DE2124148C2 - Vorrichtung zur Auswahl eines Kanals aus mehreren HF-Kanälen in einem FM-Funkempfänger - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten An.

Ebenso wie die Anzahl von Schaltkreisen, über die ein Telefonnetz verfügt, um N Teilnehmer paarweise miteinander zu verbinden, wesentlich unterhalb von N/2 liegt, ebenso ist es unter Berücksichtigung der statistischen Belegungswahrscheinlichkeit nicht erforderlich, bei Funkverbindungen zwischen N beweglichen »Teilnehmern« N/2 Frequenzen oder spezielle Frequenzpaare vorzusehen. Es wird eine beträchtlich wirtschaftlichere Ausnutzung des Spektrums erreicht, wenn alle Trägerfrequenzen für jeden anrufenden Teilnehmer allgemein zugänglich gemacht werden, und wenn ein Teilnehmer im Augenblick des Anrufes einen freien Kanal sucht. De^r Zusiand eines Kanals, frei oder besetzt, muß daher schnei! und sicher durch die anrufende Station im Laufe einer vorläufigen Untersuchung des 'Spektrums erkannt werden. Dieser Vorgang der Untersuchung besteivi dann, den Empfänger der anrufenden Station den Bereich der verfügbaren Kanäle durchlaufen zu lassen und die Abtastung anzuhalten, wenn der erste freie Kanal gefunden ist.

Es handelt sich somit darum, dem Empfangsteil einer Station, welche einen Anruf zu einem entsprechenden Teilnehmer tätigen will, ein Kriterium zu liefern, welches einen nicht verfügbaren, besetzten Kanal deutlich von einem freien Kanal unterscheidet, welcher für die aufzubauende Verbindung verfügbar ist.

Unter den freien Kanälen sind einige frei von jeglichem Rauschen, und die Empfindlichkeitsgrenze eines auf einem solchen Kanal zugeordneten F.mpfängers ist das eigene Grundrauschen des Empfängers. Andere freie Kanäle sind dagegen durch Störungen oder durch mehr oder weniger starkes Rauschen belastet, welches vom Übersprechen oder Nebensprechen der angrenzenden besetzten Kanäle herrührt, von Harmonischen anderer Kanäle des Netzes oder anderer Netze usw. Solche Kanäle sind im Prinzip »frei«, sie sind jedoch nicht »rein« Sie sind zwar für eine Verbindung brauch bar. «lit* Verbindung ware jedoch durch verhältnismäßig starkes Rauschen beeinträchtigt. Es ist unzweckmäßig, den ersten freien Kanal zu nehmen, welcher im Laufe einer Abtastung des Spektrums ermittelt wird, wenn dieser Kanal nicht rein ist. solange noch ein reiner Kanal vorhanden ist

Wenn hingegen unter den freien Kanälen kein reiner Kanal vorh.inden isl. isl es Ir gisch. die Verbindung auf einem solchen freien Kanal aufzubauen, der nichl rein ist, da der Aufbau einer Verbindung miuleier Qualität, die dann allein möglich isl, überhaupt keiner Verbindung immer noch Vorzuziehen ist.

Die DE-AS 10 18 485 zeigt eine Schaltungsanordnung für über Zwischenstationen verlaufende Fernsprech-Fufjkverbindungen zur Feststellung gestörter Zwischeiisiatiöncfi, bei der beispielsweise bei Störung

einer Einrichtung an einer Zwischenstation von dieser über einen bestimmten Funkkanal ein Zeichen zur überwachenden Endstation gegeben werden kann. Dieses Störzeichen kennzeichnet in dieser Endstation das Vorliegen einer Störung. Die Feststellung, an welcher Zwi- s schenstation die Störung besieht, erfolgt dann durch Aussendung einer Steuerstromstoßreihe mit nachfolgender Zwischenstationauswahl, wie man dem Anspruch 1 entnehmen kann.

