DE2514359A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur uebertragung von dienstinformationen bei deltamodulierten oder aehnlichen radioverbindungen - Google Patents

Description

HOFFMANN · EITLE dfe PARTNER

PATENTANWÄLTE DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL-ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K.HOFFMAN N · DIPL.-ING. W. LEH N D-SOOO MÖNCHEN 81 · ARABELLASTRASSE 4 (STERNHAUS) · TELEFON (089) 911087 ■ TELEX 05-29619 (PATHE)

26 491

Orion Radio es Villamossägi Vällalat, Budapest / Ungarn

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Übertragung von Dienstinformationen bei deltamodulierten oder ähnlichen Radioverbindungen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Übertragung von Dienstgesprächen und/oder Dienstsignalen und/ oder Fernüberwachungsinformationen für Radioverbindungen in Form einer digitalen Informationsübertragung, bei welcher der Sender mittels digitaler Zeichen in der Phase moduliert wird, wobei auf der Empfängerseite die Frequenz des empfangenen Zeichens demoduliert wird.

Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung für PCM-, PM- oder ähnliche Zeichenfolgen übertragende Radiorelais-Einrichtungen, bei welchen die Übertragung der Information im Dienstkanal durch einfache Mittel vorgenommen wird, so daß die Übertragungsgüte der digitalen Zeichen nicht merklich schlechter wird.

509842/0762

Zum Gegenstand der Erfindung gehört auch die zur Durchführung des Verfahrens dienende Radiorelais-Einrichtung.

Bei Radiorelais-Verbindungen tritt häufig der Fall auf, daß für das Bedienungspersonal ein Dienstkanal zur Verfügung stehen soll, wodurch das Personal mit einem jeden Radiorelais in Verbindung treten kann. Bei bewachten Radiostationen ist dieser Fall selbstverständlich, aber bei den unbewachten Stationen ist dieser Fall auch sehr häufig erwünscht. Bei unbewachten Radiostationen wird ein Gespräch durch kontinuierliche Fernkontrollzeichen ersetzt. Bei Reparaturarbeiten oder bei einer periodischen Kontrolle muß aber auch ein Gespräch übertragen werden können.

Zur Übertragung der Dienst- und Fernmeldezeichen, die im folgenden auch mit Dienstsignal bezeichnet werden, sind verschiedene Verfahren bekannt geworden. Die einfachste Lösung liegt darin, daß diese Zeichen über ein Sonderübertragungssystem, z.B. Kurzwellenfunkverbindung- oder eine Sondersprechleitung oder eine Spnderradiorelaisverbindung., übertragen werden.

Diese Lösungen sind in manchen Fällen , z.B. bei Hochleistungssystemen oder bei leitungsgebundenen Systemen,wirtschaftlich. Meistens sind diese Lösungen jedoch zu teuer. Eben deswegen wäre es erwünscht, die Dienstinformation zusammen mit der zu übertragenden Information durch das gleiche System, ggf. mit dieser gemischt, zu übertragen.

Zur Lösung dieses Problems sind verschiedene Lösungen bekannt geworden. Bei dem am häufigsten verwendeten analogen Frequenzteilungssystem wird ausgenutzt, daß das Spektrum eines Multiplex-Zeichens genau angegeben ist.

Die unterste Grenze des Spektrums liegt abhängig von der Kanalzahl in der Größenordnung von 10-100 kHz, z.B. 12 kHz oder 108 kHz. In den niedrigeren, sogenannten "legren Frequenzbereich" kann die Dienstinformation und/oder die Kontrollinformation übertragen werden. Die Informationen können im Empfänger durch entsprechende Filter von-

5098*2/0762 - 3 -

25U359

einander getrennt werden. Wenn die zu übertragende Hauptinformation, z.B. eine Fernsehinformation ist, so ist die unterste Grenze des Spektrums sehr niedrig, z.B. 25 Hz, so daß diese Methode hier nicht anwendbar ist. In diesem Fall kann die Tatsache, daß die oberste Bandgrenze des Fernsehzeichens mit großer Genauigkeit eingehalten wird, gut ausgenutzt werden, wodurch man die Dienstzeichen mit den zugehörigen Tonkanälen in ähnlicher Weise oberhalb des Nutzsignalbandes mit Hilfe einer Hilfsträgerfrequenz übertragen kann. Die letztgenannte Lösung wird selten verwendet, weil sie mit mehreren Nachteilen verbunden ist.

