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Verfahren zur Synchronisation von im Zeitmultiplex arbeitenden untereinander
gleichberechtigten autonomen Geberstationen Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Synchronisation von untereinander gleichberechtigten autonomen Geberstationen,
durch die einer oder mehreren Empfangsstationen Informationen auf der gleichen ,Sendefrequenz
übermittelt werden, die mindestens eine Adresse und einen Informationsinhalt umfassen,
wobei jede Geberstation einen Empfänger zur Aufnahme der von anderen zugehörigen
Geberstationen ausgesendeten H2-Energie aufweist.
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Der Datenfluß solcher vorzugsweise dem drahtlosen Steuern von beweglichen
Objekten dienenden Geberstionen erfolgt vorzugsweise in einer Richtung, nämlich
von der Geberstation zum uu-iger in dem zu steuernden Objekt.
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Aus der DU-PS 2 211 313 ist es bekannt, die Synchronisation in den
einzelner Geberstationen durch mit gestaffelten Zei-tkonstan-ten versehene Zeitkreise
zu erzielen, die dann selbsttätig auf ihre Nullstellung synchronisiert werden, wenn
in den Geberstationen ein Tonfrequenz-Auswerter das Ende einer in jedem Befehlsblock
vorhandenen Gruppe von bestimmten Tonfrequenzen erkennt und wenn gleichzeitig ein
Feldstarke-Auswerter das Vorhandensein einer den Empfang einig Hochfrequenzträgers
bestätigende Empfangsfeldstärke feststellt. Um auf Senden geschaltet zu werden,
muß der jeweilige Befehlsgeber warten bis die Zeitkonstante seines Zeitkreises abgelaufen
und zu diesem Zeitpunkt ein Hochfrequenzträger nicht vorhanden ist.
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Um eine solche Synchronisation durchführen zu können, muß also ein
Sende zyklus beendet sein. Sind beispielsweise zehn auf der gleichen Sendefrequenz
arbeitende Geberstationen zu einem.System zusammengefaßt, so muß beispielsweise
die zweite Geberstation des Systems bei ihrer Inbetriebnahme warten, bis die Sendezeit
der gerade sendenden, z.B. vierten und der nachfolgenden Geberstationen endet, das
Nullsetzen der Zeitkreise und ihr Durchlaufen bis auf die zweite Stufe der vorgesehenen
Zeitstaffelung erfolgt -ist, ehe der Eingabezustand, z.B. ein eingestellter Befehl
auf das zu steuernde Objekt übertragen werden kann. Auf diese Weise bleibt relativ
viel mögliche Sendezeit ungenutzt für eine Informationsübertragung. Die Synchronisation
wird auch dadurch erschwert, daß die zu steuernden mobilen Objekte und ihre Geberstationen
während ihres Betriebes unterschiedliche Entfernungen voneinander aufweisen, also
im Hinblick auf ihre geringe Sendeleistung in oder ohne Funkkontakt miteiEnder sind
sowie durch frende HF-Energie-Anstrahlung gestört werden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen,
durch das die Synchronisation der Geberstationen solcher Signalübertragungssysteme,
die auf einer einzigen Sendefrequenz arbeiten, schneller als bisher durchzu führen
ist. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren so auszugestalten,
daß auch bei Ortsveränderungen der Geberstationen derartiger Signalübertragungssysteme,
bei Doppelempfang, also gleicnzeitigem Empfang zweier benachbarter Geberstationen,
oder Empfang fremder HF-Energie die sichere und schnelle Synchronisation der einzelnen
Geberstationen gewährleistet ist.
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Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art ist diese
Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, daß in äeder Geberstation aufgrund von Identifizierungsmerkmalen
aus der gerade empfangenen Information und eines eigenen Identifikationsmerkmals
die eigene, die Sendezeit bestimmende Position im Systemzyklus ermittelt wird.
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Auf diese Weise erfolgt die Synchronisation der empfangenden Geberstation
bereits innerhalb des gerade ablaufenden Systemzyklus. Die bisher notwendigen Wartezeiten
bis zum Nullstellen und Wiederanlaufen der Zeitkreise entfallen, so daß ein dichterer
Informationsfluß zwischen å jeder der einzelnen Geberstationen und å jedem der von
diesen gesteuerten Objekten möglich wird.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird durch ein in einer
Geberstation aufgenommenes Identifikationsmerkmal die Aufnahme weiterer Identifikationsmerknale
in dieser Geberstation solange verhindert, bis der dieser Geberstation zugeordnete
Sendezeitabschnitt abgelaufen ist.