Die DE-AS 10 10 594 beschreibt ein Verfahren zur Nachrichtenübermittlung zwischen einer festen Haupt station und beweglichen Unterstationen, wobei nur ein Kanal für alle Stationen vorgesehen ist. Es besieht also schon vom Prinzip her gar nicht die Möglichkeit, einen bestimmten, freien und qualitativ hochwertigen Kanal auszuwählen.

Die DE-OS 14 41 120 beschreibt schließlich ein Vielkanal-Funkfernsprechnetz, bei dem der für die nächste Benutzung vorgesehene Kanal markiert wird, !ede Einzelstation tastet die Kanäle nacheinander üb und unterbricht diese Abtastung nach Erreichen des markierten Kanals. Auf diese Weise können Verbindungen über genau definierte Kanäle hergestellt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es also, eine Vorrichtung der angegebenen Gattung zu schaffen, bei der die Auswahl unter Berücksichtigung der Qualität der freien Kanäle erfolgt Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 an gegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestal tungen der Erfindung sind in den I 'nteranvpruche" .in ίο gegeben.

Es sei in Erinnerung gebracht, d.i'i die Deinudi.Miion eines Komplexes von zwei oder mehreren frequenzmodulierten Signalen nach einem Begrenzer und einem Frequenzdiskriminator deutlich nicht-linear ist: Wenn ein starkes und ein schwaches Signal vorhanden sind, so wird das schwache Signal zugunsten des starken Signals unterdrückt Bei einer Differenz von einigen Dezibel zwischen den Pegeln von zwei miteinander konkurrierenden Signalen findet ein vollständiges Umkippen der Demodulation von dem einen zu der De lodulation des anderen statt. Man kann mit einem guten Sicherheitsabstand einen Wert von 10 Dezibel für den Pegelunter schied festlegen, welcher eine solche radikale Unter scheidung liefert. Die Erfindung macht Gebrauch von dieser Eigenschaft der Nichtlinearität der Demodula tion eines frequenzmodulierten Signals.

Um das Maß an Eigenrauschen in einem Kanal zu klassieren, das durch die Antenne in einem Empfänger unkommt. verwendet die Erfindung das Prinzip der Ein speisung eines lokal erzeugten Signals mit ZF-Frequenz in den Empfänger. Dieses Signal, welches durch eine Erkenniingsfrequenz /Ό frequenzmoduliert wird, die am oberen Ende des Akustikbandes angeordnet ist (beispielsweise /ö= 3750 Hz für ein Telefonieband von 300-300OHz), bildet ein kalibriertes, simuliertes Signal. Gewöhnlich verwendet man eine Kalibrierung mit zwei Stufen, obwohl eine beliebige Stufenzahl möglich ist im Rahmen der Erfindung.

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a) Man beginn! mn der Einspeisung de·, simulierten Signals mit verhältnismäßig schwachem Pegel m, und führt eine schrittweise Abtastung des Kanal Spektrums durch. Wenn auf einem Kanal die Erkennungsfrequenz f₀ mit einem Pegel ermittelt wird, welcher einen vorgegebenen Wert übersteigt, so ist dies ein Beweis dafür, daß das auf der Antenne ankommende P.auschen schwach ist: Ein solcher freier Kanal ist rein. Wenn kein Knnal rein ist. überdeckt das durch die Antenne empfangene Rauschen das simulierte Signal, wobei die Frequenz /ö einen Pegel hat, der unterhalb des vergebenen Wertes liegt

b) In diesem zweiten Fall speist man das simulierte Signal mit stärkerem Pegel wi ein und beginnt eine erneute Abtastung des Kanal-Spektrums. Wenn unter diesen Bedingungen ein Kanal gefunden wird, wo der Pegel der Erkennungsfrequenz in den vorgegebenen Wert übersteigt, hat man einen freien, nicht reinen Kanal gefunden, mit welchem eine Verbindung möglich ist. Wenn in einer solchen zweiten Abtastung eben^falls kein Kanal qualifiziert wird, so ist dies ein Anzeichen dafür, daß sämtliche Kanäle besetzt sind.

