DE2453647A1 - Informationsuebertragungssystem fuer drahtlose uebertragung - Google Patents

Informationsuebertragungssystem fuer drahtlose uebertragung

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DE2453647A1 DE19742453647 DE2453647A DE2453647A1 DE 2453647 A1 DE2453647 A1 DE 2453647A1 DE 19742453647 DE19742453647 DE 19742453647 DE 2453647 A DE2453647 A DE 2453647A DE 2453647 A1 DE2453647 A1 DE 2453647A1
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    • G01S13/75—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems using transponders powered from received waves, e.g. using passive transponders, or using passive reflectors
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Description

D.FV.-ING. KLAUS Bt-HN '
DIPL.-PHYS. ROBERT MÜNZHUBER JL H 0 0 U H I
PATENTANWÄLTE
a MÖNCHEN 22 WIDENMAYERSTRASSE 6 ·
TEL. (08S) 22 25 3Ö - 29 51 92
A 23374 Ml/ib 12· November 1974
Herr Kjeil Olow Ingemar OLSSON, Saningsvägen 17, S-174 44 Järfälla, Schweden
Informationsübertragungssystem für drahtlose Übertragung
Die Erfindung betrifft ein Informationsübertragungssystem für drahtlose Übertragung, welches eine Abfrägestatlon aufweist, von der ein'Hochfrequenzsignal als Abfragesignal ausgesandt wird, das eine Antworteinheit auffängt, und in welchem ein modifiziertes Hochfrequenzsignal, das die an die Abfragestation zu übertragende Information enthält, rückübertragen wird.
Ein derartiges System kann z.B. für das Erkennen von Eisenbahnfahrzeugen eingesetzt werden, wobei die Abfragestation fest installiert ist und sich die Antworteinheit auf den zu erkennenden Waggons befindet und somit an der Abfragestation vörbeiläuft. Die Antworteinheit soll für solche Zwecke eine passive Einheit sein? in dem Sinne, daß für ihre Punktion keine Energiezufuhr benötigt wird. Die Antworteinheit braucht auch nicht erneut programmiert werden zu können.
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In einem anderen Anwendungsbeispiel kann das System dazu verwendet werden, Zugführern und Wagenlenkern eine Verkehrsinformation .zu übermitteln, wobei die Abfragestation dann auf dem beweglichen Gefährt untergebracht ist, während die Antworteinheit ortsfest steht. Auch in einem solchen Fall ist es erforderlich, die Antworteinheit als passive Einheit zu gestalten. Es kann nötig sein, dabei die Antworteinheit erneut programmierbar zu machen, z.B. um eine Maximalgeschwindigkeit anzuzeigen, die je nach Witterungsbedingungen, Glätte der Strasse usw. unterschiedlich ist. Um die Antworteinheit umprogrammieren zu können, kann es erforderlich sein, sie mit einer Energiequelle zu versehen z.B. in Gestalt einer kleinen Batterie oder sie an eine äußere Energiequelle während des Umprogrammierens anzuschließen.
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art wird ein Abfragesignal übertragen, dessen Frequenz linear mit der Zeit sich ändert und das während jedes derartigen Durchlaufs eine Anzahl unterschiedlicher Frequenzen hat. Die Antworteinheit besteht aus einer Anzahl von Hohlräumen, die auf bestimmte Frequenzen des Ähfragesignäls abgestimmt sind, wobei diese Hohlräume diese Frequenzen an eine Antenne abgeben, damit sie auf die Abfrageeinheit zurückübertragen werden. Die Wirkungsweise ist so, daß die Energie nur für solche Frequenzen ausreicht, die mit der Resonanzfrequenz der Hohlräume übereinstimmen und die dann rückübertragen werden, während die Energie der übri-
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gen Frequenzen in.derAntworteinheit vernichtet wird. Die Information steckt dann in der Frequenz, die rückübertragen wird.