Eine wesentlich schwerere Aufgabe ist die Bereitstellung eines Dienstkanals bei Digitalzeichen übertragenden Radiorelaiseinrichtungen, z.B. bei PCM- oder PM-Systemen. Die untere Grenze des digitalen Zeichenfolgespektrums kann nicht eindeutig definiert werden. So wird die Übertragung im allgemeinen so ausgebaut, daß sie auch für Gleichstromübertragung geeignet ist. Die obere Frequenzgrenze der Übertragung kann sehr schwierig bestimmt werden. Die Amplituden der Impulse von sehr steilen Übergängen sind für die obere Grenze des Frequenzspektrums sehr hoch, ein Mehrfaches der Übertragungsgeschwindigkeit, wodurch das Spektrum im Hinblick auf die zur Verfügung stehende Größe begrenzt werden muß. Aus den oben erwähnten Erläuterungen geht hervor, daß die Dienstinformation unterhalb der digitalen Information überhaupt nicht, oberhalb aber nur mit erheblichen Schwierigkeiten übertragen werden kann.

Statt dieser Lösungen wird oft eine Lösung verwendet, gemäß welcher die Dienstinformation auf irgendeine Weise kodiert wird und hierauf die schon in digitaler Form zur Verfügung stehende Information zu der zu übertragenden Zeichenfolge gemischt wird.

Praktisch wird dieses Prinzip zumeist derart verwirklicht, daß einer der zu übertragenden Kanäle als Dienstkanal verwendet wird. Diese Lösung ist aber sehr nachteilig, weil diejenigen Stromkreise, die die Dienstinformation auswählen, gleichzeitig auch mischen und die

509842/0762

25H359

Dienstinformation kodieren bzw. dekodieren und an je einer der Wiederholungsstationen angeordnet sein müssen. Selbstverständlich hat das zur Folge, daß dadurch der Kostenaufwand je Wiederholungs-Station erhöht wird, und es ist auch ungünstig, daß hierdurch der Stromverbrauch der einzelnen WiederholungsStationen größer ist. Dazu kommt, daß durch den komplizierteren Aufbau der Wiederholungsstationen auch deren Zuverlässigkeit geringer wird. Ein weiterer Nachteil dieser Lösung liegt darin, daß ohne Anwendung des Multiplexsystems, z.B. im Simplexbetrieb oder im Fall eines Betriebsfehlers, die Vorbedingung für ein Dienstgespräch oder für eine Fernkontrolle nicht gegeben ist.

Ziel der Erfindung ist es, ein besonders einfaches und wirtschaftliches Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine zugehörige Einrichtung zu schaffen.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch-erreicht, daß die Frequenz des Senders gleichzeitig mit dem Dienstsignal moduliert wird, und daß im Empfänger die digitalen Zeichen von den Dienstzeichen mittels eines Filters oder eines Frequenzvervielfachers abgetrennt werden.

Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie Einrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens ergeben sich aus den Ansprüchen.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Übertragen der Dienstinformation durch mit Wiederholungsanlagen übertragene digitale Zeichen, so daß die Dienstinformation nicht zwangsweise kodiert wird. Im Gegenteil wird nicht kodiert, und die Dienstinformation wird unabhängig von der zu übertragenden Hauptinformation übertragen.

Das Wesen des Verfahrens gemäß der Erfindung liegt in der Ausnützungsmöglichkeit der besonderen Eigenschaften eines an sich bekannten Modulation-Demodulationsverfahrens.

Bei digitalen Radiofernübertragungen ist bereits bekannt, daß die Information des Senders in der Phase moduliert, und die im Empfänger

509842/0762

empfangene Information demoduliert wird. Gemäß der Erfindung wird das Zeichen im Sender und das Zeichen im Empfänger einigen solcher Operationen unterworfen, die die Übertragung der Dienstkanalinformation sichern.

Das Spektrum des ausgesendeten Zeichens ist nicht breiter als das Spektrum der mit digitalen Zeichen in der Phase modulierten Trägerwelle. Es ist weiter zu erwähnen, daß die empfangenen Zeichen nur in geringem Maß besser gegen Geräusche geschützt sind, als bei einer solchen Informationsübertragung, die nicht aufgrund der Erfindung durchgeführt wird. Der Unterschied ist beispielsweise nicht größer als 0,2- 0,4 dB.