Der Pegel W\ liegt beispielsweise in der Größenordnung von 250—300 Millivolt, der Pegel /n₂ in der Größenordnung von etwa 2,5 — 3 Volt Diese Werte entsprechen im Großen und Ganzen am Eingang des Empfängers Spannungen in der Größenordnung von 4 μ V und etwa 40 μν.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher beschrieben, in welcher die einzige Abbildung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt.

Die Abbildung umfaßt nur diejenigen Elemente, welche zum ^verständnis der Erfindung notwendig sind, unter Ausschluß anderer Einrichtungen, die im Empfänger vorhanden sein können.

Ein Empfänger, welcher einen Teil einer Sender Empfanger-Station darstellt, enthalt eine Antenne 1. einen HF-Verstärker 2, einen Frequenzwandler 3. einen Zwischenfrequenzverstärker 4. der Frequenz F. welche in einem realistischen Fall beispielsweise den Wert von 11,5 MHz aufweist, eine Addierstufe 5 mit zwei Eingängen, von denen der eine 5' das Ausgangssignal des Verstärkers 4 und der andere 5" ein Signal mit simulierter Zwischenfrequenz (siehe oben) empfängt, eine Begrenzerstufe 6, einen Frequenz-Diskriminator 7. ein Tiefpaßfilter 8 und einen global durch einen Lautsprecher 9 dargestellten Niederfrequenzteil.

Ein variabler Empfangsoszillator 10. welcher den abgetast.ien Kanal bestimmt, umfaßt ein Oszillatororgan 11, welches NTrägerfrequenzen liefern kann, die den N abgetasteten Kanälen entsprechen (z.B. N=-25) und welches einer Wähleinrichtung 12 mit N Stufen zugeordnet ist. die durch ein Schrittschaltwerk 13 gesteuert ist.

Das simulierte Signal der Frequenz F(z. B. 11.5 MHz) wird durch eine Untereinheit 20 geliefert, welche einen Oszillator 21 vom Typ »VCO« aufweist, der durch eine Frequenz in ( = 3750 Hz) modulierbar ist, die durch einen Oszillator 22 geliefert wird. Das durch die Erkennungsfrequenz /ö freqiiienzmodulierte Zwischenfrequenzsi<Tii\l F wird entweder unter einem kalibrierten Pegel m\ oder unter einem kalibrierten Pegel m-i weitergeleitet. Zwei UND-Gatter 23 und 24. welche durch eine bistabile Kippstufe 32 gesteuert sind, und die einer ODER Schaltung 25 zugeordnet sind, bilden einen Umschalter, welcher es gestattet, an die Klemme 5" der Addierstufe 5 entweder den Pegel W\ oder den Pegel ni] anzulegen, uni zwar gemäß der Stellung der Kippstufe 52. " " i

Der ausgewählte Pegel wird an die Klemme 5" über ein als Schalter wirkendes UND-Gatter 39 geführt.

Ein NF-Meßkreis 30, Welcher hinter dem Diskriminator 7 abzweigt, enthält folgende Organe: Ein UND-Gat-

ter 31, dessen Eingang duVch eine bislabile Kippstufe 32 gesteuert ist, ein Bandpaßfilier 33, welches die Erkennungsfrequenz ta durchläßt, beispielsweise 33 — 4,2 kHz für eine Frequenz /0"3,7SkHz, einen Detektor 34, einen Schwellwertverstäfker 35, welcher ausschließlich die oberhalb eines vorgegebenen Pegels liegenden Pegel durchläßt und ein ({iND-Galter 36, welches durch eine bistabile Kippstufe 37 gesteuert ist und auf einen Speicher 38 führt. Der Ausgang des Speichers 38 dient zur Positionierung eines UND-Gatters 39. wel to ches zwischen der ODER-Schaltung 25 und dem Eingang 5" der Addierstufe 5 eingeschaltet ist.