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Auf diese Weise wird verhindert, daß einander sich nähernde Anlagen,
die von einer dritten Anlage gleichzeitig
gehört werden, die Synchronisation
der Geberstationen stören oder unmöglich machen.
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Iiach einen weiteren NeAnal der Erfindung wird zum Zwecke der unverzüglichen
Synchronisation einer in Betrieb zu nehmenden Geberstation die HF-Abstrahlung dieser
Geberstation um eine voreinstellbare Zeit verzögert.
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Durch die Verzögerung der HF-Abstrahlung wird ermöglicht, daß die
einzuschaltende Geberstation eine dritte Geberstation hören kann, was Voraussetzung
für ihre Synchronisierung in den Systemzyklus ist. Würde beim Einschalten einer
Geberstation deren Sender sofort senden, so würde dieser Geber den bestehenden Synchronisationszyklus
stören, statt sofort in den bestehenden Zyklus intergriert zu werden.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die fiir das Aussenden
eines Informationsblockes zur Verfügung stehende Sendezeit einer Geberstation im
Sinne einer Verzögerung veränderbar.
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In einfachsten Falle wird dies durch Verlängerung der Pausezeit eines
Taktgenerators erzielt, solange ein fremder Sender HF-Energie abstrahlt. Hierdurch
wird bei sogenannten überlappenden Empfang die Pausezeit des Daktgenerators solange
verlängert, bis es der eigenen Geberstation möglich ist, die Identifikationsmerkmale
einer fremden Geberstation zu empfangen.
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Es kann aber auch die Sendezeit einer jeden Geberstation innerhalb
des fest vorgegebenen Ubertragungszeitraumes variiert werden7 um zu gewährleisten,
daß bei sich nähernden Anlagen ohne Funkkontakt bei gleichzeitigem Sendebeginn eine
Synchronisierung stattfinden kann. Dies bedingt7 daß die jeder Geberstation zugeordnete
bertragungszeit länger als der zu sendende Informationsblock ist. Das Variieren
der Sendezeit
erfolgt beispielsweise unter der Steuerung eines Zufallsgenerators.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
die einen über ein U,ÇD-Glied gesteuerten HF-Sender, einen H?-Empfänger, dem ein
Serien/Parallel-Umsetzer nachgeschaltet ist, eine auf einen Parallel/Serien-Umsetzer
wirkende Dateneingabevorrichtung und eine von einem Taktgeber beaufschlagte Steuerschaltung
zur Informationsverarbeitung aufweist, wobei das UND-Glied von der Dateneingabevorrichtung
und von der Steuerschaltung beaufschlagbar ist, weist erfindungsgemäß eine Zählvorrichtung
mit einem die eigene Identifikation verkörpernden festen Ausgang auf, deren eingang
entsprechend der empfangenen fremden Identifikation einstellbar ist, sowie einen
von den empfangenen Identifikationsmerkmal synchronisierbaren Taktgeber, der eine
feste Gaktfrequenz aufweist, die der kleinstnöglichen Sendezeit der Geberstation
oder einen ganzzeiligen Vielfachen davon entspricht, wobei durch den Taktgeber die
ZQhlvorrichtw1g zur Bestimmung der eigenen Position innerhalb der vorgegebenen Zeitstaffelung
weiterschaltbar ist, so wie einen Parallel-Serien-Umsetzer für die Ausgabe der in
der Geberstation voreingestellten Daten über den durch das Ausgabe signal der Zählvorrichtung
synchronisierten HF-Sender.
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Nach einem zweiten Ausf½ungsbeispiel der Erfindung eist die Vorrichtung
ein weiteres Schaltglied auf das zwischen dem Serien-Parallel-Umsetzer und der Zählvomrichtung
liegt, das in Abhängigkeit des in der Zahleinrichtung gespeicherten Identifikatiensmerkmals
die Aufnahme weiterer Identifikationsmerkmale verhindert, bis die ZGhleinrichtung
ein entweder das eigene Positionesignal oder ein anderes Positionsmerkmal dars-tellende
Ausgangssignal ausgegeben hat.
