DE19732503A1 - Anordnung zur Übertragung, zur Abstrahlung und zum Empfang von Hochfrequenz-Signalen - Google Patents

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

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DE19732503A1 DE1997132503 DE19732503A DE19732503A1 DE 19732503 A1 DE19732503 A1 DE 19732503A1 DE 1997132503 DE1997132503 DE 1997132503 DE 19732503 A DE19732503 A DE 19732503A DE 19732503 A1 DE19732503 A1 DE 19732503A1
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    • H01Q13/20Non-resonant leaky-waveguide or transmission-line antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/203Leaky coaxial lines

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 System, das aus mindestens einem zur Führung elektromagnetischer Wellen geeigneten Hochfrequenz-Bauteil sowie aus einem parallel zu demselben verlaufenden, ersten Signalkabel aufgebaut ist, bei welcher das Signalkabel jeweils an in Abständen angeordneten Koppelstellen mit dem Hochfrequenz-Bauteil in einer zur Führung der Hochfrequenz-Signale geeigneten Art und Weise verbunden ist (Proceedings of the Ist International Conference on Tunnel Control and Communication, 28 bis 30. November 1994, Seiten 181 bis 192).

Derartige Anordnungen 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. Als "Hochfrequenz-Bauteil" wird bei solchen Anordnungen beispielsweise ein abstrahlendes Hochfrequenz-Kabel verwendet, im folgenden "AHF-Kabel" genannt. Das AHF-Kabel kann einteilig ausgeführt, aber auch in Abschnitte unterteilt sein. Das Hochfrequenz-Bauteil kann aber auch eine sogenannte Strahlerkette sein, die sich aus mit Abstand zueinander angeordneten Richtantennen zusammensetzt. Im folgenden wird, stellvertretend auch für die anderen Ausführungen, das AHF-Kabel berücksichtigt.

Wegen der abstrahlenden Eigenschaft eines AHF-Kabels kann an jeder Stelle desselben 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. Das hier eingesetzte AHF-Kabel ist in Abschnitte unterteilt, die in Längsrichtung nebeneinander angeordnet sind. Die Abschnitte des AHF-Kabels werden 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 Abschnitte 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. Sie ist dann vollständig unterbrochen, wenn das Signalkabel beschädigt bzw. durchtrennt wird oder wenn die Sende- und Empfangseinrichtung ausfällt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte Anordnung so weiterzubilden, daß das System auch bei einer Beschädigung des Signalkabels funktionsfähig bleibt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,

  • - daß parallel zu dem AHF-Kabel und mit wesentlichem räumlichem Abstand zu dem ersten Signalkabel ein zweites Signalkabel angeordnet ist, das ebenfalls an die Sende- und Empfangseinrichtung angeschlossen ist, und
  • - daß die beiden Signalkabel abwechselnd derart mit dem AHF-Kabel verbunden sind, daß das eine Signalkabel mit allen geradzahligen Koppelstellen und das andere Signalkabel mit allen ungeradzahligen Koppelstellen verbunden ist, mit von der Sende- und Empfangseinrichtung ausgehender, ununterbrochener ganzzahliger Zählung.

In dieser Anordnung werden die Informationen jeweils verlustarm über die beiden Signalkabel übertragen. Vom Sender kommende Informationen werden an den Koppelstellen mit einstellbarer Leistung in das AHF-Kabel eingespeist, so daß entlang desselben 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 eine größere Anzahl von Koppelstellen zwischen dem AHF-Kabel und den beiden Signalkabeln vorhanden ist. Das alles gilt analog auch für in das AHF-Kabel eingespeiste HF-Signale eines Fahrzeugs oder eines tragbaren Funkgeräts.

Durch das zweite Signalkabel, das vom ersten Signalkabel einen ausreichend großen Abstand hat, wird die Funktionsfähigkeit der Übertragungsstrecke sicherer. Selbst wenn eines der Signalkabel beschädigt oder zerstört wird, bleibt die Funktionsfähigkeit des Systems erhalten, da das AHF-Kabel über das andere Signalkabel weiter mit der Sende- und Empfangseinrichtung verbunden ist. Diese erhöhte Sicherheit wird auf sehr einfache Art und Weise erreicht. Jedes der beiden Signalkabel ist nämlich fortlaufend nur mit jeder zweiten Koppelstelle verbunden. Der Geräteaufwand und der Aufbau der Koppelstellen bleiben daher unverändert. Es wird nur ein zweites Signalkabel benötigt.

Jedes der beiden Signalkabel versorgt im Zusammenwirken mit den ihm zugeordneten Koppelstellen Teilstrecken des AHF-Kabels, und zwar in beiden Übertragungsrichtungen. Dabei werden - solange beide Signalkabel funktionsfähig sind - von zwei unterschiedlichen Koppelstellen Signale in jede Teilstrecke des AHF-Kabels eingespeist. In der anderen Übertragungsrichtung laufen vom AHF-Kabel empfangene Signale ebenfalls in zwei die jeweilige Teilstrecke desselben begrenzende Koppelstellen.

