DE2632787C2

DE2632787C2 - Funkstelle für ein Duplexübertragungssystem

Info

Publication number: DE2632787C2
Application number: DE2632787A
Authority: DE
Inventors: Lucien Le Blanc Mesnil Babany
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1975-07-21
Filing date: 1976-07-21
Publication date: 1984-09-06
Also published as: AR210504A1; SE7608282L; GB1536927A; BR7604598A; NL7608025A; DE2632787A1; FR2319252B1; FR2319252A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Funktstelle für ein Duplexübertragungssystem, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Duplexübertragungssysteme enthalten mehrere feste oder mobile Funkstellen und werden bei sehr kleinen Wellenlängen betrieben, die z. B. im Millimeterwellenbereich liegen. Bei diesen Wellenlängen ist die Richtwii kung der Antennen sehr groß, und das Richten ist schwierig, was dazu führt, daß ein Duplexbetrieb vorgesehen wird, selbst wenn die Bedürfnisse des vorgesehenen Verkehrs einen Duplexbetrieb nicht verlangen.

Darüber hinaus ist es erwünscht, die Bandbreite der Anlagen auf das notwendige Minimum zu begrenzen, wozu eine gute Frequenzstabilität erforderlich ist.

Es ist bekannt, diese Frequenzstabilität in Duplex-Funkstrecken zwischen zwei Funkstellen zu erhalten, indem pro Funkstelle nur ein einziger modulierter Höchstfrequenzoszillator verwendet wird und indem die Differenz der von einer Funkstelle gesendeten Frequenz und der von einer anderen Funkstelle gesendeten Frequenz stabilisiert wird. Diese Stabilisierung erfolgt durch Kombinieren einer Korrekturspannung mit der Steuerspannung des Oszillators derjenigen Funkstelle, deren Frequenz stabilisiert wird. Die Korrekturspannung ist proportinal zu der Differenz zwischen dem Absolutwert der Differenz zwischen den von den beiden Funkstellen gesendeten Frequenzen und einer festen Frequenz, die z. B. von einem Quarzoszillator geliefert wird.

Eine solche Vorrichtung ist in dem Buch »Phase Lock Technics« von Floyd M. Gardner, Herausgeber John Wiley incorporated, New York 1966, S. 78 (Fig. 7.1) beschrieben.

Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, daß sie es ermöglicht, die Abweichung zwischen den Sendefrequenzen von zwei Funkstellen mit einer Stabilität konstant zu halten, die der Stabilität des verwendeten Quarzoszillators entspricht.

Allerdings ist diese Lösung nicht direkt auf Übertragungssysteme anwendbar, die mehr als zwei Funktstellen enthalten und z. B. aus einer Pilotstation und mehreren untergeordneten Funkstellen besteht, denn die jeweiligen Differenzen zwischen der Sendefrequenz der Pilotstation und den Sendefrequenzen der untergeordneten Funkstellen sind voneinander verschieden, da sie von der Frequenzstabilität des Quarzoszillators jeder einzelnen Station abhängt, dessen Schwingungsfre quenz die entsprechende Frequenzdifferenz nachgeregelt wird. Hierdurch entstehen Frequenzschwingungen zwischen den verschiedenen von der Pilotstation empfangenen Frequenzen, wodurch die Demodulation der

empfangenen Signale beeinträchtigt wird

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Funkstelle für ein Duplexübertragungssystem der beschriebenen Art so auszubilden, daß keine derartigen, die Demodulation beeinträchtigenden Schwebungen zwischen den von verschiedenen Stellen gesendeten Frequenzen auftreten.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführun^sbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Pilotstation und einer untergeordneten Funkstelle bekannter Art,

F i g. 2 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer untergeordneten Funkstelle nach der Erfindung, und

F i g. 3 das Blockschaltbild einer abgewandelten Ausführungsform der Funkstelle von F i g. 2.