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Nach einem weiteren Nerknal der Erfindung wird durch das Schaltglied
bei mangelnder Identifizierbarkeit empfangener Informationen der die Zähleinrichtung
steuernde Taktgeber gestoppt.
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Um die Sendezeit einer Geberstation für das Aussenden einer Infornationsblockes
zu ändern ist erfindungsgemäß ein über einen Zufallsgenerator einschaltbares Zeitglied
vorgesehen.
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Die Einrichtung zur Informationsverarbeitung wird besonders einfach,
wenn als Zählvorrichtung ein von einem Taktgeber gesteuerter Ringzähler verwendet
wird, dessen Stellenzahl mit der Anzahl der zum System gehörenden Geberstation identisch
ist.
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Die Informationsveraroeitung besteht dann lediglich darin, daß das
vom Sender einer anderen Geberstation abgestrahlte Identifikationsmerkmal in den
Ringzähler parallel eingeschrieben und gleichzeitig der Taktgeber synchronisiert
wird. Der Taktgeber taktet den Ringzähler solange, bis der Zählerschritt mit der
eigenen fest verschalteten Identifikation der Geberstation übereinstimmt.
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Das Auggangssignal des Ringzählers schaltet dann den HF Sender ein,
über den der von der Dateneingabevorrichtung abgetastete Informationsblock ausgesendet
wird. Die Erfindung ist nachfolgend anhand dreier mehr oder minder schematisch dargestellter
Ausführungsbeispiele beschriebene Im einzelnen zeigen: Figur 1 das Blockschaltbild
einer ersten Ausführungsfort einer Schaltvorrichtung zum Einordnen der über einen
HF-Sender auszusendenden Signale einer
Geberstation in ein Zeitraster
mit der dazu gehörenden Empfangsstation; Figur 2 das Blockschaltbild einer zweiten
und dritten Ausführungsform der Schaltvorrichtung gemäß Fig. 1 und Figur 3 ein Pulsdiagrainm
für fünf Geberstationen eines auf der gleichen Sendefrequenz arbeitenden Signalübertragungssystems;
Figuren weitere Pulsdiagramme über Synchronisationsbei-4 bis 6 spiele einzelner
zum Übertragungssystem gehörender Geberstationen; Figur 7 ein Pulsdiagrammbeispiel
eines von einer Geberstation ausgesendeten Informationsblockes.
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Jede Geberstation eines auf einer einzigen Sendefrequenz arbeitenden
Signalübertragungssystems weist, wie Fig. 1 zeigt, im wesentlichen einen HF-Empfänger
1o, einen nachgeschalteten Serien/Parallel-Umsetzer 11, eine von einem Taktgeber
12 gesteuerte Steuerschaltung 13, eine auf einem Parallel-Serien-Umsetzer 14 arbeitende
Dateneingabevorrichtung 15, ein UND-Glied 16 und einen KF-Sender 17 auf.
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Der Ausgang 20 des Serien-Parallel-Umsetzer 11 ist auch zum Taktgeber
12 geführt, wälirend der Ausgang 21 der Steuerschaltung 13 zum Parallel/Serien-Umsetzer
14 und zum UND-Glied 16 führt, dessen anderer Eingang 22 mit dem genannten Parallel/Serien-Umsetzer
14 verbunden ist. Die ausgestrahlte Information, vgl. Fig. 7, wird von der zugehörigen
Empfangsstation auf dem fernzusteuernden Obekt;, z.B.. eine Lokomotiye, ein Kran
oder ähnliches,
durch einen HF-Empfänger 3o aufgenommen, über einen
Serien/Parallel-Umsetzer 31 in eine parallel anstehende Information umgewandelt
und einer Befehlsdekodierungs- und einer hdressdekodierungsschaltung 32 und 33 zugeführt
sowie über eine Befehlsausgabeeinheit 34 ausgegeben und z.B. zur Schaltung eines
Schützes benutzt.
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Damit mehrere Geberstationen eines Übertragungssystems den ihnen zugeordneten
vorzugsweise mobilen Objekten auf der gleichen Sende-Frequenz Befehle, Daten u.ä.