Eine derartige Antworteinheit ist vollkommen passiv und in ihrem Aufbau robust, jedoch ist die Einrichtung insgesamt gesehen verhältnismäßig kompliziert und teuer wegen der benötigten variierenden Frequenz auf der Übertragerseite und wegen der förmlichen Gestaltung der Antworteinheiten, da für jede Antworteinheit eine spezielle Kombination aus einer großen Anzahl genau abgestimmter Resonanzhohlräume vorhanden sein muß. Es ist außerdem nicht zu vermeiden, daß übertragene Energie auch an anderen, in der Nahe der Antworteinheiten stehenden Objekten reflektiert wird, wodurch dann das Lesen des Antwortendes erschwert oder gar unmöglich gemacht wird und weshalb außerdan der Wirkungsgrad,.das heißt das Verhältnis von rückgesandter zu ausgesandter Energie, sehr niedrig ist. Die aus einer derartigen. Einrichtung bekannte Antworteinheit kann nicht neu programmiert werden sondern muß als Ganzes ausgewechselt werden, wenn, der Antwortcode geändert werden soll. ■
Es ist weiterhin bekannt/ als Abfragesignal ein kontinuierliches oder pulsierendes Signal einer einzigen Frequenz zu verwenden. Für einen solchen Fall besitzt die Antworteinheit wenigstens einen Oszillator. Der Oszillator wird dazu benötigt, ein Antwortsignal mit einer Frequenz zu erzeugen, die sich von der des Abfragesignals unterscheidet. Die Oszillatoren- können
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auch dazu eingesetzt werden, eine kodierte Botschaft zu übermitteln, wobei der Code aus verschiedenen Frequenzen in ähnlicher Weise wie das Antwortsignal zusammengesetzt sein kann, welche durch die bereits genannten Resonanzhohlräume gebildet werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Informationsübertragungssystem dieser Art zu schaffen, welches ein kontinuierliches oder pulsierendes Signal einer einzigen Frequenz als Abfragesignal verwendet und ein Antwortsignal erzeugt, das eine Frequenz hat, die eine Harmonische der Frequenz des Abfragesignals ist, wobei in der Antworteinheit kein Oszillator vonnöten ist, die Antworteinheit vielmehr vollständig passiv in dem Sinne ist, daß sie keine selbstständige Energiequelle benötigt, und wobei die Summe der zu übertragenden Information innerhalb der durch die zur Verfügung stehende Übertragungszeit gesetzten Grenzen beliebig groß sein kann.
Gemäß der Erfindung weist die Antworteinheit ein nicht lineares Element auf, dem das von der Abfragestation übertragene und durch die Antworteinheit aufgefangene Signal zugeführt wird und von dem wenigstens eine Harmonische abgeleitet und als Antwortsignal der Abfragestätion nach Modulation in einem Modulator wieder rückübertragen wird, der durch eine aktive Codeeinheit in der Weise gesteuert wird, daß das rückübertragende Antwortsignal die Form einer modulierten Impulskette hat, wobei
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die benötigte Energie für die Codeeinheit dadurch aufgebracht wird, daß das Abfragesignal gleichgerichtet wird, so daß ein Teil der Energie des Abfragesignals für die Speisung der Codeeinheit und des Modulators und weiterer Teile ausgenutzt wird, um eine direkte Rücküb er tragring in impulscodemodulierter Form nach einer passiven Frequenztransformation in dem nicht linearen Element zu bewerkstelligen.
Auf diese Weise wird in dem erfindungsgemäßen System die erforderliche Differenz zwischen der Frequenz des Abfragesignais und der des Antwortsignals durch eine passive Frequenztransformation erzielt, z.B. eine Frequenzverdoppelung, mit Hilfe eines nicht linearen Elements. Die kodierte Botschaft wird nicht durch einen Frequenzvervielfachungscode sondern durch einen Zeit-Verteilungscode durch Modulation des Antwortsignals erzeugt, z.B. durch Abblocken bzw. .Nichtabblocken des Antwortsignals gemäß dem gewünschten Code. Die Energie für die Speisung der Codeeinheit wird durch Gleichrichten eines Teils des Abfragesignals gewonnen.
Da das Kodieren eine bestimmte Zeitverteilung einschließt, wird ein Taktgenerator benötigt, der den Abgaberhytmus für den Code steuert. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt das Abfragesignal .als pulsierende Kette vor, und das Taktsignal der Codeeinheit wird durch Feststellen des Abfragesignals abgeleitet. Der Taktimpulsgenerator kann sich auch
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in der Antworteinheit befinden, wenn nämlich das Abfragesignal ein kontinuierliches ist. Im letzteren Fall wird eine Art Oszillator in der Antworteinheit benötigt. Dieser Oszillator wird nicht dazu eingesetzt, eine Frequenz-unterscheidung zwischen ·Abfragesignal und Antwortsignal zu erzielen, und er soll auch nicht irgendeine Frequenzverteilung in einem Mehrfrequenzcode steuern, denn dazu wurden sehr exakte Bedingungen in bezug auf Frequenzstabilität eingehalten werden müssen.
