DE2322921C2

DE2322921C2 - Hochfrequenz-Kommunikationssystem

Info

Publication number: DE2322921C2
Application number: DE2322921A
Authority: DE
Inventors: Quintin Visser Ashtead Surrey Davis; David James Reginald Tamworth Martin
Original assignee: University of Surrey; Coal Industry Patents Ltd
Current assignee: University of Surrey; Coal Industry Patents Ltd
Priority date: 1972-05-09
Filing date: 1973-05-07
Publication date: 1983-06-01
Also published as: AU5521473A; DE2322921A1; CA989013A; US3916311A; GB1371291A

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochfrequenz-Kommunikationssystem, insbesondere für den untertägigen Bergbau oder den Tunnelbau, mit einem Hauptsender, der an eine Hauptübertragungsleitung angeschlossen ist, und mindestens einer beweglichen Station, die in der Nähe der Hauptübertragungsleitung angeordnet ist und in Funkverbindung mit dieser steht.

Derartige Hochfrequenz-Kommunikationssysteme verwenden zur Übertragung von Funksignalen über größere Distanzen Übertragungsleitungen, die zur Übertragung von Hochfrequenzsignalen geeignet sind. Derartige Systeme sind in den GB-PS 12 48 222, 48 223 und 12 39 231 beschrieben. Die Übertragungsleitungen derartiger Systeme sind absichtlich mit einer unvollkommenen äußeren Abschirmung versehen. Sie können beispielsweise als Koaxialkabel mit perforiertem äußerem Leiter ausgebildet sein, so daß die Signale des inneren Leiters außerhalb der Leitung ein elektromagnetisches Feld aufbauen können, das durch bewegliche Empfänger, die sich in der Nähe der Übertragungsleitung befinden, aufgefangen werden kann.

Verschiedene Ausführungsformen von Oberfragungsleitungen der genannten Art sind vorgeschlagen worden. Insbesondere sind Koaxialkabel verwendet worden, die mit einem geflochtenen äußeren Leiter versehen sind, wobei das Geflecht dieses äußeren Leiters so grobmaschig ausgeführt ist, daß sich ein is verhältnismäßig geringer Abschirmeffekt ergibt In der GB-PS 12 35 888 ist vorgeschlagen worden, ein Koaxialkabel mit einem als Folie ausgebildeten Außenleiter zu verwenden, wobei in der Folie über die Länge der Leitung Löcher oder Schlitze vorgesehen sind. Um eine gerichtete Aussendung der Signale zu erzielen, ist gemäß einer anderen Ausführungsform vorgeschlagen worden, in dem äußeren Leiter einen sich in Längsrichtung der Leitung erstreckenden Schlitz vorzusehen, so daß die Signale nur an der mit dem Schlitz versehenen Seite der Leitung austreten können. Als Übertragungsleitungen können jedoch nicht nur Koaxialkabel verwendet werden, sondern auch zweiadrige bandartige Kabel, in denen zwei Leiter mit Abstand zueinander in einem Dielektrikum eingebettet sind.
Die bei derartigen Hochfrequenz-Kommunikationssystemen verwendeten Frequenzen liegen normalerweise zwischen 26 und 500 MHz. Die beweglichen Empfänger des Systemes sind auch mit Sendern versehen, so daß sie bewegliche Stationen bilden, von denen her eine Zweiweg-Kommunikation mit der Hauptstation bzw. mit anderen beweglichen Stationen möglich ist. Normalerweise ist es notwendig, daß die Signale in zwei Kommunikationsrichtungen gleichzeitig weitergeleitet werden, so daß die Hauptstation als Relais verwendbar ist, das die vok einer beweglichen Station empfangenen Signale an eine oder mehrere andere bewegliche Stationen zurücksendet, oder das ein Signal an andere bewegliche Stationen abgibt, das anzeigt, daß das System belegt ist.

In diesen Fällen müssen in der Übertragungsleitung vorhandene Verstärker dazu in der Lage sein, Signale in zwei Richtungen gleichzeitig zu verstärken. Dies macht es erforderlich, daß der Verstärker in beiden Richtungen getrennte Verstärkungswege aufweist und daß in beiden Kommunikationsrichtungen unterschiedliche Frequenzen verwendet werden, so daß die Signale mit Hilfe von elektrischen Filtern voneinander getrennt und durch die jeweiligen Verstärkungswege geleitet werden können. In diesem Zusammenhang ist hervorzuheben, daß durch die Filter und die entgegengesetzt gerichteten Verstärkungswege in den Verstärkern für die gleichzeitige Verstärkung der Signale in beiden Kommunikationsrichtungen die Kosten für die Verstärker und damit für das gesamte Kommunikationssystem erheblich gesteigert werden.