Eine Taktgebereinrichlung 40 umfaßt einen Taktgenerator 41, dem ein UND-Gatter 42 nachgeschaltet ist. das einen Sperreingang aufweist, welcher mit dem is Ausgang des Speichers 38 verbunden ist. Weiterhin sind ein Zähler 43 mit fünf Zählschritten und ein De kudierer 44 vorgesehen, dessen Ausgänge uurtii die numerischen Anzeigen I, 2, 3. 4, 0 bezeichnet sind. Die Stellen I und 2 des Dekodierers 44 steuern zwei Eingänge der bistabilen Kippstufe 32. Die Stellen 3 und 4 des Dekodierers 44 steuern zwei Eingänge der bistabilen Kippstufe 37 und der Ausgang 0 des Dekodierers 44 liefert einen Impuls zum Vorrücken, welcher an das Schrittschaltwerk 13 mit N Stellungen geführt ist.

Die Anordnung umfaßt außerdem Umschaltmittel 50. welche aus einem Teiler 51 durch N und einer Kippstufe gebildet sind. Der Teiler empfängt Impulse zum Vorrücken, die durch die Stelle 0 des Dekodierers 44 geliefert werden. Die bistabile Kippstufe 52 wird bei jedem Impuls des Ausgangs des Teilers 51 umgekippt. Diese bistabile Kippstufe 52 positioniert durch ihre zwei Ausgänge die UND-Gatter 23 und 24.

Es ist zu bemerken, daß das UND-Gatter 39 und das UND-Gatter 42 jeweils einen Sperreingang aufweisen, d. h. daß dann, wenn der Speicher 38 eine 1 markiert, die UND-Gatter 39 und 42 geschlossen sind. In gleicher Weise besitzt das UND-Gatter 31 einen Sperreingang.

Die Arbeitsweise ist die folgende

Das Gatter 23 läßt durch, das Gatter 24 ist geichlos sen. Der schwache Pegel /Πι des kalibrierten Signals wird bei 5" an die Addierstufe 5 gelegt.

Wenn die Wähleinrichtung 12 durch einen Impuls zum Vorrücken durch das Schrittschaltwerk 13 auf eine neue Stellung gebracht ist, beginnt ein neuer Zyklus von fünf Impulsen. Zwischen den Impulsen 1 und 2 dieses Zyklus ist das UND-Gatter 31 geschlossen. Bevor mit der Abtastung fortgefahren wird, wird abgewartet, bis die Schal ^vorgänge abgeklungen sind. Das UND-Gatter 31 ist während des Restes des Zyklus offen, welcher dem Impuls 2 folgt. Das UND-Gatter 36 ist zwischen dem Impuls 3 und dem Impuls 4 geöffnet. Während dieser Zeit wird das demodulierte ZF-Signal ausgewertet

Es sei Ua die Ausgangsspannung des Oszillators 2Z welche bei 5" angelegt wird, es sei Ud die Ua entsprechende Ausgangsspannung des Diskriminator, es sei Sb die Rauschspannung am Eingang 5' der Addierstufe 5. es sei Bd die B₀ entsprechende Ausgangsspannung des Diskriminator und D ganz allgemein die Ausgangsspannung des Diskriminaiors.

Allgemein- gilt D= F(U₀, B₀)-

Für Ua>3 Ba kann man D=f(Ua)= Umsetzen, und für i/o < 3 Bb kann man £>= Γ(Βο)=Β_α setzen.

Bd hat im allgemeinen ein verteiltes Spektrum (Rauschspektrum), während das Spektrum von Ud sich auf eine Linie beschränkt. Da die Maximalamplituden von Bd und von Ud im Prinzip gleich sind (Wirkung des , Begrenzers), überträgt ein schmidbandiger Bandpaß (Filter 33) mit einer Mittenfrequenz von f₀ (3750 Hz beispielsweise) zum Detektor 34 eine starke Komponente!. (Je, wenn Uo am Eingang vorhanden ist, jedoch eine viel | schwächere Komponente, wenn ein verbreitertes Ein-1 gangsspektrum B₀ vorhanden ist. Die Unterscheidung f; ist somit um so wirksamer, je schmalbandiger das Filter ? , 33 ist. Es ist Unzweckmäßig, dem Filter 33 eine Schmal- ! j bandigkeit zu verleihen, welche im Hinblick auf die Stabilität des Oszillators 22 bei der Frequenz fa kritisch sein könnte. Ein Bandbreitenverhältnis von IO : 1 is· ausreichend. Im Beispiel ist dieser Wert sogar über schritten, wenn zugelassen wird, daß die Bandbreite am Ausgang des Diskriminators 1 in der Größenordnung ' von 20 000 Hz liegt, während das Filter 33 eine Durch laßbreite von 3,3 bis 4J! kHz aufweist, was einer Band oreiie vun 900 Hz cribpr [üiii.

