DE2449660C3 - Verfahren und Einrichtung zur Synchronisation von im Zeitmultiplex arbeitenden, untereinander gleichberechtigten autonomen Geberstationen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Synchronisation von im Zeitmultiplex arbeitenden, untereinander gleichberechtigten autonomen Geberstationen gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs und auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Der Datenfluß solcher vorzugsweise dem drahtlosen Steuern von beweglichen Objekten dienenden Geberstationen erfolgt vorzugsweise in einer Richtung, nämlich von der Geberstation zum Empfänger in dem zu steuernden Objekt.

Aus der DE-AS 22 11313 ist es bekannt, die Synchronisation in den einzelnen Geberstationen durch mit gestaffelten Zeitkonstanten 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 Feldstärke-Auswerter das Vorhandensein einer den Empfang eines 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.

Um eine solche Synchronisation durchführen zu können, muß also ein Sendezyklus 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 vonein-

ander aufweisen, also im Hinblick auf ihre geringe Sendeleistung in oder ohne Funkkontakt miteinander sind sowie durch fremde HF-Energie-Anstrahlung gestört werden können.

Insbesondere kann die Synchronisation auch dadurch gestört oder sogar ganz unmöglich gemacht werden, wenn zwischen einzelnen Geberstationen überhaupt kein Funkkontakt besteht, dieser jedoch für einige Geberstationen hergestellt wird, wenn gerade eine andere Geberstation sendet, die ihrerseits aber, weiterhin mit der erwähnten Geberstation keinen Funkkontakt aufweist Durch wechselseitiges Senden dieser beiden Geberstationen können von diesen gemeinsam erreichbaren Geberstationen unter Umständen teilweise ständig gesperrt werden oder zumindest in dem Synchronisierungsprozeß soweit gestört werden, daß eine ausreichende Sicherung für einen eindeutigen Sendezyklus nicht gegeben ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, durch das die Synchronisation der Geberstationen solcher Signalübertragssysteme, die auf einer einzigen Sendefrequenz arbeiten, schneller als bisher durchzuführen ist und das bei Inbetriebnahme einer Geberstation eine unverzügliche Synchronisation gewährleistet. Nach einer Weiterbildung der Erfindung soll ein solches Verfahren für sich nicht im ständigen Funkkontakt befindliche Geberstationen so ausgestaltet werden, daß auch bei Ortsveränderungen der Geberstationen derartiger Signalübertragssysteme, bei Doppelempfang, also gleichzeitigem Empfang zweier benachbarter Geberstationen, oder empfangsfremder HF-Energie die sichere und schnelle Synchronisation der einzelnen Geberstationen gewährleistet ist.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des ersten Patentanspruchs angegebenen Verfahrensschritte gelöst.

Auf diese Weise wird eine schnellere Synchronisation der einzelnen Geberstationen erzielt.

Weiterbildungen der Erfindung bei nicht ständig bestehendem Funkkontakt ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche 2 und 7.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 sind in den restlichen Unteransprüchen gekennzeichnet.

Um die Sendezeit einer Geberstation für das Aussenden eines Informationsblocks zu ändern ist ein über einen Zufallsgenerator einschaltbares Zeitglied vorgesehen.

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.

Die Informationsverarbeitung 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 so lange, bis der Zählerschritt mit der eigenen fest verschalteten Identifikation der Geberstation übereinstimmt.

Das Ausgangssignal des Ringzählers schaltet dann den HF-Sender ein, über den der von der Dateneingabevorrichtung abgetastete Informationsblock ausgesendet wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend an Hand der Zeichnung beschrieben, in der

F i g. 1 das Blockschaltbild einer Schaltvorrichtung zum Einordnen der über einen HF-Sender auszusendenden Signale einer Geberstation in ein Zeitraster mit der dazu gehörenden Empfangsstation,

F i g. 2 das Blockschaltbild einer erweiterten Ausführungsform der Schaltvorrichtung gemäß F i g. 1 und

Fig.3 ein Pulsdiagramm für fünf Geberstationen eines auf der gleichen Sendefrequenz arbeitenden Signalübertragungssystems,

F i g. 4 bis 6 weitere Pulsdiagramme über Synchronisierungsbeispiele einzelner zum Übertragungssystem gehörender Geberstationen,

F i g. 7 ein Pulsdiagramm-Beispiel eines von einer Geberstation ausgesendeten Informationsblocks zeigen.