Es sind auch Systeme bekanntgeworden, die insofern nicht einfach ausgebildet sind, als eine Vielzahl von Hauptstationen benötigt wird, die in geeigneter Weise derart verteilt angeordnet sind, daß sie zwischen sich den gesamten benötigten Sendebereich einschließen. Diese Hauptstationen werden gleichzeitig entweder über die Übertragungsleitung selbst oder über gesonderte, extra für diesen Zweck vorgesehene Leitungen

»esteuert

Alle diese Systeme haben Nachteile im Hinblick auf ien komplexen Aufbau und die erhöhten Kosten für die Gerätschaften, Diese Nachteile resultieren zum größten Teil aus dem Erfordernis, gleichzeitig eine Übertragung, eine Verstärkung und einen Empfang von Signalen berücksichtigen zu müssen, die die Übertragungsleitung in entgegengesetzten Richtungen durchlaufen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, das Hochfrequenz-Kommunikationssystem der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß es einfach und kostensparend und dennoch betriebssicher ausgebildet werden kann, insbesondere soll die Notwendigkeit entfallen, auf der Länge der Hauptübertragungsleitung eine Vielzahl von Sendern oder Frequenzumsetzern anzuordnen und bidirektionale Verstärker zu verwenden. Außerdem soll die Länge und Anzahl von Hochfrequenz führenden Leitungen auf ein Minimum begrenzt werden, da diese Leitungen oberhalb einer gewissen Länge wiederum Verstärker benötigen.

Diese Aufgabe wird durch die Kennzeichenmerkmale des Patentanspruches! gelöst.

Das erfindungsgemäße System hat den Vorteil, daß die beim Stande der Technik benötigte Vielzahl von auf die Länge der Hauptübertragungsleitung verteilten Sendern oder Frequenzumsetzern nicht erforderlich ist, wodurch auch die damit verbundenen Gleichlaufprobleme entfallen. Auch die Verwendung bidirektionaler Verstärker ist nicht erforderlich. Insgesamt ergibt sich also ein erheblich verminderter apparativer Aufwand. Für die zur Verbindung des Empfängerausganges mit dem Hauptsender dienende Steuerleitung kann eine einfache Tonfrequenzleitung verwendet werden.

Es ist allerdings aus der US-PS 34 58 661 ein Computersystem bekannt, bei der von der Zentraleinheit eine Ringleitung aus- und wieder zu ihr zurückgeht, in die mehrere Anschlüsse für Terminals sowie auch Verstärker eingeschleift sind. Weiterhin sind By-pass-Schaltungen vorhanden, mit deren Hilfe defekte oder ausgefallene Terminalanschlüsse oder Verstärker überbrückt were' in können. Durch diese Maßnahme soll eine Beeinträchtigung des breitbandigen Datenflusses zum Eingang der Zentraleinheit verhindert werden. Wenn auch bei einem solchen System die Datenbandbreite verhältnismäßig hoch ist, so wird doch bei ihnen eine Hochfrequenz zur Datenübertragung nicht verwendet, während beim Kommunikationsiystem gemäß der Erfindung im Bereich der Hauptübertragungsleitung ein hochfrequenter Träger für die drahtlose Übertragung der zu übermittelnden Signale zu und von den beweglichen Stationen verwendet wird. Auch fehlt dem zum Stande der Technik gehörigen System die beim Gegenstand der Erfindung am Ende der Hauptübertragungsleitung stattfindende Demodulation der von der den beweglichen Stationen ausgehenden hochfrequenten Signale und ihre demodulierte bzw. trägerfrequente Rückführung zum Hauptsender.