Der Pegel des Meßsignals wird zunächst auf dem schwachen Wert m\ festgelegt. Wenn für eine gegebene Stellung der Frequenzwähleinrichtung 12 der Ausgangspegel des Detektors 34 oberhalb von dem Schwellwert 5 liegt, wird während der Klassierzeit (3 — 4) der Speicher 38 in den Zustand I gebracht. Dann bleibt das UND-Gatter 42 geschlossen und die Impulse gelangen nicht mehr an den Zähler 43. Der Kanal, •welcher der augenblicklichen Stellung der Wähleinrichtung 12 entspricht, wird als Verbindung genommen. '£ Da in der gleichen Zeit das UND-Gatter 39 ebenfalls !' durch die 1 des Speichers 38 gesperrt ist, wird die Ein-1, speisung des Meßsignals in den ZF-Teil des Empfängers beendet.

Wenn der Ausgangspegel des Detektors 34 dagegen \ nicht oberhalb des Schwellwertes S liegt, bleibt der ■ Speicher 38 auf Null und nach dem Impuls »4« folgt der Zyklusimpuls »0«, der zum Vorrücken des Schrittschaltwerks 13 dient. Dadurch wird die Wähleinrichtung 12 um eine Ordnung weitergeschaltet. Zwischen den Impulsen 3 und 4 des neuen Zyklus findet eine neue Klassierung statt. Dies wird in dieser Weise fortgesetzt, bis ein freier reiner Kanal gefunden ist.

Gleichzeitig wird jeder Impuls zum Vorrücken an den Teiler 51 geführt Dies ist ein Zähler modulo N. welcher nach Abtastung von N Kanälen des Spektrums den numerischen Zustand N einnimmt (oder eventuell Null). Für diesen Zustand liefert der Zähler 51 einen Ausgangsimpuls, welcher die Stellung der bistabilen Kippstufe 52 umkehrt Daraus ergibt sich, daß jetzt das Gatter 23 gesperrt ist und das Gatter 24 durchläßt Der kalibrierte starke Pegel /η? des mit der En<ennungsfre quenz fo frequenzmodulierten ZF-Signales wird an die Summierstufe 5 geführt. e

Unter diesen neuen Bedingungen begiunt eine neue || Abtastung des Kanal-Spektrums. Wenn nun ein freier Kanal gefunden wird, so ist dies ein »nicht reiner freier« Kanal, welcher eine Verbindung noch zulässiger Qualität liefert.

Wenn auch während dieser zweiten Abtastung kein Kanal qualifiziert wird, so ist dies ein Anzeichen dafür, daß alle Kanäle entweder stark gestört oder besetzt sind. Im Prinzip muß diese Situation nicht eintreten, wenn das Netz ordnungsgemäß dimensioniert ist.

Wenn der Teilnehmer seinen Hörer wieder aufhängt wird der Speicher 38 auf Null zurückgesetzt, ebenso wie die Kippstufe 5Z

Die Erfindung gestattet es, systematisch die Qualität einer Funkverbindung unter Ausnutzung der nichtlinearen Eigenschaften der Frequenzmodulation zu er-

höhen, und zwar durch die Tatsache, daß die Tendenz besteht, daß im geographischen Sinne benachbarte Teilnehmer die in verschiedenen Verbindungen zusammengeschaltet sind, daran gehindert werden, in der Frequenz benachbarte Kanäle zu wählen, welche dann nicht als rein gehen, solange noch reine freie Kanäle vorhanden sind.