Bei richtiger Bemessung des Abstandes zwischen den Koppelstellen ist auch bei Ausfall eines der Signalkabel sichergestellt, daß die Teilstrecken des AHF-Kabels von den noch funktionsfähigen Koppelstellen aus versorgt werden. Das bedeutet, daß die Signale für eine Teilstrecke des AHF-Kabels jeweils von nur noch einer Koppelstelle so eingespeist werden, daß der Empfangspegel entlang dieser Teilstrecke auf ihrer ganzen Länge ausreichend hoch ist. Es bedeutet andererseits, daß vom AHF-Kabel empfangene Signale von demselben so verlustarm geführt werden, daß sie mit ausreichend hohem Pegel zu der jeweils einzigen Koppelstelle gelangen.

Wenn das AHF-Kabel in an sich bekannter Weise in Abschnitte unterteilt wird, die in Längsrichtung hintereinander angeordnet sind, wird jedem Abschnitt eine Koppelstelle zugeordnet. Die Unterteilung des AHF-Kabels kann beispielsweise zur sicheren Vermeidung von Interferenzen vorgenommen werden. Bei Ausfall eines Signalkabels bzw. des zugehörigen Teils der Sende- und Empfangseinrichtung muß dann sichergestellt sein, daß die Abschnitte automatisch durchverbunden werden. Dazu können entsprechend der DE 195 03 744 A1 beispielweise mit einem Schalter ausgerüstete Bauteile verwendet werden, die durch ein Pilotsignal der Sende- und Empfangseinrichtung steuerbar sind.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt.

Es zeigen:

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

Fig. 2 die Anordnung nach Fig. 1 in ergänzter Form ebenfalls in schematischer Darstellung,

Fig. 3 eine Anordnung nach Fig. 2 in einer abgewandelten Ausführungsform,

Fig. 4 eine Einzelheit der Anordnung nach Fig. 3 in vergrößerter Darstellung,

Fig. 5 eine Anordnung nach Fig. 2 bzw. 3 in einem Ausschnitt in verkleinerter Darstellung.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung die den prinzipiellen Aufbau einer in einem Tunnel T angeordneten Übertragungsstrecke ohne Einzelheiten zeigt sind ein AHF-Kabel 1 und ein parallel zu demselben verlaufendes Signalsystem 2 an eine Sende- und Empfangseinrichtung 3 angeschlossen, die einen Sender S und einen Empfänger E aufweist und mit einer Antenne 4 ausgerüstet sein kann. Das Signalsystem 2 besteht gemäß Fig. 2 aus zwei Signalkabeln 5 und 6, über welche HF-Signale verlustarm übertragen werden.

Die Signalkabel 5 und 6 können jeweils optische Kabel mit Lichtwellenleitern (LWL), koaxiale HF-Kabel mit geschlossenem Außenleiter oder auch Telefonkabel für Basisbandübertragung sein. In allen Fällen werden die HF-Signale verlustarm über die Signalkabel 5 und 6 übertragen. Bei Einsatz von LWL-Kabeln müssen in den Koppelstellen zwischen AHF-Kabel 1 und Signalkabeln 5 und 6 elektro/optische Wandler zwischengeschaltet werden. Diese entfallen bei Verwendung von HF-Kabeln oder von Telefonkabeln als Signalkabel 5 und 6. Im folgenden wird statt der Bezeichnung "Signalkabel 5 und 6" die Bezeichnung "LWL-Kabel 5 und 6" verwendet, stellvertretend auch für die ebenfalls einsetzbaren koaxialen HF-Kabel bzw. Telefonkabel. Beide LWL-Kabel 5 und 6 sind mit der Sende- und Empfangseinrichtung 3 verbunden, und zwar vorzugsweise getrennt voneinander. Die Anordnung ist insgesamt für bidirektionale Kommunikation vorgesehen und ausgelegt.

Die beiden LWL-Kabel 5 und 6 sind an Koppelstellen K1 bis Kn mit dem AHF-Kabel 1 verbunden und zwar in einer zur Führung von HF-Signalen geeigneten Art und Weise. "n" ist dabei eine ganze, gerade Zahl. In den Koppelstellen K1 bis Kn sind elektro/optische Wandler vorhanden, die an sich bekannt und daher nicht mit dargestellt sind. Auf diese Art und Weise können HF-Signale von der Sende- und Empfangseinrichtung 3 zur Antenne eines entlang des AHF-Kabels 1 bewegten Fahrzeugs oder auch eines tragbaren Funkgeräts übertragen werden und umgekehrt.