J«xle Geberstation eines auf einer einzigen Sendefrequenz arbeitenden Signalübertragungssystems weist, wie Fig. 1 zeigt, im wesentlichen einen HF-Empfänger

10, 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 HF-Sender 17 auf.

Der Ausgang des Serien-Parallel-Umsetzers 11 ist auch zum Taktgeber 12 geführt, während der Ausgang 21 der Steuerschaltung 13 zum Parallel/Serien-Umsetzer 14 und zum UND-Glied 16 führt, dessen anderer Eingang mit dem genannten Parallel/Serien-Umsetzer 14 verbunden ist. Die ausgestrahlte Information, vergleiche F i g. 7, wird von der zugehörigen Empfangsstation auf dem fernzusteuernden Objekt, 7. B. eine Lokomotive, ein Kran oder ähnliches, durch einen HF-Empfänger 30 aufgenommen, über einen Serien/ Parallel-Umsetzer 31 in eine parallel anstehende Information umgewandelt und einer Befehlsdekodierungs- und einer Adreßdekodierungsschaltung 32 und 33 zugeführt sowie-über eine Befehlsausgabeeinheit 34 ausgegeben und z. B. zur Schaltung eines Schützes benutzt.

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 Übertragungszeit innerhalb eines Zeitrasters zugeteilt, während der der Zustand der Dateneingabevorrichtung 15 abgetastet und auf die Empfangsstation des ferngesteuerten Objekts als Informationsblock übertragen wird. Eine Übertragung tu erfolgt also wie Fi g. 3 zeigt, zyklisch in genau festgelegten Zeitabständen, wobei sowohl die Übertragungszeit als auch die zwischen zwei Übertragungen liegende Pausenzeit konstant ist. Die Pausenzeit richtet sich nach der Anzahl der zu einem System gehörenden Signalgebern gemäß der Formel t_p—to ■ (n— 1) wobei ?_pdie Pausenzeit todie Übergangszeit und η die Anzahl der zu einem System gehörenden Geberstationen ist. Der innerhalb der Übertragungszeit ausgesendete Informationsblock hat den in F i g. 7 dargestellten Aufbau. Eine Wortlänge twon umfaßt am Anfang und Ende je einen Synchronisationsteil, einen Adreßteil und einen Informationsteil. Darüber hinaus ist eine sogenannte Füllzeit tpoii vorgesehen, auf die rioch später eingegangen werden wird.

Für das zeitlich nacheinander erfolgende Einschalten der einzelnen ohne galvanische Verbindung miteinander stehenden Sender sorgt jeweils die in den einzelnen Geberstationen vorgesehene Steuerschaltung 13.

Die Steuerschaltung besteht im einfachsten Falle aus

einem von dem Taktgeber 12 getakteten Ringzähler mit einem Paralleleingang und einem festverschalteten Ausgang. Dieser ist 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 Übertragungssystem gehörenden Anzahl von Geberstationen identisch.

Sobald eine Geberstation eingeschaltet wird, empfängt diese über ihren HF-Empfänger die Adresse eines von einem Sender einer anderen Geberstation abgestrahlten Informationsblocks, die in dem Ringzähler parallel eingeschrieben wird. Gleichzeitig wird dadurch der den Ringzähler taktende Taktgeber synchronisiert und schaltet diesen schrittweise fort. Am Ausgang 21 des Ringzählers erscheint dann ein Ausgangssigna!, sobald der Zählerschritt mit der der eigenen Adresse zugeordneten Schaltstellung übereinstimmt.