Das Prinzip der Erfindung, wozu auch die Teilung der Energie des Abfragesignals in zwei Teile gehört, nämlich einen Teil,der für die Rückübertragung zur Abfragestation nach einer Frequenztransformation im nicht linearen Element benötigt wird, und einen Teil, der für die Erregung oder Speisung der Codeeinheit gleichgerichtet wird, soll nun anhand eines Beispiels erläutert werden.
Es sei angenommen, daß das nicht lineare Element eine quadratische Charakteristik hat, was bedeutet, daß der Strom durch das Element proportional dem Quadrat der angelegten Spannung ist, anders dargestellt
2
i = konst. · V .
Dabei ist i der Strom durch das Element, V die angelegten Spannung und "konst." bezeichnet einen konstanten Proportionalitätsfaktor. Wenn ein Signal V = Asinwt angelegt wird mit A der Amplitude, ω der Winkelgeschwindigkeit und t der Zeit, so erhält
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man als Strom i:
P A A
i = konst...· V = konst. ·. S- - konst. · ^- cos2<<;t. .
Der Strom enthält eine Gleichstromkomponente, die als Speiseenergie benutzt werden kann, und eine W^chselstromkomponente, deren Frequenz doppelt so groß wie die Frequenz des zugeführten Signals ist. Bei geeigneter Dimensionierung des nicht linearen Elements und eines Filterkreises,, der damit verbunden wird, kann jede Harmonische ausgewählt und als Trägerfrequenz für die Rückübertragung verwendet werden. ' ■
Die Erfindung wird nun. anhand der Zeichnung nochmals erläutert. Es zeigen: . . .
Fig. 1 das Blockschaltbild eines Informationsübertragungssystems nach der Erfindung, woTsei durch Wellenformdiagramme die .Zeitfunktion der Signale zu und von der Antworteinheit dargestellt ist, und
Fig. 2 das Blockschaltbild der Antworteinheit.
Mit 10 ist in Fig. 1 eine Abfragestation bezeichnet, die einen Mikrowellengenerator 11 und einen nachgeschalteten Impulsmodulator 12 besitzt. Der Generator 10 gibt kontinuierliche eine Trägerfrequenz f ab, die im Modulator 12 .mit einer Impulsmodulati ons frsjue'nz f impulsmoduliert wird. Wahl-weise kann auch ein pulsierenderMikrowellengenerator verwendet werden. Das pulsierende Mikrowellensignal wird von einer Antenne 13 abgestrahlt.
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Wenn eine Antworteinheit 14 in den Bereich des abgestrahlten Signals kommt, fängt sie mit ihrer Empfangsantenne 15 das Signal auf. Nach entsprechender Umsetzung in der Antworteinheit wird über eine Abgabeantenne l6 ein modifiziertes Mikrowellensignal rückübertragen. Die Antennen 15 und 16 können in der Praxis zwei Mikrowellengitter sein, die mit einer gemeinsamen äußeren Antenne verbunden sind. Das rückübertragende Signal ist ebenfalls ein pulsierendes Signal, jedoch erscheinen in der rückübertragen/en Impulskette die einzelnen Impulse nach einem bestimmten Code, der die Information enthält. Das rückübertragen^fe Signal hat eine Trägerfrequenz, die eine Harmonische der Übertragenen Frequenz ist, z.B. die zweite Harmonische. Das Signal wird dann dekodiert und die Information in einer Dekodereinheit 17 ausgewertet, welche an ihrem Eingang ein Filter l8 besitzt, das auf die spezielle Harmonische abgestimmt ist.
In Fig. 1 ist im oberen Diagramm die Form des übertragenen Signals und im unteren Diagramm ein Beispiel eines Antwortsignals mit der doppelten Frequenz dargestellt.