In F i g. ] enthält eine Pilotstation feine Antenne 101, die über einen Zirkulator 111 aus einem modulierten Höchstfrequenzoszillator 102 ein zu übertragendes Signal empfängt und die Signale, die sie empfängt, an einen ersten Eingang 141 eines Eingangsmischers 106 abgibt. Letzterer empfängt an einem zweiten Eingang 142 einen Bruchteil des von dem Höchstfrequenzoszillator 102 ausgesandten Signals und an einem dritten Eingang 143 das Ausgangssignal eines Multiplizierers 110. Dieser Mischer 106 versorgt am Ausgang eine Haupischaltung, die in Reihe enthält: einen ersten selektiven Verstärker 107, einen Mischer 108 und einen zweiten selektiven Verstärker 109. Ein Frequenzgenerator 103, der eine Referenzfrequenz F liefert, versorgt den Eingang des Multiplizierers 110, den Eingang eines Multiplizierers 104, dessen Ausgang im Nebenschluß den Mischer 108 über seinen Eingang 152 versorgt, und über einen Frequenzteiler 122 einen ersten Eingang 162 eines Phasenvergleichers 105. Letzterer empfängt an seinem zweiten Eingang über einen Frequenzteiler 123, der den gleichen Aufbau wie der Frequenzteiler 122 hat, das Ausgangssignal des Verstärkers 109, das außerdem einem Demodulator 114 zugeführt wird, der an einer Ausgangsklemme 115 die demodulierten Signale abgibt. Der Ausgang 164 des Phasenvergleichers 105 ist mit dem Steuereingang des Höchstfrequenzoszillators 102 über eine Schaltung 112 verbunden, die die Modulationssignale an einer Eingangsklemme 113 empfängt.

Statt des Demodulators 114 kann, unter gewissen Vorbehalten, die weiter unten dargelegt sind, ein Filter lie vorgesehen werden, das an den Ausgang 164 des Phasenvergleichers 105 angeschlossen ist und an dessen Ausgang 117 die deinodulierten Signale abgegeben werden.

Eine untergeordnete Funkstelle S, die mit der Pilotstation Pin Verbindung steht, besitzt die gleichen Schaltungselemente wie letztere, deren entsprechende Bezugszahlen um 100 erhöht worden sind, mit Ausnahme des Multiplizierers 110, für den kein Äquivalent vorhanden ist.

Die Betriebsweise der beschriebenen Verbindung bekannter Art wird im folgenden kurz erläutert:

Zuerst wird wegen der Gemeinsamkeiten zwischen der Pilotstation und der Funkstelle die Pilotstation PaIs Beispiel beschrieben. Der Höchstfrequenzoszillator 102 wird sowohl ills Sendeoszillator als auch als empfangsseitiger Überlagerungsoszillator benutzt Die durch die Antenne 101 empfangenen Signale werden durch den Mischer 106 auf eine Zwischenfrequenz umgesetzt, die unter Vernachlässigung der Frequenzmodulation der gesendeten und empfangenen Signale gleich dem Absolutwert der Differenz zwischen der Frequenz des empfangenen Signals und der Frequenz des Oszillators 102 ist, also \K\ — K₂] F, worin ATi und K₂ ganze Zahlen > 1 sind und wobei Fdie Frequenz des Frequenzgtinerators

ίο 103 ist Diese Zwischenfrequenz wird durch den ersten selektiven Verstärker 107 verstärkt und gefiltert und mit Hilfe des Mischers 108 umgesetzt, der aus dem Multiplizierer 104 eine Überlagerungsfrequenz empfängt die gleich nF ist, wobei η = JATi — K₂\ ± 1 gilt, und ihre Schwebung, die gleich Fist als Ruhefrequenz liefert die aber wie die empfangenen Signale moduliert ist, wobei die entsprechende Information an dem Ausgang 115 des Demodulators 114 entnommen wird, dessen Ausgangssignal zusammen mit der zu übertragenden Information benutzt wird, um die empfangene Information in bekannter Weise mittels einer in der Gegenstation vorgesehenen Schaltung wiederherzustellen.