Signale übermitteln können, ist jedem Sender einer jeden Geberstation eine bestimmte
konstante Ubertragungezeit innerhalb eines Zeitrasters zugeteilt, während der der
Zustand der Dateneingabevorrichtung 15 abgetastet und auf die Empfangsstation des
ferngesteuernden Objektes als Informationsblock übertragen wird, Eine tbentragung
tu erfolgt also wie Figur 3 zeigt, zyklisch in genau festgelegten Zeitabständen,
wobei sowohl die tbertragungszeit als auch die zwischen zwei übertragungen liegende
Pausenzeit konstant ist. Die Pausenzeit richtet sich nach der Anzahl der zu einem
System gehörenden Signalgebern gemaß der Formel tp = to .(n-1) wobei t die Pausenzeit,
tU die Ubertragungszeit und n die Anzahl der zu einen System gehörenden Geberstationen
ist. Der innerhalb der Übertragungszeit ausgesendete Informationsblock hat den in
Figur 7 dargestellten Aufbau. Eine Wortlänge tSo umfaßt am Anfang und Ende je einen
Syn.chronisationsteiLS einen Adressteil und einen Informationsteilf Darüberhinaus
ist eine sog. Füllzeit tFüll vorgesehen, auf die noch später eingegangen werden
wird.
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Für das zeitlich nacheinander erfolgende Einschalten der einzelnen
ohne galvanische Verbindung miteinander stehenden Sender sorgt jeweils die in. den.
einzelnen Geberstationen vorgesehene Steuerschaltung 13.
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Die Steuerschaltung besteht im einfachsten Falle aus einem von dem
Taktgeber 12 getakteten Ringzähler mit einem Paralleleingang und einem festverschalteten
Ausgang. Dieser ist å jeweils mit der Stelle des Ringzählers verbunden, die dem
Identifikationsmerkmal der Geberstation entspricht. Die Stellenzahl eines jeden
Ringzählers in jeder der einzelnen Geberstationen ist daher mit der Anzahl der zum
Ubertragungssystem gehörenden Anzahl von Geberstationen identisch.
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Sobald eine Geberstation eingeschaltet wird, empfängt diese über ihren
HF-Empfänger die Adresse eines von einem Sender einer anderen Geberstation abgestrahlten
Informationsblockes, die in dem Ringzähler parallel eingeschrieben wird.
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Gleichzeitig wird dadurch der den Ringzähler taktende Taktgeber synchronisiert
und schaltet diesen schrittweise fort. Am Ausgang 21 des Ringzählers erscheint dann
ein Ausgangssignal, sobald der Zählerschritt mit der der eigenen Adresse zugeordneten
Schaltstellung übereinstimmt.
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Wird also beispielsweise die Geberstation 4 eingeschaltet, und empfängt
diese den Informationsblock der Geberstation 1, so wird der Ringzähler über die
Paralleleingabe auf die Schaltstellung 1 gestellt. Wird davon ausgegangen, daß von
den fünf dargestellten Geberstationen nur die Geberstation 1 und die Geberstation
4 in Betrieb sind, so wird nach drei Taktgeberimpulsen der Ringzähler seine Schaltstellung
4 erreichen. Diese Schaltstellung entspricht aber der eigenen Adresse; die Geberstation
4 ist nunmehr synchron im Zeitraster, so daß der HF-Sender 17 über die Leitung 21
freigegeben wird. Die Aussendung eines Informationsblockes erfolgt jedoch nur dann,
wenn gleichzeitig an dem UND-Glied 16 über die Leitung 22 ein an der Dateneingabevorrichtung
15 abgetasteter Informationsblock ansteht.
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Das in Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich
gegenüber dem in Figur 1 dargestellten lediglich durch ein zusätzliches Schaltglied
24, das zwischen dem Serien/Parallel-Umsetzer 11 und die Steuerschaltung 13 geschaltet
ist. ttber eine Leitung 25 ist das Schaltglied mit dem HF-Empfänger 1o und über
eine Leitung 26 mit dem Taktgeber 12 verbunden.
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Durch das zusätzliche Schaltglied werden verschiedene Aufgaben gelöst,
die im Zusammenhang mit den Figuren 4 bis 6 beschrieben werden.