Falls mehrere, von der Hauptübertragungsleitung entfernt liegende Bereiche bedient werden müssen, sind an die Hauptübertragungsleitung Zwcigübertragungsleitungen angeschlossen. Je nach Länge der Zweigübertragungsleitungen sind in den Zweigübertragungsleitungen ein oder mehrere Verstärker angeordnet. Die Zweigübertragungsleitungen enden entweder an eigenen Empfängern, deren Ausgänge untereinander ver-bi bunden sind und über eine gemeinsame Verbindungsoder Steuerleitung mit dem Modulationseingang des HauDtsenders verbund*· η sind, oder sind direkt mit dem Ausgang des Empfängers am Ende der Hauptübertragungsleitung verbunden.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unhand der Zeichnung näher erläutert, in der

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform des Hochfrequenz-Kommunikationssystemes gemäß der Erfindung ohne Zweigübertragungsleitungen und

Fig.2 in schematischer Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel des Hochfrequenz-Kommunikationssystemes gemäß der Erfindung mit Zweigübertragungsleitungen zeigen.

Die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele sind zur Verwendung in einem Kohlenbergwerk vorgesehen, wo eine Kommunikation zwischen einer Hauptstation und einer Vielzahl von Punkten erfolgen soll, die in einer Strecke liegen, die zu einem Kohlenstreb führt

Das Jn F i g. 1 der Zeichnung dargestellte System weist einen Hauptsender 1 auf, der mit einem Empfanget 2 über eine Hauptübertragungsleitung 3 in Verbindung steht, die als Koaxialk:,>2l ausgebildet ist Das Koaxialkabel der Hauptübe/tra^ungsieilung 3 weist einen lose gewickelten äußeren Leiter auf. Infolgedessen können die von der Übertragungsleitung übertragenen Signale entlang der Übertragungsleitung durch den lose gewickelten äußeren Leiter hindurchtreten. Die Hauptübertragungsleitung 3 ist in der Strecke bzw. in dem Tunnel angeordnet Der Abstrahl-Effekt der Übertragungsleitung ist so stark, daß die Signale durch bewegliche Empfänger aufgefangen werden können, beispielsweise von der beweglichen Station 4, die irgendwo in der Strecke bzw. in dem Tunnel angeordnet ist. Der Hauptsender 1 wird von einem Steuerstand 5 her über ein Kabel 6 gesteuert. Der Empfänger 2 steht über eine Verbindungs- oder Steuerleitung 7 mit dem Kabel 6 und über dieses mit dem Sender 1 in Verbindung. Die Verbindungs- oder Steuerleitung 7 kann als einfache und billige Leitung in Art einer Telefonleitung ausgeführt sein, da die über diesen Weg übertragenen Signale auf Tonfrequenz umgeformt worden sind.

Die bewegliche Station 4 enthält nicht nur einen Empfänger zum Empfang der von der Hauptübertragungsleitung 3 abgestrahlten Signale, sondern auch einen Sender zum Aussenden von Signalen an die Hauptübertragungsleitung 3, wobei diese Signale eine andere Frequenz haben als die empfangenen Signale. In bestimmten Abständen entlang der Hauptübertragungsleitung 3 sind mehrere Verstärker 8, 9 und 10 angeordnet, deren Anzahl von der Länge der Übertragungsleitung und von der Dämpfung entlang der Übertragungsleitung abhängig ist. Die Verstärker sind in einer Richtung wirkend ausgebildet und erlauben ϊίπο.ι Durchgang von Signalen mit Funkfrequenz nur in einer Richtung, d. h. vom Sender 1 zum Empfänger 2. Signale in der entgegengesetzten Richtung werden blockiert. Der Verstärker kann außerdem eine Filterschaitung aufweisen, durch die sichergestellt wird, daß nur Signale in einer bestimmten Bandbreite durchgelassen werden. Beim Ausführungsbeispiel muß diese Bandbreite die Frequenzen 72 und 85MH? umfassen. Die Verstärker 8, 9 und 10 benötigen zu ihrem Betrieb selbstverständlich Leistung. Dieser Leistungsbedarf wird nach Möglichkeit gering gehalten, damit die Verstärker über die Hauptübertragungsleitung 3 versorgt werden können. Ebenso ist die Leistungsaufnahme des Empfängers 2 vorzugsweise verhältnismäßig nied-

rig, so daß auch dieser über die Hauptiibertragungsleilung 3 versorgt werden kann.

In bestimmten Fällen kanu es zweckmäßig sein, die Steuersiation 5 mit dem Hauptsender 1 oder mit dem Empfänger 2 zu kombinieren. In anderen Fällen kann sie in einiger Entfernung angeordnet sein, bei Bergwerksbetrieben beispielsweise an der Tagesoberfläche.