Die Schaltung 112 enthält vor allem einen Verstärker für die an seinen Eingang 113 angelegten Modulationssignale, die zur Frequenzmodulation des Höchstfrequenzoszillators 102 bestimmt sind. Sie enthält außerdem für das von dem Phasenvergleicher 105 abgebene Regelsignal ein Tiefpaßfilter, welches eine Steuerschaltung für den Höchstfrequenzoszillator 102 und das letzte Glied einer Regelschaltung ist, die außerdem aus der oben beschriebenen Hauptschaltung, dem Multiplizierer 104 und dem Generator 103 besteht.

In dem besonderen Fall der Pilotstation fist der Multiplizierer 110 ein zusätzliches Schaltungselement der Regelschaltung. Wenn K₂FdIe Empfangsnennfrequenz ist, ist sein Multiplikationsfaktor gleich K₂ und der Höchstfrequenzoszillator 102 wird auf diese Weise genau auf der Frequenz /fiFdurch den Phasenvergleicher 105 verriegelt, der auf die Phasendifferenz zwischen dem Signal mit der Frequenz F, das von dem durch den Frequenzgenerator 103 gebildeten Hauptoszillator geliefert wird, und dem Signal mit der Nennfrequenz F anspricht, das aus der Frequenzumsetzung resultiert, die durch die Schaltung 108—109 auf die Frequenz der Schwebung zwischen den an die Eingänge 142 und 143 des Mischers 106 angelegten Signalen vorgenommen wird. Es ist zu erkennen, daß ein weiteres Signal mit der Nennfrequenz F von der Schaltung 108—109 aufgrund der Schwebungsfrequenz zwischen den an die Eingänge 141 und 142 desselben Mischers 106 angelegten Signalen erhalten wird. Das zweite Signal mit der Nennfrequenz Fhat jedoch einen so ausreichend niedrigen Wert gegenüber dem erstgenannten Signal, dal? es keinen Einfluß auf die Betriebsweise der Regelschaltung hat.

Es ist bekannt, daß diese Regelschaltung selbst dann arbeitet, wenn eines der beiden verglichenen Signale oder beide frequenzmoduliert sind, vorausgesetzt, daß die höchsten Modulationsfrequenzen ausreichend größer sind als die höchste Frequenz der Bandbreite der Regelschaltung. Diese Bedingung wird durch geeignete Wahl des Teilerfaktors der gleichen Frequenzteiler 122 und 123 erfüllt.

Wenn in der untergeordneten Funkstelle 5 das Ausgangssignal des Verstärkers 209 mit der Frequenz des Frequenzgenerators 203 synchronisiert ist, ist es möglich, das entsprechende Modulationssignalgemisch aus dem Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 216 zu erhalten, das über den Ausgang 264 des Phasenvergleichers 205

gespeist wird. Der Demodulator 214 ist dann nicht mehr erforderlich.

Dieses Modulationssignal wird zusammen mit der zu übertragenden Information benutzt, um wie in der Pilotstation die Information wiederherzustellen.

Der Frequenzgenerator 203 hat eine Frequenz F + ε, wobei ε die Differenz zwischen der Frequenz des Hauptoszillators der betreffenden untergeordneten Funkstelle Sund der Frequenz des Hauptoszillators der Pilotstation ist.

Die empfangene Frequenz ist gleich K\ F und der Multiplizierer 204 liefert eine Frequenz, die gleich

[\K,-K₂\ ± I]CF+ ε)

ist, wobei für die Frequenz an dem Eingang des Mischers 208

(K₁- K₂)(F+ ε)

gilt und wobei die durch die Funkstelle S übertragene Frequenz gleich

IS Σ7 ^tI/ IS \

t\.₂r — ε(ΐ\.\ — n.₂)

ist Dasselbe gilt für die anderen untergeordneten Funkstellen, wobei i·für die verschiedenen Funkstellen unterschiedliche Werte hat.