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Stehen mehrere Anlagen, bestehend jeweils aus einer Geberstation und
einer Empfangsstation, eines solchen Ubertragungssystems soweit von einander entfernt,
daß kein Funkkontakt besteht und nähern sich diese bis wieder Punkkontakt besteht,
so können Synchronisierungsschwierigkeiten entstehen, da ein oder mehrere Sender
von anderen Sendern so die Adresse empfangen kann, daß er nie zum Senden kommt,
Sind in einem tbertragungssystems , wie Figur 4 zeigt, nur die Anlagen 2, 3 und
4 in Betrieb und ohne Funkkontakt und nähern sich der Anlage 2 derart, daß diese
zur gleichen Zeit die Anlagen 3 und 4 empfängt, jedoch die Anlagen 3 und 4 nicht
untereinander, so kommt der Sender der Anlage 2 nicht mehr zum Senden-, da der Sender
der Anlage 4 dort noch "vier tbertragungszelten" und der Sender der Anlage 3 noch
"funf Sbert-ragttgszeiten" kommandiert. Das Schaltglied 24 ist so ausge legt, daß
es nach dem Empfang der ersten Adresse den Empfang weiterer Adressen sperrt, bis
der eigene Sender gesendet hat. Nunmehr ist die Synchronisation gewährleistetda
nach dem Empfang der Adresse 4 in der Geberstation 2 der Empfang der Adresse 3 gesperrt
ist und daher die Geberstation 2 senden kann und damit die Geberstation 3 synchronisiert.
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l*Blern sich die genannten drei Anlagen gleichzeitig so, daß überlappender
Empfang eintritt, so kann keine vollständige Adresse empfangen werden, vgl. Figur
5. Durch das Schaltglied 24 wird in diesem Falle über die Leitung 26 der Taktgeber
12 im Sinne einer Verlängerung seiner Pause zeit beeinflußt. Der Sender der Geberstation
2 kann dadurch erst später senden, so daß eine Synchronisation der Sender 2 und
4 durch den Sender 3 möglich wird, vgl.
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Figur 5 unten.
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Nähern sich verschiedene Anlagen ohne PunEtontakt, die zufällig genau
zur gleichen Zeit ihre Infornationsübertragung beginnen und beenaen, so ist ebenfalls
eine Synchronisation schwierig. In Figur 6 oben ist dieser Fall dargestellt. Die
Anlagen 3 und 4 können sich nicht synchronisieren, da. der Empfänger beim Senden
des eigenen Senders nicht Empfangen kann. Um eine Systemsynchronisierung zu gewährleisten,
muß daher die Sendezeit innerhalb des fest vorgegebenen b'bertragungszeitraumes
für jeden Sender variabel und die Übertragungszeit, die jedem Sender zur Verfügung
steht, länger als die abzusendende In-Information sein. Hierzu ist, wie Figur gestrichelt
zeigt, nach einen dritten Ausführungsbeispiel ein Zufallsgenerator 35 vorgesehen,.
der über eine Leitung 36 auf das Schaltglied 24 wirkt,. und zwar in der Weise, daß
der eigene Sender sofort nach dem Ende der Abstrahlung von HF-Energie- des empfangenen
Senders und nicht erst nach dem Ende der Übertragungszeit tU, vgl. Figur 7, sendet.
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Bei Pulsabstandsmodulation der auszusendenden Information ergibt sich
bekanntlich keine konstante Wortlänge, so daß.-eine variable Füllzeit tFüll für
das Ausfüllen der Übertragungszeit tU vorhanden ist, die hier für die Synchronåsation
ausgenutzt ist.
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Beginnt also der Sender 3 sofort nach beendeter HF Abstrahlung durch
den Sender 2 - also ohne Berücksichtigung der Füllzeit tFüll - zu senden, so sendet
er zeitlich vor dem Sender 4 und hindert diesen am Senden. Das System ist synchronisiert,
vgl. Figur 6 unten.
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Der gleiche Effekt läßt sich dadurch erzielen, daß statt über den
Zufallsgenerator die Füllzeit tFÜll zu variieren diese wechselweise zu - oder abgeschaltet
wird.
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Patentansp.rüche