DE2606760A1

DE2606760A1 - Line-of-sight radio communications link - has antenna pivoted periodically by small vertical angle to optimise reception

Info

Publication number: DE2606760A1
Application number: DE19762606760
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl Ing Gammel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-02-19
Filing date: 1976-02-19
Publication date: 1977-08-25

Abstract

The line-of-sight radio communications link has the radiation direction of the transmit/receive antenna initially pivoted vertically only a relatively small angle from the mean radiation direction and then only for a short time. The pivoting takes place by considering the following: the max. field strength of the carrier at the receiver. The lowest intermodulation product (multichannel telephone system) if analog signals are used; and the lowest error rate if digital signals are used. The result of measurements on these parameters decides the final angle at which the antenna is set. This process is repeated at short intervals.

Description

Richtfunknachrichtenübertragungssystem, bei dem die Sende-Directional radio communication system in which the transmission

und Empfangse.ntennen im Bereich der optischen Sicht liegen Die Erfindung bezieht sich auf ein Richtfunknachrichtenübertragungssystem, bei dem die Sende- und Empfangsantenen im Bereich der optischen Sicht liegen.and receiving antennas are in the field of optical vision refers to a radio relay communication system in which the transmission and receiving antennas are in the range of optical sight.

Es ist bekannt, daß bei solchen Übertragungssystemen trotz erster freier Eresnelzone Schwunderscheinungen auftreten, die teilweise nur von kurzer Dauer sind. Der quantitative Einfluß ist ersichtlich aus "Wellenausbreitung I" von Jürgen Großkopf, insbesondere Seiten 154 und 155.It is known that in such transmission systems, despite the first Free eresnel zone signs of shrinkage occur, some of which are only brief Are duration. The quantitative influence can be seen from "Wave propagation I" from Jürgen Großkopf, especially pages 154 and 155.

Die über die Zeitprozentsätze auftretenden Schwunderscheinungen sind aus den Bildanlagen 15 und 15 des Buches "Plannung und Berechnung von Ri chtfunkverbindungen" von . Brodhage und W. Hormuth ersichtlich. Für hohe Verfügtbarkeitszeit steigen die erforderlichen Funkfelddämpfungszuschläge zur Freiraumdämpfung sehr stark an.The shrinkage phenomena occurring over the time percentages are from the picture appendices 15 and 15 of the book "Planning and calculation of radio links" from . Brodhage and W. Hormuth can be seen. For high availability time increase the required radio field attenuation surcharges for free space attenuation very strongly.

Normalerweise werden diese Schwierigkeiten durch Erhöhen des Systemwertes, d.h. insbesondere Vergrößerung der Sendeleistung überwurden.Usually these difficulties are solved by increasing the system value, i.e. in particular an increase in the transmission power.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei solchen Nachrichtenübertragungssystem praktisch ohne wesentliche Erhöhung des Systemwertes, d.h. der Strahlungsleistung, und unter Vermeidung von Diversitymaßnahmen den oben geschilderten Fadingerscheinungen entgegenzuwirken.The invention is based on the object of such a message transmission system practically without a significant increase in the system value, i.e. the radiation power, and avoiding diversity measures, the fading phenomena described above to counteract.

Diese Aufgabe wird bei einem Richtfunknachrichtenübertragungs system, bei dem die Sende- und Empfangsantennen im Bereich der optischen Sicht liegen und durch gegenseitige Verständigung auf optimale Signalübertragung bzw. geringste Funkfelddämpfung aufeinander ausgerichtet wurden, durch die Zusammenfassung folgender Merkmale gelöst: I. Die Abstrahlrichtung der Empfangs- und Sendeantenne wird in kurzen Abständen und zunächst nur kurzzeitig unter Zugrundelegung folgender Kriterien durch Schwenken des Antelmendiagramms in vertikaler Richtung von der mittleren Hauptstrahlrichtung vorzugsweise in kleinen Winkeln im Vergleich zur Halbwertsbreite entfernt.This task is performed in a radio relay communication system, in which the transmitting and receiving antennas are in the range of optical sight and through mutual agreement on optimal signal transmission or lowest radio field attenuation aligned with each other, solved by combining the following features: I. The radiation direction of the receiving and transmitting antenna is in short intervals and initially only for a short time based on the following criteria by pivoting of the Antelmendiagramm in the vertical direction from the central main ray direction preferably at small angles compared to the full width at half maximum.

a) Maximale Feldstärke der Trägerfrequenz am Empfangsort, b) niedrigstes Intermodulationsprodukt bei Übertragung von mehrkanaligen Telefoniesystemen bei Pnalogsignalen, c) geringste Fehlerhäufigkeit bei Übertragung der Nachrichten in digitalisierter Form, vorzugsweise durch Vergleich der Fehlerhäufigkeit eines dem Signal beigegebenen Testprogramms bei den verschiedenen Strahlrichtungen der beiden Antennen. a) Maximum field strength of the carrier frequency at the receiving location, b) lowest Intermodulation product for the transmission of multi-channel telephony systems Pnalogsignalen, c) lowest error frequency when transmitting the messages in digitized form, preferably by comparing the error rate of one of the Signal attached test program for the different beam directions of the two Antennas.