Das Wesen des Verfahrens gemäß der Anmeldung ist das Folgende: Das Zeichen des Grundoszillators im Sender, der im allgemeinen quarzkristallgesteuert ist,wird vor einer Verstärkung, Frequenzvervielfachung und Phasenmodulation mit dem Dienstzeichen in der Frequenz moduliert. Im Empfänger wird das Ausgangszeichen des Frequenzdemodulators zu einem Sechspol geleitet , der aus einem Tiefpaßfilter und einem Hochpaßfilter besteht. Am Ausgang des Hochpaßfilters erscheint das die digitale Information aufweisende Zeichen, während am Ausgang des Tiefpaßfilters das Dienstzeichen erscheint. Die Wirkungsweise kann leichter erläutert werden, wenn in Betracht gezogen wird, daß das Spektrum der Dienstinformation im Bereich zwischen einigen Hundert und einigen Tausend Hertz liegt, z.B. 300-3400 Hz, wobei die digitalen Informationszeichen aus relativ engen positiven und negativen Impulsen bestehen. Die Breite der Impulse entspricht dem reziproken Wert der Frequenz der digitalen Zeichenfolge.

Praktisch stören die zwei Zeichen einander nicht. Diese Tatsache läßt sich wie folgt begründen: Da der Frequenzhub des Dienstzeichens nicht wesentlich kleiner als der des digitalen Zeichens ist, seine Frequenz aber wesentlich kleiner ist, kann seine Einwirkung durch eine günstige Wahl der Sperrdämpfung des Hochpaßfilters wählbar niedrig gehalten werden. Mit diesem Filter wird natürlich der Niederfrequenzanteil

509842/0762

25U359

der digitalen Zeichenfolge auch ausgesiebt; dies ergibt jedoch nur eine zulässig kleine Verzerrung. Dadurch, daß die Phase der Zeichen des Senders mit den digitalen Zeichen moduliert ist, wird auch der Niederfrequenz-Frequenzhub der proportional der modulierenden Frequenz ist, sehr klein. Das hat zur Folge, daß das digitale Zeichen das Dienstzeichen nicht stören kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Senders und des Empfängers, und

Fig. 2 charakteristische Zeichen des Senders und Empfängers.

Die Zeichen eines quarzkristallgesteuerten Oszillators 1 werden durch einen verhältnismäßig kleinen Hub eines Frequenzmodulators 2 moduliert Auf den Eingang des Frequenzmodulators 2 wird eine Folge von Dienstzeichen 11 gegeben. Ein Phasenmodulator 3 moduliert die Phase des Oszillators 1 mit einem digitalen Zeichen 12. Die Trägerfrequenz, mit der die beiden Zeichen moduliert sind, wird durch den Verstärker 4 auf dem gewünschten Pegel verstärkt, wonach ein Frequenzvervielfacher 5 die Frequenz vervielfacht. In einem Sender 6 wird das empfangene Zeichen im Mittelfrequenzbereich gemischt und dann verstärkt, worauf die Zeichen durch einen Frequenzdemodulator 7 in der Frequenz demoduliert werden. Hierauf erfolgt durch einen Tiefpaß 8 die gewünschte Bandfilterung. Am Ausgang eines angeschlossenen Tiefpaßfilter 10 erscheint die Folge von Dienstzeichen 11. Ein am Ausgang eines Hochpaßfilters 9 erscheinendes Zeichen 13 enthält die digitale Information in einem sehr geringen, vernachlässigbaren Maß verzerrt. Der Hochpaßfilter 9 ist an einen in der Zeichnung nicht dargestellten Relaxationsstromkreis angeschlossen, an dessen Ausgang eine wiederhergestellte Zeichenfolge erscheint.

Fig. 2 veranschaulicht die wesentlichen Wellenformen von Zeichen 12 und 14. Ein in der Frequenz moduliertes Zeichen 15 erscheint am Ausgang des Tiefpaßfilters 8. Zeichen 16 und 13 veranschaulichen

509842/0762

25U359

die Wirkung des Hochpaßfilters 9 als Funktion der Zeit. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, kann wegen des Pegels, der durch den Hochpaßfilter 9 hervorgerufen wird, eine gewisse Interferenzerscheinung zwischen benachbarten Zeichen Zustandekommen. Die Wahr-, scheinlichkeit dafür ist praktisch sehr gering und die Verzerrung ist nicht mehr als 3-5% der Impulsamplitude,entsprechend wie bereits erwähnt 0,2-0,4 dB Qualitätsschlechterung. Es ist hierbei zu bemerken, daß aus dem Zeichen 15 durch den an sich bekannten Relaxations Stromkreis die binären Zeichen 14 erzeugt werden.