Das AHF-Kabel 1 und die beiden LWL-Kabel 5 und 6 sind zweckmäßig räumlich getrennt voneinander verlegt. Auf jeden Fall haben die beiden LWL-Kabel 5 und 6 einen großen räumlichen Abstand voneinander. Sie können mit Vorteil an den beiden einander gegenüberliegenden Wänden des Tunnels T angebracht sein. Bei Tunnelstrecken mit zwei oder mehr Tunnelröhren können die LWL-Kabel 5 und 6 auch in unterschiedlichen Tunnelröhren montiert werden. Es ist dann mit großer Sicherheit verhindert, daß beide LWL-Kabel 5 und 6 gleichzeitig beschädigt werden können. Die Funktionsfähigkeit der Anordnung ist dadurch auch bei Beschädigung eines der LWL-Kabel 5 oder 6 gewährleistet. Die HF-Signale werden vom jeweils anderen LWL-Kabel 5 oder 6 geführt.

Um das zu ermöglichen, sind beide LWL-Kabel 5 und 6 an den Koppelstellen K1 bis Kn mit dem AHF-Kabel 1 verbunden, und zwar entsprechend Fig. 2 alternierend. Das LWL-Kabel 5 ist an den ungeradzahligen Koppelstellen K1, K3, K5 . . . Kn±1 an das AHF-Kabel 1 angeschlossen. Für das LWK-Kabel 6 sind die geradzahligen Koppelstellen K2, K4, K6 . . . Kn vorgesehen. Die Zählung beginnt entsprechend Fig. 2 an der Sende- und Empfangseinrichtung 3, und zwar ununterbrochen. Der Aufbau der Koppelstellen K1 bis Kn bleibt gegenüber einer Anordnung mit nur einem LWL-Kabel unverändert. Für die erhöhte Sicherheit der Anordnung wird also nur das zweite LWL-Kabel benötigt.

Die Anordnung nach Fig. 2 arbeitet beispielweise wie folgt:
Vom Sender S der Sende- und Empfangseinrichtung 3 kommende HF-Signale werden in den Koppelstellen K1 bis Kn unter Zwischenschaltung von elektro/optischen Wandlern von den LWL-Kabeln 5 und 6 in das AHF-Kabel 1 eingespeist. Die HF-Signale können dann entlang des AHF-Kabels 1 mittels einer geeigneten Antenne empfangen werden. Von einem Fahrzeug oder einem Funkgerät in das AHF-Kabel 1 eingespeiste HF-Signale werden in den Koppelstellen K1 bis Kn über die Wandler in die LWL-Kabel 5 und 6 eingekoppelt und von denselben verlustarm zum Empfänger E der Sende- und Empfangseinrichtung 3 übertragen. Neben den Wandlern können die Koppelstellen K1 bis Kn auch bidirektional wirkende Verstärker mit Filtern zur Trennung der unterschiedlichen Frequenzen beider Übertragungsrichtungen umfassen.

Wenn beispielweise das LWL-Kabel 5 oder sein zugehöriger Teil der Sende- und Empfangseinrichtung 3 ausfällt, wird die Funktionsfähigkeit der Anordnung durch das LWL-Kabel 6 aufrechterhalten. Die von der Sende- und Empfangseinrichtung 3 kommenden HF-Signale werden jetzt nur noch über die geradzahligen Koppelstellen K2 bis Kn in das AHF-Kabel 1 eingespeist. Das reicht bei richtiger Dimensionierung aber aus, um einen ausreichend hohen Empfangspegel entlang des AHF-Kabels 1 zu gewährleisten. Es bleibt auch sichergestellt, daß in das AHF-Kabel 1 eingespeiste HF-Signale zur Sende- und Empfangseinrichtung 3 gelangen.

In einer Ausgestaltung der Anordnung kann das AHF-Kabel 1 gemäß Fig. 3 auch in Abschnitte A unterteilt sein, die in Längsrichtung hintereinander angeordnet sind. In jedem Abschnitt A ist eine der Koppelstellen K1 bis Kn angebracht, und zwar vorzugsweise symmetrisch. Zwischen den Abschnitten A sind Schaltelemente 7 angeordnet, durch welche die Abschnitte A gegebenenfalls durchverbunden werden können. Das ist erforderlich, wenn eines der LWL-Kabel 5 oder 6 ausfällt. Ein solcher Aufbau der Anordnung geht prinzipiell aus der DE 195 03 744 A1 hervor.