In F i g. 2 ist ein Beispiel einer untergeordneten Funkstelle nach der Erfindung dargestellt, die, mit Ausnahme des Demodulators 214, alle Schaltungselemente der Station S von F i g. 1 enthält, welche in F i g. 2 mit Bezugszahlen bezeichnet sind, die gegenüber denen von F i g. 1 um 100 erhöht sind. Dazu kommt eine Hilfsregelschaltung, die folgende Schaltungselemente enthält: einen Frequenzmultiplizierer 310, der den gleichen Aufbau wie der Multiplizierer 110 der Station P von F i g. 1 hat, eine Schaltung zur Synthese der Frequenz F, die einen zusätzlichen Mischer 1306 enthält der die durch die Antenne 301 empfangenen Signale und die Ausgangssignale des Multiplizierers 310 empfängt, eine Hilfsschaltung, die in Reihe die Schaltungselemente 1307 bis 1309 enthält, welche den gleichen Aufbau wie die Schaltungselemente der Hauptschaltung haben, die die Elemente 307 bzw. 308 bzw. 309 enthält, und eine Schaltung zur Steuerung des Höchstfrequenzoszillators 302 in Form eines Hilfsphasenvergleichers 320, der an einem seiner Eingänge das Ausgangssignal des selektiven Verstärkers 1309 und an seinem zweiten Eingang die Frequenz F + edes Frequenzoszillators 303 empfängt.

Der Hilfsphasenvergleicher 320 gibt am Ausgang über ein Tiefpaßfilter 321 ein Signal zur Folgeregelung des Frequenzgenerators 303 ab. Ein Filter 316, dem das Ausgangssignal des Phasenvergleichers 305 zugeführt wird, gibt die demodulierten Signale an der AusgangskiemmeJizab

Zuerst sei angenommen, daß das Ausgangssignal der Hilfsregelschaltung nicht an dem Frequenzgenerator 303 anliegt Aus der Frequenz F+ ε dieses Generators wird K₂ (F + ε) am Ausgang des Multiplizierers 310 und

{\K-K₂\±n(F+e) „

am Ausgang des Multiplizierers 304. Aus dem empfangenen Signal ^iFwird somit

JATi - K₂\F + Κ₂ε
in dem Verstärker 1307 und

F + (2 K₂ - K₁ + ί)ε
an dem Eingang des Hilfsphasenvergleichers 320.

Wenn /.. B. gilt F = 0.1 GHz, K₁F = 51 GHz und K₂F= 48 GHz, ergibt sich 2 K₂ - K₁ T 1 * 450.

Somit entspricht jeder Verschiebung ε der an einen der Eingänge des Phasenvergleichers 305 angelegten Frequenz Fdes Frequenzgenerators 303 eine Verschiebung, die 450mal größer ist als die an den anderen Eingang angelegte Frequenz.

Das Anlegen des sich daraus ergebenden Regelsignals gestattet somit eine genaue Einstellung des Frequenzgenerators 303 auf die Frequenz Fund infolgedessen der durch die Funkstelle ausgesandten Frequenz, die genau gleich A^Fsein wird.

Es wird dann möglich, in der Pilotstation das aus einer der untergeordneten Funkstellen stammende Informationssignal aus dem Ausgangssignal des Phasenvergleichers 105 zu gewinnen, da die aus allen untergeordneten Funkstellen empfangenen Signale mit der Frequenz des Frequenzgenerators 103 synchronisiert sind.

Die Berechnung und die Erfahrung haben gezeigt, daß eine Schaltung, die vorzugsweise einfacher als die oben beschriebene ist, auf der Grundlage derselben Prinzipien hergestellt werden könnten.