II. Einstellung auf die besten Übertragungsbedingungen nach einem oder mehreren dieser Kriterien und nach kurzer Zeit erneutes Überprüfen der optimalen Empfangsbedingungen nach obiger Art.II. Adjustment to the best transmission conditions after a or several of these criteria and after a short time again checking the optimal one Reception conditions according to the above Art.

Es lassen sich auf diese Weise vorteilhaft auch die eingangs erwähnten sehr kurzzeitigen Schwankungen der Feldstarke unter dem Normalpegel mit relativ einfachen Mitteln und insbesondere ohne wesentliche Erhöhung der Sendeenergie ausgleichen.In this way, those mentioned at the outset can also advantageously be used very brief fluctuations in the field strength below the normal level with relative compensate for simple means and in particular without a significant increase in the transmission energy.

Es ist dabei ferner von wesentlichem Vorteil, wenn dem l,achrichtensignal selbst die Informationen iiber die mmpfangstests ebenso wie die Prüfsignale insbesondere bei Vierdrahtverbindungen beigegeben sind, gegebenenfalls unter Zwischenspeicherung und Zeitkomprimierung des Nachrichtensignals und Aussendung der Zusatznachrichten zwischendurch bei Digitaltechnik.It is also of considerable advantage if the message signal even the information about the reception tests as well as the test signals in particular are included in the case of four-wire connections, if necessary with intermediate storage and time compression of the message signal and transmission of the additional messages in between with digital technology.

Andererseits ist es vorteilhaft, bei Systemen mit Pilotsignalen je nach angewandter Modulationsart aus dem Pegel des Piloten bzw. aus dem Oberwellengehalt der Pilotfrequenz das Kriterium über das Intermodulationsverhalten der Übertragungsstrecke zu gewinnen.On the other hand, it is advantageous in systems with pilot signals each depending on the type of modulation used, from the level of the pilot or from the harmonic content the pilot frequency is the criterion for the intermodulation behavior of the transmission path to win.

Nachstehend wird anhand einer Figur der Erfindungsgegenstand näher erläutert.The subject matter of the invention is explained in more detail below with reference to a figure explained.

Bei Richtfunknachrichtenübertragungssystem der eingangs erwähnten Art treten, wie aus den dort zitierten Literaturstellen hervorgeht, über den Tag relativ große Schwal-Mungen der Funkfelddämpfung auf. Obwohl also eine Sichtverbindung mit 1. freier Fresnelzone zwischen Sende- und Empfangsantenne 1 und 2 in der Figur und Strahl 6 besteht, treten, wie sich den Schaubildern der experimentellen Untersuchungen entnehmen icßt, Schwankungen mit mahr als 30 dB auf, siehe Bilder 2 bis 6, die a.us dem eingangs erwähnten Buch »Planung und Berechnung von Richtfunkverbindungen" entnommen sind.In the directional radio message transmission system mentioned at the beginning Art, as can be seen from the references cited there, over the day relatively large Schwal-Mungen the radio field attenuation. So although a line of sight with 1st free Fresnel zone between transmitting and receiving antennas 1 and 2 in the figure and ray 6 is made, as shown in the graphs of the experimental investigations I can see fluctuations of more than 30 dB, see Figures 2 to 6, the a.us taken from the book "Planning and Calculation of Radio Link Connections" mentioned at the beginning are.

Aus diesen Bildern kann, abhängig von der erforderlichen Verfügbarkeitszeit der Funkstrecke und ferner abhängig vom Radiofrequenzbereich die fadingabhängige Funkfelddämpfungszuahe ent.nommen werden.From these images, depending on the required availability time the radio link and also, depending on the radio frequency range, the fading-dependent one Radio field attenuation can be taken.

