben des Nachrichtensignales der zugehörigen Signalquelle (4) anspricht, an jede der Signalquellen (4) sowie an die erste (lO) und zweite Anordnung (ll bis I9) angeschlossen ist, um zu verhindern, daß ein unmoduliertes Zwischenfrequenzsignal an die zweite Anordnung (11 bis I9) gelangt, sodaß eine gleichmäßige Verteilung der gegebenen Ausgangslei stung auf die modulierten Zwischenfrequenzsignale erfolgt, die an die zweite Anordnung (11 bis I9) gelangen.

2. Mehrkanal-Multiplex-Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennze i chne t, daß Anordnungen (11 bis 14) zur Durchführung des Prequenzdiversitybetriebes und Anordnungen (1,2,3 und I9) zum übergang auf den Abstandsdiversitybetrieb vorgesehen sind.

20. Oktober I969 ple/krä.

009823/ 123/»

L e e r s e i t e