Wird also beispielsweise die Geberstation 4 eingeschaltet, und empfängt diese den Informationsbiock 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 Informationsblocks erfolgt jedoch nur dann, wenn gleichzeitig an dem UND-Glied 16 über die Leitung 22 ein an der Dateneingabevorrichtung 15 abgetasteter Informationsblock ansteht.

Das in F i g. 2 dargestellte Blockschaltbild unterscheidet sich gegenüber dem in F i g. 1 dargestellten lediglich durch ein zusätzliches Schaltglied 24, das zwischen dem Serien/Parallel-Umsetzer 11 und die Steuerschaltung 13 geschaltet ist. Über eine Leitung 25 ist das Schaltglied mit dem HF-Empfänger 10 und über eine Leitung 26 mit dem Taktgeber 12 verbunden.

Durch das zusätzliche Schaltglied werden verschiedene Aufgaben gelöst, die im Zusammenhang mit den F i g. 4 bis 6 beschrieben werden.

Stehen mehrere Anlagen, bestehend jeweils aus einer Geberstation und einer Empfangsstation, eines solchen Übertragungssystems so weit voneinander entfernt, daß kein Funkkontakt besteht und nähern sich diese bis wieder Funkkontakt besteht, so können Synchronisierungsschwierigkeiten entstehen, da ein oder mehrere Sender von anderen Sendern so die Adresse empfangen kann oder können, daß er nie zum Senden kommt. Sind in einem Übertragungssystem, wie F i g. 4 zeigt, nur die Anlagen 2,3 und 4 in Betrieb und ohne Funkkontakt und nähern sich die Anlagen3 und 4 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 Übertragungszeiten« und der Sender der Anlage 3 noch »fünf Übertragungszeiten« kommandiert. Das Schaltglied 24 ist so ausgelegt, daß es nach dem Empfang der ersten Adresse den Empfang weiterer Adressen sperrt, bis der eigene Sender gesendet hat. Nunmehr ist die Synchronisation gewährleistet, da 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.

Nähern sich die drei Anlagen 1, 2, 3 gleichzeitig so, daß überlappender Empfang eintritt, so kann keine vollständige Adresse empfangen werden, vergleiche F i g. 5. Durch das Schaltglied 24 wird in diesem Falle über die Leitung 26 der Taktgeber 12 im Sinne einer Verlängerung seiner Pausezeit beeinflußt. Der Sender der Geberstation 1 kann dadurch erst später senden, so daß eine Synchronisation der Sender 3 und 1 durch den Sender 2 möglich wird, vergleiche F i g. 5 unten.

Nähern sich verschiedene Anlagen ohne Funkkontakt, die zufällig genau zur gleichen Zeit ihre Informationsübertragung beginnen und beenden, so ist ebenfalls eine Synchronisation schwierig. In F i g. 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 Übertragungszeitraums für jeden Sender variabel und die Übertragungszeit, die jedem Sender zur Verfugung steht, langer als die abzusendende Information sein. Hierzu ist, wie F i g. 2 gestrichelt zeigt, ein Zufallsgenerator 35 vorgesehen, der über eine Leitung 36 auf das Schaltglied 24 wirkt, und zwar in der Weise, daß eigene Sender, sofort nach dem Ende der Abstrahlung von HF-Energie des empfangenen Senders und nicht erst nach dem Ende der Übertragungszeit ta vergleiche F i g. 7, sendet.

Bei Pulsabstandmodulation der auszusendenden Information ergibt sich bekanntlich keine konstante Wortlänge, so daß eine variable Füllzeit tFoii für das Ausfüllen der Übertragungszeit to vorhanden ist, die hier für die Synchronisation ausgenutzt ist

Beginnt also der Sender 3 sofort nach beendeter H F-Abstrahlung durch den Sender 2 — also ohne Berücksichtigung der Füllzeit tFaii — zu senden, so sendet er zeitlich vor dem Sender 4 und hindert diesen am Senden. Das System ist synchronisiert, vergleiche F i g. 6 unten.