Manche Schwankungen sind dabei sehr kurzzeitig, andere wiederum von einem größeren Zeitraum des Tages abhängig. So ist z,B. prinzipiell die Feldstärke am frühen Sorgen wesentlich höher als zu den Nachmittagsstunden mit eventueller Sonneneinstrahlung. Diese Schwunderscheinungen lassen sich zum großen Teil dadurch erklären, daß die Dielektrizitätskonstante der Luft nicht kons-tant ist, sondern entweder zum Boden stark zu- oder abnimmt. Dadurch bedingt wird, wie bekannt, die elektromagnetische Welle gebeugt - entweder zur Erd.oberfläche 11 hin 3 oder von ihr weg 5 - und es treten im Funkfeld insbesondere bei stark bündelnden Antenen Koppelverluste bzw.Some fluctuations are very short-term, others are of depending on a larger period of the day. So is z, B. in principle the field strength in the early morning worries is much higher than in the afternoon hours possible exposure to sunlight. These shrinkage phenomena can be great Part of explaining that the dielectric constant of the air is not constant is, but either increases or decreases sharply towards the bottom. This determines how known, the electromagnetic wave diffracted - either towards the earth surface 11 3 or away from it 5 - and it occurs in the radio field especially with strongly bundling Antenna coupling losses or

Fading auf, da nunmehr die Vorzugsrichtung des Antennediagramms 10 nicht mehr optimal auf dle Richtung bzw. den Weg ausgerichtet ist1 auf dem unter den obengenannten Verhältnissen die elektromagnetische Welle vom Sendeort zum Empfangsort gelangen kann.Fading, since now the preferred direction of the antenna diagram 10 is no longer optimally aligned in the direction or the path1 on the lower the above conditions, the electromagnetic wave from the place of transmission to the place of reception can get.

Bei den bisher realisierten Übertragungssystemen wird den oben dargestellten Schwierigkeiten in ihrer Auswirkung dadurch entgegengewirkt, daß die Sendelei stung erhöht wird und gegebenenfalls Frequenz- und Raunidiversityeinrichtungen vorgesehen werden.In the case of the transmission systems implemented so far, the one shown above Difficulties in their effect counteracted by the fact that the Sendelei stung is increased and if necessary frequency and Raunidiversity facilities provided will.

Untersuchungen haben gezeigt, daß die Schwunderscheinungen erheblich reduzi.ert werden können (< 10 dB), wenn der Abstrahlwinkel des Antennendiagrams 8 den klimatologisch geänderten AusbreitungsbedingungerL angepaßt und somit bei Richtantennen die Richtcharakteristik stets auf den Weg, den die elektromagnetische Welle nimmt (z.B. 5), ausgerichtet wird.Investigations have shown that the shrinkage phenomena are considerable can be reduced (<10 dB) if the radiation angle of the antenna diagram 8 adapted to the climatologically changed propagation conditions and thus with Directional antennas the directional characteristic always on the way, which the electromagnetic Shaft takes (e.g. 5), is aligned.

Diese Anpassung an die geänderten Ausbreitungsverhältnisse kann auch durch entsprechende, nachfolgend beschriebene Verfahren automatisch erfolgen. Bei einer automatischen Nachführung der Antennenrichtcharakteristik nach dem Abstrahlwinkel mit der geringsten Funkfelddämpfung wird gleichzeitig ein weiteres Problem gelöst. Häufig ist, wie bekannt, die Stabilität des Standortes der Richtantenen nicht ausreichend, so daß bereits das Richtdiagramm der Antenne bis zu 10 in der Elevation aus der mittleren Optimalabstrahlrichtung unter Verursachung entsprechender Koppelverluste bzw. Fading - z.B. 2 x 3 dB - verlagert wird.This adaptation to the changed propagation conditions can also take place automatically using the appropriate procedures described below. at an automatic tracking of the antenna directional characteristic according to the radiation angle with the lowest radio field attenuation, another problem is solved at the same time. As is well known, the Stability of the location of the directional antennas not sufficient, so that the directional diagram of the antenna is up to 10 in the Elevation from the mean optimal radiation direction causing corresponding Coupling losses or fading - e.g. 2 x 3 dB - is shifted.

Bei einer automatischen Nachführung der Antennenrichtcharakteristik am Sende- und am Empfangsort nach kriterien der geringsten Funkfelddämpfung bzw. der besten Signalqualität wird dieses Problem gleichzeitig gelöst.With automatic tracking of the antenna directional characteristic At the sending and receiving locations according to criteria of the lowest radio field attenuation or the best signal quality this problem is solved at the same time.

Vorteilhaft wird es sein, für die Nachrichtenübertragung einerseits und die Tests zumindest verschiedene Primärstrahler bei den Antennen zu benutzen, damit unabhängig vom laufenden Nachrichtenübertragungsprogramm der ständige Test durchgeführt werden kann. Antennen mit Mehrfachprimärstrahlung sind hinreichend bekannt, so daß hierauf nicht näher eingegangen zu werden braucht.It will be advantageous for the message transmission on the one hand and the tests to use at least different primary radiators for the antennas, This means that the constant test is independent of the current message transmission program can be carried out. Antennas with multiple primary radiation are sufficient known, so that it does not need to be discussed in more detail.