Zurückkommend auf die Güteverschlechterung des Dienstsignals bzw. auf die dadurch verursachte Verzerrung ist zu erwähnen, daß diese Verzerrung durch geeignete Bemessung des Frequenzdemodulators und des Tiefpaßfilters 10 auf einem geringen Pegel gehalten werden kann.

Das Verfahren gemäß der Anmeldung ist im Hinblick auf Geräusche sehr vorteilhaft. Dieses Problem ist deshalb wesentlich, weil digitale Radiorelaiseinrichtungen sehr oft mit einem kleinen Verhältnis Nutzsignal/Geräusch arbeiten, was oft eine Größenordnung von 1OdB bedeutet. Da aber das Dienstzeichen im untersten Frequenzbereich liegt, kann wegen der Frequenzmodulation eine bedeutende Verbesserung entstehen. Bei einem Ausführungsbeispiel wurde festgestellt, daß die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters 8 250-mal größer als diejenige des Tiefpaßfilters 10 war. So wurde am Ausgang des Tiefpaßfilters 8 ein Signal/Geräuschverhältnis von 10 dB, und am Ausgang des Tiefpaßfilters 10 von 34'dB gemessen.

Der Frequenzhub ist wenigstens 25-mal so groß wie die größte modulierende Frequenz, wodurch die Verbesserung der Modulation ca. 26 dB ist, d.h. daß das Signal/Geräuschverhältnis am Ausgang des Tiefpaßfilters 10 beinahe 60 dB beträgt. Dieser Wert kann wegen der von dem digitalen Zeichen stammenden Interferenz noch etwa abnehmen. In manchen Fällen ist eine Verringerung dieser Interferenz erwünscht. Diese Forderung kann aufgrund der Erfindung in folgender Weise erreicht werden: Auf den Ausgang des Verstärkers 4 wird außer dem Frequenzmodulator 7 parallel zu diesem ein einmaliger Frequenzver-

509842/0762

25U359

vielfacher geschaltet. An den Eingang dieses Frequenzvervielfachers wird nach einer eventuellen zweiten Mischung ein Frequerizdiskriminator und an dessen Ausgang der Tießpaßfilter 10 angeschlossen. Hier ist der Wert von η = 360°/ Λ 0 , wobei Δ0 der am fünften oder sechsten Ausgang erscheinende Phasensprung ist. Praktisch ist der Wert von A. 0 = 180° , d.h. daß in diesem Fall η = 2. Da die Phasensprünge der n-maligen Zeichen auch einmalig multipliziert werden, so multiplizieren sich η-mal die Phasensprünge des Zeichens, d.h. daß ihr Wert 360° beträgt. Der Sp:
scheinbar einem unmodulierten Zeichen.

d.h. daß ihr Wert 360° beträgt. Der Sprung von + 360° entspricht

Die durch das Grundbandζeichen hervorgerufene Frequenzmodulation kann gemäß Fig. 1 auch durch den Frequenzmodulator 2 hervorgerufen werden, der tatsächlich die Frequenz des Oszillators ändert.

Eine andere Verwirklichungsmöglichkeit ist dadurch gegeben, daß über dem Oszillator 1, der mit dem Frequenzmodulator 2 moduliert ist, im Sender noch ein Schwingoszillator, eine Mischstufe vorhanden ist. Die zwei Oszillatoren sind an die zwei Eingänge dieser Mischstufe angeschlossen, und das Mischprodukt-Signal wird dann zu den weiteren Stromkreisen geleitet. Eine weitere Ausführungsvariante ist derart ausgebildet, daß der Sender zwei Oszillatoren und zwei Mischstufen enthält, wobei wenigstens zwischen einem Oszillator und der Mischstufe andere Stromkreise - z.B. Verstärker, Frequenzvervielfacher - eingefügt sind. Falls ein kleinerer Frequenzhub zulässig ist, kann die durch das Grundbandζeichen hervorzurufende Modulation derart verwirklicht werden, daß die Grundbandzeichen oder Dienstzeichen 11 zu einem Integrator geleitet werden. Der Ausgang des Integrators ist an einen Phasenmodulator angeschlossen. Der Phasenmodulator kann unmittelbar nach dem Oszillator 1 oder, nach Einfügen anderer Stromkreise, zweckmäßig vor dem Frequenzvervielfacher im Sender angeordnet sein.