In Fig. 3 ist eine Variante einer untergeordneten Funkstelle 5 dargestellt, in welcher die Schaltungselemente 301,311,302,312,316,305,303,322,323,310,304 und 321 von Fig. 2 entsprechende Schaltungselemente haben, deren Bezugszahlen gegenüber denen der entsprechenden Schaltungselemente von F i g. 2 um 100 erhöht sind.

Diese Schaltungselemente von Fig.3 sind in derselben Weise wie die entsprechenden Schaltungselemente von F1 g. 2 miteinander verbunden, sofern nichts Gegenteiliges angegeben ist.

Der Mischer 430 ist ein Mischer mit drei Eingängen, der die Funktionen des Eingangsmischers 306 und des zusätzlichen Mischers 1306 von F i g. 2 erfüllt.

Die Funktionen der Haupt- und Hilfsschaltungen von F i g. 2 werden durch eine einzige und gleich aufgebaute Schaltung in Fig.3 (Schaltungselemente 407 bis 409) erfüllt. Die Steuerschaltung des Oszillators 402 besteht in diesem Fall aus einem Hüllkurvendetektor 424, der das Ausgangssignal des Verstärkers 409 empfängt. Dieser Detektor wählt die Schwebung zwischen der Frequenz des Frequenzgenerators 403 im freien Zustand, also F ± ε, und der weiter oben berechneten Frequenz, die gleich F + (2 K₂ — K\ + \)ε ist, aus und gibt eine Spannung ab, die zu der Frequenz der Schwebung proportional ist und so einen ebenso genauen Synchronismus, aber mit viel einfacheren Einrichtungen, wie in dem vorhergehenden Fall bewirkt.

In dem Fall eines Übertragungssystems, in welchem die untergeordneten Funkstellen nicht alle ständig mit der Püotstation in Verbindung sind, beispielsweise wenn eine mit der anderen über einen Drehrichtstrahler in Verbindung tritt, ist es erforderlich, den Synchronismus in jeder untergeordneten Funkstelle in dem Zeitpunkt herzustellen, in welchem sie von dem Feld der Pilotstation erfaßt wird, was eine gewisse Zeit erfordert, die für den Verkehr verloren ist

Dieser Nachteil kann leicht vermieden werden, indem in der Püotstation ein Antennensystem benutzt wird, das einen Drehrichtstrahler bildet und außerdem eine ungerichtete Strahlung mit niedrigem Pegel aussendet, die von allen untergeordneten Funkstellen gleichzeitig empfangen wird und zur Synchronisation der Funkstellen dient und mit einem empfangenen niedrigen Pegel bei der schmalen Bandbreite der Regelschlcifen kompatibel ist

Das beschriebene .System hat somit den doppelten Vorteil eines einfachen und wirtschaftlichen Aulbaus (ein ein/iger I lohlrauni-Höehslfrequen/.oszillalor pro I iinktstelle lür das Senden und den Empfang) und eines genauen Synchronismus der Kunkstellen in den beiden llberiragungsrichiungen mit den sieh daraus ergebenden Vorteilen:

— Korrektur der Abweichungen aufgrund des Dopplet-Effekts oder Ausnutzung seiner Eigenschaften,

— Möglichkeit der Modulation durch Phasensprung am Sendeoszillalor. und

— Demodulation am Ausgang des Phasenverglcichers.