Der gleiche Effekt läßt sich dadurch erzielen, daß statt über den Zufallsgenerator die Füllzeit tFaii zu variieren diese wechselweise zu- oder abgeschaltet wird.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Synchronisation von im Zeitmultiplex arbeitenden, untereinander gleichberechtigten autonomen Geberstationen, durch die einer oder mehreren Empfangsstationen Informationen, die mindestens eine Adresse und einen Informationsinhalt umfassen, auf der gleichen Sendefrequenz übermittelt werden, wobei jede Geberstation einen Empfänger zur Aufnahme der von anderen zugehörigen Geberstationen ausgesendeten HF-Energie und der die Empfangsstation zuordnenden Adresse aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in den empfangenden Geberstationen aus der Adresse is die Position der gerade sendenden Geberstation innerhalb des Sendezyklus bestimmt und in Relation mit der eigenen Position gesetzt wird, die ihrerseits durch ihre eigene Adresse bestimmt ist und daß nach Aufnahme einer Adresse die Auswertung weiterer Adressen gesperrt wird, bis nach einer Zeit, die durch den Abstand der beiden Positionen innerhalb des Sendezyklus vorgegeben ist, die bisher auf Empfang geschaltete Geberstation gesendet hat; und daß zum Zwecke der unverzüglichen Synchronisation einer in Betrieb zu nehmenden Geberstation die HF-Abstrahlung dieser Geberstation um eine voreinstellbare Zeit verzögert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für das Aussenden eines Informationsblocks zur Verfügung stehende Sendezeit (tu) einer Geberstation (1 bis n) im Sinne einer Vergrößerung verändert wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendezeit einer jeden Geberstation (1 bis n) variiert, vorzugsweise verlängert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei variabler Wortlänge eines auszusendenden Informationsblocks die der Auffüllung der festen Übertragungszeit (^dienende Füllzeit (tFaii) zum Zwecke der Synchronisation gesteuert verändert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllzeit (tFüii) wahlweise zu oder abgeschaltet wird.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem über ein UND-Glied gesteuerten HF-Sender, einem HF-Empfänger, dem ein Serien/Parallel-Umsetzer nachgeschaltet ist, einer auf einen Parallel/Serien-Umsetzer wirkenden Dateneingabevorrichtung und einer von einem Taktgeber beaufschlagten Steuerschaltung zur Informationsverarbeitung, wobei das UND-Glied von der Dateneingabevorrichtung und von der Steuerschaltung beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (13) eine Zählvorrichtung (Ringzähler) mit einem die eigene Identifikation verkörpernden festen Ausgang (21) aufweist, deren Eingang (Paralleleingabe) entsprechend der empfangenen fremden Identifikation einstellbar ist, daß ein von einem von dem empfangenen Identifikationsmerkmal synchronisierbaren Taktgeber (12) mit der Steuerschaltung verbunden ist, der eine feste Taktfrequenz aufweist, die der kleinstmöglichen Sendezeit (tu) der Geberstation (1 bis n)oder einem ganzzahligen Vielfachen davon entspricht und durch den die Zählvorrichtung zur Bestimmung der eigenen Position weiterschaltbar ist, daß der Parallel/Serien-Umsetzer (14) für die Ausgabe der in der Geberstation voreingesteHten Daten (Dateneingabe 15) über den durch das über das UND-Glied (16) geleitete Ausgabesignal der Steuerschaltung (Zählvorrichtung in 13) synchronisierbaren HF-Sender (17) ebenfalls mit dem UND-Glied verbunden ist und daß der Steuerschaltung (13) ein Schaltglied (24) zugeordnet ist, durch das die Aufnahme weiterer Identifikationsmerkmale verhindert wird bis das in der Zählvorrichtung gespeicherte Identifikationsmerkmal als eigenes Positionssignal darstellendes Ausgabesignal ausgegeben ist, und daß die HF-Abstrahlung einer einzuschaltenden Geberstation um eine voreinstellbare Zeit verzögert

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltglied (24) auch mit dem Taktgeber (12) verbunden ist, um bei mangelnder Identifizierbarkeit empfangener Informationen den Taktgeber zu stoppen.