Bei Betätigung der Vorrichtung werden von der Steuerstation 5 her Signale über die Leitung 6 an den Hauptsender 1 gegeben, der die Signale mit einer ersten Funkfrequenz f\ (72MHz) über die Hauptübertragungsleitung 1 an den Empfänger 2 sendet. Die Signale werden von der Hauptübertragungsleitung 3 entlang deren Länge abgestrahlt und an jedem der Verstärker 8, 9 und 10 verstärkt. Jede bewegliche Station 4, deren Empfänger eingeschaltet und auf die Frequenz (\ abgestimmt ist, nimmt diese Signale auf und wandelt sie in hörbare Sprachsignale um. Der Teilnehmer an der beweglichen Station 4 kann auf empfangene Nachrichten antworten, indem er den Sender der beweglichen Station 4 betätigt. Dieser Sender wandelt Signale von Tonfrequenz in Funksignale von einer zweiten Frequenz /2 (85 MHz) um, die von der beweglichen Station 4 ausgesendet werden und von der Hauptübertragungsleitung 3 aufgenommen werden. Die Signale mit der Frequenz (2 können sich entlang der Hauptübertragungsleitung 3 nur in Richtung auf den Empfänger 2 bewegen, da jede Bewegung in entgegengesetzter Richtung durch den nächstliegenden nur in einer Richtung wirkenden Verstärker blockiert würde. Wenn das Signal (2 den Empfänger 2 erreicht, wird es nach Demodulation über die Steuerleitung 7 zurück an die Steuerstation 5 übertragen.

Bei Anlagen der beschriebenen Art, bei denen die Frequenzen f\ und /2 hinreichend weit voneinander entfernt sind, ist es möglich, die Anlage in einer Art »Durchsprechbetrieb« zu betreiben, bei dem die Ausgangssignale des Empfängers 2 über die Steuerleitung 7 an den Hauptsender 1 zurückgeführt werden, so daß alle in der Frequenz (2 empfangenen Signale in der Frequenz f\ zurückgesendet werden. Dies ermöglicht eine direkte Zweiweg-Kommunikation zwischen beweglichen Stationen 4, wobei der Empfänger 2 und der Hauptsender 1 mit den Verstärkern 8,9 und 10 als Relais dienen.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 1 bezieht sich auf einen einfachen Tunnel, bei dem der infrage kommende Bereich durch eine einzige Übertragungsleitung versorgt werden kann, die sich direkt zwischen dem Hauptsender 1 und dem Empfänger 2 erstreckt. In vieler Fällen ist es jedoch notwendig, zwei oder mehr parallele oder abzweigende Tunnel zu bedienen. In diesen Fällen reichen einzelne Sender und Empfänger aus; jedoch muß sich die Übertragungsleitung 3 ausgehend vom Hauptsender 1 teilen und sich beim = Empfänger 2 erneut vereinigen, nachdem sie verschiedene Wege durchlaufen hat, wobei in jedem Weg gesonderte Reihen von Verstärkern angeordnet sind.

Falls eine Strecke oder ein Tunnel mit Abzweigen versehen sind oder sich teilen, ohne sich nachfolgend wieder zu vereinigen, ist es notwendig und auch praktikabel, jede Zweigübertragungsleitung an einem gesonderten Empfänger enden zu lassen, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, auf die nunmehr Bezug genommen wird.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 sind drei Zweigübertragungsleitungen H₁ 12 und 13 dargestellt. Die erste dieser Zweigübertragungsleitungen ist nur kurz und endet an einem Empfänger 14, ohne daß in diese Zweigübertragungsleitung vorher ein Verstärker eingeschaltet ist. Die Zweigübertragungsleitungen 12 und 13 sind jeweils langer und enden an gesonderten Empfängern 15 und 16. |ede dieser Zweigübertragungsleitungen 15 und 16 weist mindestens einen Verstärker 17 auf. Jeder der örtlichen Empfänger 14, 15 und 16 ist über örtliche Verbindungsleitungen 18, 19 und 20 an eine gemeinsame Verbindungs· und Steuerleitung 21 angeschlossen. Die gemeinsame Steuerleitung 21 steht mit dem Lmplänger 2 und über diesen mit der Verbindungs- oder Steuerleitung 7 in Verbindung. Alternativ kann sich die gemeinsame Steuerleitung 21 auch direkt zum Hauptsender 1 erstrecken, wie bei 22 dargestellt ist. Gegebenenfalls können die Leitungen 18, 19 und 20 auch über die Hauptübertragungsleitung 3 selbst in Verbindung stehen. Falls die von der Hauptübertragungsleitung abzweigende Zweigübertragungsleitung kurz ist, beispielsweise kurzer als 500 Meter, wäro es nicht angemessen, diese kurze Zweigübertragungsleitung an einem gesonderten Empfänger enden zu lassen. In diesem Falle ist es vielmehr zweckmäßiger, die von dieser Zweigübertragungsleitung aufgenommenen Signale zurück zur Hauptübertragungsleitung zu führen und dort in den vorhandenen Signalfluß einzugeben.