Fig. 2 zeigt ein vereinfachtes ■Q\o^i.B.gra.mm einer Antworteinheit gemäß der Erfindung. Unmittelbar nach der Empfangsantenne 15 befindet sich ein nicht lineares Element 20, in das das empfangene Signal eingegeben wird. An den Ausgang des Elements 20 ist zum einen ein erstes Filter 21 und zum anderen ein zweites Filter 22 angeschlossen. Das erste Filter 21 hat eine
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große Zeitkonstante und gibt eine Gleichspannung ab, die als Speisespannung der Codeeinheit 23 zugeführt wird. Das zweite Filter 22 ist auf die doppelte Frequenz der übertragen/en Trägerfrequenz abgestimmt und gibt an seinem Ausgang ein Signal ab, welches auf den Signaleingang eines Modulators 24 geleitet wird. An einem Steuereingang erhält der Modulator Steuerimpulse von der Codeeinheit 23 entsprechend einem Programmspeicher, der in der Codeeinheit enthalten ist. Die Taktimpulsinformation für die Codeeinheit wird vom ankommenden Impulssignal abgeleitet, und die Codeeinheit kann zu diesem Zweck einen Steuereingang haben, der das ^kommende Signal auffängt, bevor es gefiltert ist. Für jeden ankommenden Impuls gibt die Cödeeinheit ei--, nen Steuerimpuls für den Modulator entsprechend dem vorgegebenen Code ab oder tut dies auch nicht, wie es von einem Startaugenblick abgezählt wurde. Der Modulator ist im Prinzip ein elektronischer Schalter, der die Mikrowellenimpulse vom Filter 22 entweder passieren läßt oder sperrt. Die vom Modulator korn- . menden und passierten Impulse werden über die Antenne 16 abgestrahlt.
Damit die Taktimpulsinformation nicht verlorengeht und/ oder die Energiezufuhr zur Codeeinheit nicht durch Unterbrechungen im Kreis des nicht linearen Elements vermindert wird, kann der Schalter die Abgabe von Mikrowellenimpulsen an die Antenne der Antworteinheit unterdrücken, indem sie in einem Energie verzehrenden Kreis absorbiert werden, z.B. durch Verminderung des
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Gütefaktors des Filters 22.
Die Codeeinheit beginnt zu arbeiten und ihre Steuersignale an den Modulator 24 abzugeben, sobald eine ausreichend hohe Speisespannung vom Filter 21 zur Verfügung steht. Vorzugsweise geht der Übertragung des wirklichen Antwortcodes ein Startcode voraus, um den Startaugenblick zu bestimmen. Nach jeder Übertragung des Antwortcodes wird eine neue Startfolge übertragen mit anschließendem Antwortcode möglicherweise nach einer kleinen Pause. Dies wird solange wiederholt, bis die Antworteinheit ein Abfragesignal auffängt.
Das nicht lineare Element kann eine Diode sein. Die logische Einheit besteht vorzugsweise aus MOS-Kreisen in integrierter Form, die nur einen geringen Stromverbrauch haben, so daß es möglich ist, die aufgefangene Energie in der beschriebenen Weise sowohl zum.Betrieb der Codeeinheit zu verwenden als auch einen Teil als Energie eines Antwortsignals mit doppelter Frequenz zurück zu übertragen. Die Codeeinheit und die anderen Bestandteile haben an sich bekannten Aufbau und werden deshalb nicht im einzelnen beschrieben.
Anstelle der Übertragung eines pulsierenden Abfragesignals von der Abfrageeinheit ist es auch möglich, ein kontinuierliches Mirkowellensignal als Abfragesignal zu übertragen. In einem solchen Fall jedoch muß die Antworteinheit einen Taktgeber
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für die Codeeinheit besitzen, wodurch die Antworteinheit in gewissem Umfang komplizierter wird und der Bedarf an Speisungsenergie wächst.
Es ist nicht nötig, die zweite Harmonische als Trägerfrequenz für das Antwortsignal zu verwenden, sondern es kann jede Harmonische als Antwortsignal rückübertragen werden. Das Filter 22 der Antworteinheit kann darüberhinaus auch entfallen.
Das nicht lineare Element kann aus zwei Dioden bestehen statt aus einer einzigen. In einem solchen Fall wird eine Diode zur Erzeugung der Harmonischen und die andere Diode zur Erzeugung der Gleichrichterspannung eingesetzt, die zur Speisung der Antworteinheit dient.