Es ist eine andere Möglichkeit in vielen Fällen gegeben, die darin besteht, daß das Nachrichtensignal für die kurzzeitige Strahlschwenkung und Teatsendung komprimiert wird.There is another possibility in many cases that is given therein there is that the message signal for the brief beam swivel and beat transmission is compressed.

Dies ist besonders einfach für die Übertragung digitaler Nachrichten durchführbar. Ferner ist es vorteilhaft, dem Nachrichtensignal in diesen Zwischenzeiten auf der gleichen Trägerfrequenz die Informationen über den letzten Empfangs test sowie die Aussendung des neuen Prüfsignals bei zugeben.This is particularly easy for the transmission of digital messages feasible. Furthermore, it is advantageous to switch off the message signal in these intermediate times the information about the last reception test on the same carrier frequency as well as the transmission of the new test signal at admit.

Es ist bekannt, daß bei der Übertragung von Analogsignalen insbesondere von Vielkanalträgerfrequenzsignalen eine Intermodulation in einem größeren Frequenzband entsteht. Man kann anhand dieser Intermodulation gegebenenfalls noch besser als anhand der Feldstärke-Messungen die optimale Übertragungsqualität bei den geschilderten Tests beurteilen. Hierbei treten ferner, hervorgerufen durch diese Intermodulationen, die ja mehr oder weniger eine Nichtlinearität des elektromagnetischen Funkfeldes sind, Oberwellen von einzelnen Übertragungsfrequenz ind insbesondere wenigstens eines dem Signal beigegebenen Piloten auf. Man kann also aus dem Pilotsignal selbst das Feldstärkekriterium und aus den Oberwellen des Piloten das Kriterium über die Intermodulationsprodukte entnehmen. Unabhängig davon können natürlich die üblichen Beurteilungen, insbesondere hinsichtlich des auftretenden Rauschens beibehalten werden, Jedenfalls lassen sich durch diese Methode insbesondere der Strahls chwenkung selbst ohne Polarisationswechsel in den meisten Prallen schon so erhebliche Strahlun.gsgewlnne erzielein, daß die Ubertragung auch ohne Erhöhung der Normalfeldstärke in vielen Fällen gesichert ist.It is known that in the transmission of analog signals in particular intermodulation of multichannel carrier frequency signals in a larger frequency band arises. Using this intermodulation, you can possibly even better than based on the field strength measurements, the optimal transmission quality for the described Assess tests. Here occur further, caused by this Intermodulations, which are more or less a non-linearity of the electromagnetic Radio field, harmonics of individual transmission frequencies ind in particular at least one pilot attached to the signal. So you can from the pilot signal even the field strength criterion and from the pilot's harmonics the criterion from the intermodulation products. Regardless of this, of course, they can usual judgments, especially with regard to the occurring noise In any case, this method can be used in particular to swivel the beam Even without a change in polarization, in most collisions there are already so considerable radiation gains achieved that the transmission without increasing the normal field strength in many Cases is secured.

3 Patentansprüche 1 Figur3 claims 1 figure

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 9 Directional radio communication system, in which the transmitting and receiving antennas lie in the area of optical view and through mutual agreement on optimal signal transmission or lowest radio attenuation are aligned with one another, indicated by the summary The following features: 1. The radiation direction of the Fefan.gs- and nd transmitting antenna is used at short intervals and initially only for a short time based on the following Criteria by panning the antenna diagram in the vertical direction from the central one Main beam direction preferably in small angles compared to the full width at half maximum removed.

a) Maximum field strength of the carrier frequency at the receiving location, b) lowest Intermodulation product for the transmission of multi-channel telephony systems Analog signals, c) lowest error frequency when transmitting the messages in digitized form, preferably by comparing the error rate of one of the Signal attached test program for the different beam directions of the two en antennas.

II. Adjustment to the best transmission conditions after a or several of these criteria and, after a short time, rechecking the optimal one Reception conditions according to the above art.

2. Directional radio communication system according to claim 1, d a d u It is noted that the message signal itself contains the information via the reception tests as well as the test signals, especially in the case of four-wire connections are included, if necessary with intermediate storage and time compression the message signal and the sending of additional messages between durations with digital technology.

3. Directional radio communication system according to claim 1, d a d u It is noted that in systems with pilot signals depending on the applied Modulation type from the level of the pilot or from the harmonic content of the pilot frequency the I, riberiurn obtained via the intermodulation behavior of the transmission link will.