Falls zwei oder mehr gesonderte Hochfrequenz-Kommunikationssysteme mit unterschiedlichen Frequenzen zur Bedienung des gleichen Tunnels verwendet werden sollen, ist es möglich, daß alle diese Systeme die gleiche Hauptübertragungsleitung 3 und die gleichen Verstärker 8, 9 und 10 verwenden. Die Verstärker müssen hierbei selbstverständlich für alle auftretenden Frequenzen ausgelegt sein.

Obwohl sich die oben aufgeführten Ausführungsbeispiele auf eine Anwendung der Erfindung im untertägigen Bergbau bezieht, kann die Erfindung selbstverständlich auch anderswo angewendet werden. Sie beschränkt sich also nicht auf die Verwendung im untertägigen Bergbau oder dergleichen. Die Erfindung kann überall, wie beispielsweise an Straßen oder an Schienensträngen verwendet werden, wobei die Übertragungsweg seitlich an der Straße oder dem Schienenstrang aufgespannt wird und die beweglichen Stationen auf der Straße oder der Schiene beweglich sind. Das System gemäß der Erfindung eignet sich insbesondere für Notrufanlagen, da eine Verständigung nicht nur von bestimmten Sprechstellen her beispielsweise von Telefonanschlüssen her möglich ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Hochfrequenz-Kommunikationssystem, insbesondere für den untertägigen Bergbau oder den Tunnelbau, mit einem Hauptsender, der an ein Ende einer nicht oder unvollständig abgeschirmten Hauptübertragungsleitung angeschlossen ist, und einem Empfänger, der an ein Ende der Hauptübertragungsleitung angeschlossen ist, sowie mit mindestens einer in der Nähe der Hauptübertragungsleitung beweglichen Station, die einen Empfänger zur Aufnahme der von der Hauptübertragungsleitung abgegebenen Signale und einen Sender zur Abgabe von Signalen an die Hauptübertragungsleitung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptübertragungsleitung (3) wenigstens einen nur in einer Richtung wirkenden Verstärker (8,9,10) aufweist und daß eine gesondert zurückgeführte Steuerleitung (7) den Ausgang des an das senderferne Ende der Hauptübertragungsleitung (3) angeschalteten, das hochfrequente Eingangssignal demodulierenden Empfängers (2) mit dem Hauptsender (1) zu dessen Modulation verbindet, wobei der Hauptsender (1) Signale in einer ersten Funkfrequenz (f\) aussendet und die beweglichen Stationen Signale mit einer zweiten, von der ersten unterschiedlichen Funkfrequenz (72) an die Hauptübertragungsleitung (3) zurücksenden und der oder die Verstärker (8, 9, 10) für eine Bandbreite ausgelegt sind, die die erste (Tl) und die zweite (f2) Funkfrequenz umfaßt.

2.System nach Anspruch !,gekennzeichnet durch wenigstens eine an die Hauptfibertragungsleitung (3) angeschlossene Zweigübertragungsleitung (11, 12, 13), durch einen am Ende der Zweigübertragungsleitung (11,12,13) angeordneten örtlichen Empfänger (14, 15, 16) und eine Verbindungsleitung (18,19, 20) zwischen dem Ausgang des örtlichen Empfängers (14,15,16) und dem Ausgang des Empfängers (2) an der Hauptübertragungsleitung (3).

3. System nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß jede Zweigübertragungsleitung (11, 12, 13) unmittelbar über eine zugeordnete Verbindungsle'-tung (18,19,20) mit dem Eingang des Empfängers (2) der Hauptübertragungsleitung (3) in Verbindung steht.

4. System nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweigübertragungsleitungen (11, 12, 13) mit in einer Richtung wirkenden Verstärkern (17) versehen sind.