Hier/u 2 Blatt Zeichnungen

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iO !? 0

Claims

Patentansprüche:

1. Funkstelle für ein Duplexübertragungssystem, die mit einer Pilotstation zusammenarbeitet, welche auf einer Mittenfrequenz K\ F sendet, worin K\ eine vorbestimmte ganze Zahl ist, mit einer Antenne (301), mit einem Höchstfrequenzoszilator (302), der eine Nennmittenfrequenz K₂F hat, worin K₂ eine vorbestimmte ganze Zahl ist, und zur Benutzung sowohl als Sendeoszillator als auch als empfangsseitiger Überlagerungsoszillator vorgesehen ist; mit einem Eingangsmischer (306) der einen ersten Eingang zum Empfang der von der Antenne (301) kommenden Signale und einen mit dem Ausgang des is Höchstfrequenzoszillators (302) verbundenen zweiten Eingang hat; mit einer Hauptregelschaltung zur Steuerung des Höchstfrequenzosziliators (302), um die Mittenfrequenz des von dem Eingangsmischer (306) gelieferten Zwischenfrequenzsignals auf einem Wert zu halten, der gleich dem Produkt aus der reellen Frequenz des Höchstfrequenzoszillators und (Ki — K₂) ist, und mit einem in der Hauptregelschaltung vorgesehenen Frequenzgenerator (303), der ein Signal mit der Nennfrequenz F erzeugt und einen Steuereingang hat, dadurch gekennzeichnet, daß, um den Frequenzgenerator (303) auf seiner Nennfrequenz Fzu halten, eine Hilfsregelschaltung vorgesehen ist. die eine Syntheseschaltung enthält, welche ein synthetisches Signal mit einer Nennfrequenz F über eine Mischschaltung (1308) liefert, die das von der Antenne (301) empfangene Signal mit wenigstens einem Signal mischt, dessen Frequenz ein Vielfaches der Frequenz des Frequenzgenerators (303) ist, und daß eine Steuerschaltung (320, 321) mit einem Eingang für den Empfang des synthetischen Signals und mit einem mit dem Steuereingang des Frequenzgenerators (303) verbundenen Ausgang vorgesehen ist.

2. Funkstelle nach Anspruch 1, in der die Hauptregelschaltung jeder Funkstelle außerdem enthält: einen ersten Multiplizierer (304) für die Frequenz F, der einen Multiplikationsfaktor \K\ — K₂\ ± 1 hat; eine Hauptschaltung, die in Reihe enthält: einen ersten selektiven Verstärker (307) für das Ausgangssignal des Eingangsmischers (306), einen Zwischenmischer (308) zum Mischen des Ausgangssignals des ersten selektiven Verstärkers (307) mit dem Ausgangssignal des ersten Multiplizierers, (304) und einen zweiten selektiven Verstärker (309), der einen den Ausgang der Hauptschaltung bildenden Ausgang hat; und einen Phasenvergleicher (305), welcher einen durch den Frequenzgenerator (303) gespeisten ersten Eingang und einen mit dem Ausgang der Hauptschaltung verbundenen zweiten Eingang hat, dadurch gekennzeichnet, düß die Hilfsregelschaltung außerdem einen Frequenzmultiplizierer (310) für das Ausgangssignal des Frequenzgenerators (303) enthält, der einen Multiplikationsfaktor K₂ hat, und daß die Syntheseschaltung in Reihe enthält: einen zusätzlichen Eingangsmischer (1306), welcher das empfangene Signal und das Ausgangssignal des Frequenzmultiplizierers (310) empfängt, und eine Hilfsschaltung, die den gleichen Aufbau wie die Hauptschaltung hat und deren Ausgang den Ausgang der Syntheseschaltung bildet.

3. Funkstelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung ein Hilfsphasenvergleicher (320) zum Empfang des synthetischen Signals an einem ersten Eingang und des Ausgangssignals des Frequenzgenerators (303) an einem zweiten Eingang ist.

4. Funkstelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Eingangsmischer (1306) und der erstgenannte Eingangsmischer (306) in einem Mischer vereinigt sind, der tire; Eingänge und einen einzigen Ausgang hai. daß die Hilfsschaltung mit der Hauptschaltung vereinigt ist, deren Ausgang außerdem den Ausgang der Syntheseschaltung bildet, und daß die Steuerschaltung ein Hüllkurvendetektor ist.