Der Frequenzmodulator 2 kann entweder ein herkömmlicher Frequenzmodulator oder ein Integratorstromkreis und ein diesem nachgeschalteter Phasenmodulator sein.

509842/0762

25U359

Dieser Phasenmodulator kann in seinem Aufbau mit dem Phasenmodulator 3 gleichartig ausgebildet sein. In diesem Fall wird außer dem Zeichen 12 zum Eingang dieses Phasenmodulators 3 auch das integrierte Dienstzeichen 1!geleitet.

Das Dienstzeichen 11 ist zweckmäßig das Grundbandzeichen. In manchen Fällen kann es z.B. durch Deltamodulation eine kodierte Variante dieses Zeichens sein. Im letzten Fall wird gemäß der Erfindung das Dienstzeichen analogerweise übertragen. Das Gespräch als Information, das Dienstsignal und die Meßinformation können durch Frequenzteilung oder Zeitteilung multipliziert werden.

509842/076 2

- 10 -

Claims (11)

1. 25H359

   Patentansprüche

   1 Λ Verfahren zur Übertragung von Dienstgesprächen und/oder Dienstsignalen und/oder Fernüberwachungsinformationen für Radioverbindungen in Form einer digitalen Informationsübertragung, bei welcher der Sender mittels digitaler Zeichen in der Phase moduliert wird, wobei auf der Empfängerseite die Frequenz des empfangenen Zeichens demoduliert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Senders gleichzeitig mit dem Dienstsignal moduliert wird, und daß im Empfänger die digitalen Zeichen von den Dienstzeichen mittels eines Filters oder eines Frequenzvervielfachers abgetrennt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dienstinformation kodiert, die Frequenz des Senders mit diesem kodierten Zeichen moduliert und die empfangenen Zeichen dekodiert werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Dienstinformation aus mehreren voneinander unabhängigen Informationsteilen besteht, so z.B. Gespräch, Fernmeldung, Fernüberwachung, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Informationsteile durch Frequenzteilung multipliziert werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilinformationen durch Zeitteilung multipliziert werden.
5. 5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Übertragung von Dienstgesprächen und/oder Dienstsignalen und/oder Fernbewachungsinformationen für Radioverbindungen in Form einer digitalen Informationsübertragung, wobei der Sender mit einem Oszillator und einem Phasenmodulator, gegebenenfalls mit einem Verstärker und einem Frequenzvervielfacher oder mit einem

   509842/0762

   - 11 -

   25U359

   von diesen versehen ist, und wobei der Empfänger mit einem Verstärker, einem Frequenzdemodulator, einer Frequenzweiche, gegebenenfalls mit einer Mischstufe versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender einen Frequenzmodulator (2) aufweist, und daß im Empfänger der Ausgang eines Frequenzdemodulator (7) oder der Ausgang eines an diesen Frequenzdemodulator (7) angeschlossenen Tiefpaßfilters (8) oder eines Verstärkers zweckmäßig an einen aus zwei Filtern (9, 10) bestehenden Wechselrichter angeschlossen ist, wobei die Frequenz der Dienstinformation im Durchlaßbereich des einen Filters (10) und im Sperrbereich des anderen Filters (9) liegt.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Frequenzdemodulators (7) anstatt eines Wechselrichters ein Hochpaßfilter angeschlossen ist, wobei parallel zu dem Eingang des Frequenzdemodulators (7) ein Frequenzvervielfacher und ein an diesen angeschlossener Frequenzmodulator und eventuell zwischen diesen eingefügter Mischstromkreis und/oder ein Verstärker angeschlossen ist.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6,dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzdemodulator aus einem integrierenden Stromkreis und aus einem diesem nachgeschalteten Phasendemodulator besteht.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 5,6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender einen einzigen Phasenmodulator besitzt.
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Frequenzmodulator aus einem modulierten Oszillator, einem freischwingenden Oszillator, und einem an den letzteren angeschlossen Mischstromkreis besteht.
10. 10. Einrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Sender zwischen der Mischstufe

    509842/0762 - 12 -

    25H359

    und den Oszillatoren oder einem dieser Oszillatoren, ein Frequenzvervielfacher und ein Verstärker angeschlossen sind.
11. 11. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das Dienstzeichen (11) an den Eingang eines KodierungsStromkreises gelangt, dessen Ausgang an den Frequenzmodulator (2) angeschlossen ist, wobei im Empfänger am Ausgang des die Dienstinformation durchlassenden Tiefpaßfilters ein Dekoder angeschlossen ist.

    509842/0762