Hierzu I Blatl Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Auswahl eines Kanals aus mehreren HF-Kanälen in einem FM-Funkempfänger mit Zwischenfrequenzkreis und mit einem Kanalwähler, der während der Suche nach einem freien Kanal schrittweise umgeschaltet und dessen Suchzyklus bei Auffindungeines freien Kanals angehalten wird.d a durch gekennzeichnet, daß in den Zwischenfrequenzkreis ein mit einer Erkennungsfrequenz (To) frequenzmoduliertes Zwischenfrequenzsignal mit dem Pegel (πΐή eingespeist wird, daß nach dem Diskriminator (7) ein auf die Erkennungsfrequenz (fo) frequenzmäßig abgestimmter NF-Meßkreis (30) vorgesehen ist, der eine Erkennungsfrequenz (fo) über einen bestimmten Schwellwert (S) festster«, und daß Umschaltmiuel (50) vorgesehen sind, die bei Unterschreitung des Schwellwertes (S) während des gesamten ersten Suchzyklus das mit der Erkennungsfrequenz Cn) modulierte Zwi'-chcnfrequenzsitjnal auf einen höheren kalibrierten Pegel (mi) a5s im vorhergehenden ersten Suchzyklus mit dem Pegel (mi) bringen und die Suche in einem zweiten Suchzyklus wiederholen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pegel (m, und m?) um 20 Dezibel voneinander entfernt sind.

3. Vorrichtung nach eim m der Ansprüche I bis 2. dadurch gekennzeichne!, daß die Frequenz /.,Jit I ι kennungsfrequenz oberhalb des zu übertragender _J0 Niederfrequenzspektrums angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis j. dadurch gekennzeichnet, daß sie hinter einer Begrenzeranordnung (6) folr^nde Komponenten aufweist: einen Frequenzdiskriminator (7). eine Kette. welche ein Filter mit sehr alem Durchlaßbereich (33) umfaßt, das die Erkennungsfrequenz L selektiert, einen Detektor (34), einen Schwellwertverstärker (35), einen Speicher (38), welcher einen logischen Zustand I annehmen kann, wenn der Detek tor (34) an den Schwellwertverstärker (35) cm Signal mit einem Pegel oberhalb der Schwelle an legt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gek.-nn zeichnet, daß eine Taktsieuereinrichtung vorgesc hen ist. welche einen Taktgenerator (41) und einen Zähler (43) aufweist, der fünf Zustände einnehmen kann, welche den fünf Zeitabschnitten eines Zyklus entsprechen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5. dadurch gekennzeichnet, daß logische Einrichtungen vorge sehen sind, welche mit dem Zähler (43) mil den fünf Zuständen korreliert sind, um das Signal während eines ersten Teils des Zyklus zu dem Detektor (34) zu führen, und um den Ausgang des .Schwellwert-Verstärkers (35) während eines zweiten Teils des Zyklus auf den Speicher (38) durchzuschalten.

7. Virrichiung nach einem der Ansprüche 4 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß logische F.innchtun gen vorgesehen sind, um einen Impuls zum Vor rücken auszusenden, wenn und nur wenn der abgc tastete Pegel unterhalb des Sehwellpcgels liegt und daß dieser Impuls zum Vorrücken zur Auswahl eines folgenden Kanals dient.

8. Vorrichtung nach einem Ansprüche I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine bistabile Kippstufe (52) vorgesehen ist, um den Pegel des eingespeisten kalibrierten Zwischenfrequcnzsignales auf einen anderen Wert übergehen zu lassen, und daß ein Teiler durch N(51) vorhanden ist, welcher die Impulse zum Vorrücken empfängt und mit seinem Ausgangssignal die bistabile Kippstufe (52) steuert.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Speichers (38) in der logischen Stellung (I) einen UND-Gatter (39) zur Einspeisung des kalibrierten ZF-Signales betätigt