Ein Schaltelement 7 kann gemäß der Darstellung in Fig. 4 i. w. zwei Empfänger 8 und 9, mindestens eine Auswerteeinheit 10 und einen Schalter 11 aufweisen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedem Empfänger 8 bzw. 9 eine Auswerteeinheit 10 zugeordnet. Die Empfänger 8 und 9 dienen zum Empfang eines Pilotsignals, das vom Sender S der Sende- und Empfangseinrichtung 3 ständig in die LWL-Kabel 5 und 6 eingespeist wird. Es kann sich um handelsübliche Empfänger handeln. Das Ausgangssignal der Empfänger 8 und 9 wird von der jeweiligen Auswerteeinheit 10 ausgewertet und verarbeitet. Die Auswerteeinheit 10 ist dazu mit einem Entscheider und einer Logik ausgerüstet. Der Schalter 11, der als mechanischer oder elektronischer Schalter ausgeführt sein kann, ist solange geöffnet, wie die Anordnung störungsfrei arbeitet. Die benachbarten Abschnitte des AHF-Kabels 1 sind dann also nicht elektrisch leitend miteinander verbunden.

Wenn das Pilotsignal bei Ausfall eines der LWL-Kabel 5 oder 6 bzw. des zugehörigen Teils der Sende- und Empfangseinrichtung 3 in einem Empfänger 8 oder 9 des Schaltelements 7 nicht mehr ankommt, wird das von der zugehörigen Auswerteeinheit 10 erkannt. Von den entsprechenden Abschnitten A des AHF-Kabels 1 könnte dann kein HF-Signal mehr empfangen werden und es könnte auch kein HF-Signal weitergeleitet werden. Durch die Auswerteeinheit 10 werden dann sofort die Schalter 11 geschlossen, so daß jeweils eine leitende Verbindung zwischen den beiden an das Schaltelement 7 angeschlossenen Abschnitten des AHF-Kabels 1 hergestellt wird. Die Anordnung ist dann entsprechend der obigen Darstellung weiter voll funktionsfähig.

Bei der Ausführungsform der Anordnung nach Fig. 5 sind statt des AHF-Kabels 1 bzw. der Abschnitte A Richtantennen 12 und 13 eingesetzt. Je zwei Richtantennen 12 und 13 sind wieder alternierend mit den LWL-Kabeln 5 und 6 verbunden. Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist die gleiche wie die der Anordnung nach Fig. 3. Allerdings werden bei dieser Ausführung keine Schaltelemente 7 benötigt.

Claims (6)

1. Anordnung zur Übertragung, zur Abstrahlung und zum Empfang von Hochfrequenz- Signalen, bestehend aus einem an eine Sende- und Empfangseinrichtung angeschlossenen System, das aus mindestens einem zur Führung elektromagnetischer Wellen geeigneten Hochfrequenz-Bauteil sowie aus einem parallel zu demselben verlaufenden, ersten Signalkabel aufgebaut ist, bei welcher das Signalkabel jeweils an in Abständen angeordneten Koppelstellen mit dem Hochfrequenz-Bauteil in einer zur Führung der Hochfrequenz-Signale geeigneten Art und Weise verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß parallel zu dem Hochfrequenz-Bauteil und mit wesentlichem räumlichem Abstand zu dem ersten Signalkabel (5) ein zweites Signalkabel (6) angeordnet ist, das ebenfalls an die Sende- und Empfangseinrichtung (3) angeschlossen ist, und
  • - daß die beiden Signalkabel (5, 6) abwechselnd derart mit dem Hochfrequenz-Bauteil verbunden sind, daß das eine Signalkabel (6) mit allen geradzahligen Koppelstellen (K2-Kn) und das andere Signalkabel (5) mit allen ungeradzahligen Koppelstellen (K1 bis Kn±1) verbunden ist, mit von der Sende- und Empfangseinrichtung (3) ausgehender, ununterbrochener ganzzahliger Zählung.
  • 2 Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochfrequenz-Bau­ teil als abstrahlendes Hochfrequenz-Kabel (1) ausgebildet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß das Hochfrequenz-Bauteil aus Abschnitten (A) eines abstrahlenden Hochfrequenz-Kabels (1) aufgebaut ist die in Längsrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei in jedem Abschnitt (A) eine Koppelstelle vorhanden ist, und
  • - daß zwischen je zwei Abschnitten (A) Schaltelemente (7) zur gegebenenfalls erforderlichen Durchschaltung des Übertragungswegs angeordnet sind.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochfrequenz- Bauteil aus Richtantennen (12, 13) aufgebaut ist, die mit Abstand zueinander angeordnet sind.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung des Systems in Tunnelstrecken, die beiden Signalkabel (5, 6) an einander gegenüberliegenden Tunnelwänden angebracht sind.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Signalkabel (5, 6) bei zwei oder mehr parallel verlaufenden Tunnelröhren in unterschiedlichen Tunnelröhren angebracht sind.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Signalkabel (5, 6) optische Kabel eingesetzt sind.
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