Für die Modulation des Antwortsignals kann jedes bekannte Verfahren verwendet werden mit dem eine Unterscheidung zwischen Binär 1 und Binär 0 erreicht wird. Vorzugsweise wird jedoch eine Amplitudenmodulation eingesetzt, wobei ein binäres Element dieselbe Form wie die Abfrageimpulse (nicht modulierte Impulse) haben kann, während das andere binäre Element durch eine andere Amplitude dargestellt wird, die z.B. durch Unterdrücken von Antwortimpulsen oder Vermindern von deren Amplitude erhalten wird.
In der obigen Beschreibung wurde das Informationsübertragungssystem als ein solches dargestellt, in welchem die Fre-
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quenzen im Mikrowellenbereich liegen. Da die Grenzen des Mikrowellenbereiches nicht fest definiert sind und da das Prinzip der Erfindung auch in Frequenzbereichen angewendet werden kann, die nahe beim Mikrowellenbereich liegen, sollen diese Frequenzbereiche ebenfalls von der Erfindung mit umfaßt sein. Der einsetzbare Frequenzbereich ist lediglich dadurch begrenzt, daß die Informationsübertragung drahtlos mit Hilfe elektromagnetischer Strahlung vorgenommen werden soll.
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Claims (7)

P ATENTA NS P RU C H E
1. ) Informationsübertragungssystem für drahtlose Übertragung mit einer Abfragestation, die ein Abfragesignal in Form eines Hochfrequenzsignals überträgt, und einer Antwortstation, die das-Abfragesignal auffängt und abhängig davon ein modifiziertes Hochfrequenzantwortsignal überträgt, das eine Information enthält, die an die Abfragestation rückübertragen werden soll, wobei das Abfragesignal ein kontinuierliches oder pulsierendes Hochfrequenzsignal ist und das Antwortsignal eine Frequenz hat, die eine Harmonische der Frequenz des Abfragesignals ist, und die Abfragestation einen auf diese Harmonische abgestimmten Empfänger enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Antwortstation (14) ein nicht lineares Element enthält, auf das das Abfragesignal gegeben wird und von dem wenigstens eine Harmonische abgeleitet und als Antwortsignal an die Abfragestation (10) zurückübertragen wird nach Modulation in einem Modulator, der von einer Codeeinheit derart gesteuert ist, daß das Antwortsignal in Form einer modulierten Impulskette abgegeben wird, während die Speisespannung für die Codeeinheit durch Gleichrichten des Abfragesignals erhalten wird, so daß ein Teil der Energie des Abfragesignals zur Speisung der Codeeinheit und des Modulators und ein anderer Teil zur Rückübertragung in' impulscodemodulierter
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Form nach Prequenztransformation im nicht line-aren Element eingesetzt wird.
2. . System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht lineare Element eine Diode mit einer im wesentlichen quadratischen Charakteristik aufweist. *
>. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichgerichtete Spannung zur Speisung der Codeeinheit und des Modulators wie auch die ausgewählte Harmonische, die als Antwortsignal rückübertragen wird, von ein und demselben nicht linearen Element gewonnen wird.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Codeeinheit eine logische Einheit ist, die binäre Steuerimpulse erzeugt abhängig von einer ihr zugeführten Steuerinformation,und daß die Steuerimpulse mit einer vorgegebenen Zeitkodierung auftreten, welche die gewünschte Information enthält.
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator zur Amplitudensteuerung des -rückübertragenen Signals dient entsprechend der Amplitude einer dem Modulator zugeführten Steuerspannung.
6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5» in welchem das Abfragesignal ein pulsierendes Signal ist, dadurch gekennzeich-
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net, daß der Modulator in Abhängigkeit von einem zugeführten Steuersignal eine Impulskette,erzeugt, in der ein binäres Element durch einen Antwortimpuls dargestellt wird, der gleich dem frequenzübertragenden Teil des Abfrageimpulses in nicht modulierter Form ist, während das andere binäre Element durch einen Impuls gebildet ist, der vollständig oder zu einem Teil unterdrückt ist.
der
7. System nach einem/vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulation des Antwortsignals nach dem nicht linearen Element erfolgt durch Ändern der Abgabe an eine Antenne, so daß das Antwortsignal während bestimmter, durch den Code der Codeeinheit festgelegter Zeitintervalle gelöscht ist, und daß das Abfragesignal, das dem nicht linearen Element zugeleitet wird,und die daraus abgeleitete Spannung zur Speisung der Codeeinheit dadurch nicht beeinflußt.
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jfo
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