DE2707743C3 - Verfahren zur Übertragung von Informationen mittels zeitmodulierter Impulse - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Informationen mittels zeitmodulierter Impulse mit einem Impuls-Pausenverhältnis in der Größenordnung :20 im optischen Bereich elektromagnetischer Strahlung.

Ein wesentlicher Vorteil der Impulstechnik bei Übertragungsverfahren im optischen Wellenlängenbereich, beispielsweise im infraroten Bereich, liegt in der Einsparung elektrischer Sendeleistung. Dies ist für batteriebetriebene Sender von besonderer Bedeutung.

Es sind bereits Verfahren bekannt, Informationen mit Pulsfrequenzmodulation zu übertragen. Beispielsweise wird in der deutschen Patentanmeldung P 26 30 665.0-31 ein Verfahren beschrieben - in der Praxis bereits offenkundig eingeführt —, bei welchem ein Sender kurze frequenzmodulierte Stromimpulse gleicher Länge erzeugt, die die Lumineszenz-Sendedioden durchfließen. Im unmodulierten Zustand sind es beispielsweise 20 000 Impulse/s. Die Impulse selbst haben alle die gleiche Form und Dauer, und es verändert sich lediglich die Anzahl der Impulse/s durch die Modulation. Bei einem in der Praxis durchgeführten Verfahren wird die mittlere Impulsfrequenz z. B. um Hz gelegt und die Impulsdauer liegt in der Größenordnung von 1 us. Bei einem sich hier zu 1 :20 ergebenden Tastverhältnis wird gegenüber einer normalen Impulsfrequenzmodulation mit einem Tastverhältnis von 1:2 eine Stromersparnis von 10:1 erzielt

Der Empfang solcher impulsfrequenzmodulierter Signale erfordert normalerweise einen Frequenzumfang der Empfangsschaltung von etwa 1OkKz bis 500 kHz, wofür die Empfangsschaltung einen entsprechenden Breitbandverstärker aufweisen muß. Als Nachteil für diese Empfangsschaltung ist unter anderem die Störanfälligkeit gegenüber insbesondere im unteren Frequenzbereich strahlenden Infrarot-Störsignalquellen zu nennen.

In der deutschen OS 23 42 345 wird eine Einrichtung zur Übertragung einer Information über einen breitgefächerten Lichtstrahl angegeben, die diese Nachteile vermeiden soll. Die die Lichtintensität modulierende Trägerfrequenz soll so niedrig gelegt werden, daß bei maximalem, durch die Modulation bedingtem Hub das untere Seitenbandspektrum der Trägerfrequenz die niederfrequenten Frequenzbänder von Störlichtquellen noch nicht wesentlich überschneidet und daß im Empfänge» diese niederfrequenten Frequenzbänder von Störlichtquellen durch Siebmittel unterdrückt werden. Bei einem angeführten Beispiel soll die Trägerfrequenz bei etwa 100 kHz liegen und der größte Frequenzhub etwa ±50 kHz betragen. Bei dieser Dimensionierung wird davon ausgegangen, daß der Frequenzbereich der Störsignale nicht wesentlich in das untere Seitenbandspektrum der Trägerfrequenz hineinreicht. Die Empfangseinrichtung wird auf die Trägerfrequenz abgestimmt, und es wird besonders darauf hingewiesen, daß Siebmittel vorgesehen sind, um höhere Frequenzen, z. B. die Harmonischen des Trägers zu unterdrücken.

In der Praxis hat sich jedoch herausgestellt, daß das Störspektrum durch infrarote Störstrahlungsquellen z. B. von Leuchtstofflampen, bis in den Bereich von 100 bis 200 kHz hineinreichen kann.

Die bekannten Empfangsschaltungen sind also weiterhin mit einer hohen Störanfälligkeit behaftet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ein noch größeres Nutz-/Störsignalverhältnis in der Empfangseinrichtung zu ermöglichen als es bisher beim bekannten Stand der Technik möglich war, das heißt, auch Störungen, die durch relativ hochfrequente Infrarot-Störsignalquellen hervorgerufen werden, zu eliminieren.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß empfangsseitig nur im oberen Bereich des durch die zeitmodulierten Impulse erzeugten Frequenzspektrums liegende Frequenzbänder ausgewertet werden.

Eine zweckmäßige Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist durch eine mit einer Empfangsdiode in Reihe geschaltete Induktivität gekennzeichnet, welche mit der Kapazität der Empfangsdiode einen auf eine im oberen Bereich des durch die zeitmodulierten Impulse erzeugten Frequenzspektrums liegende Frequenz abgestimmten Schwingkreis bildet.

Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß durch die alleinige Auswertung von Frequenzen, die im oberen Teil des übertragenen Frequenzspektrums liegen, tieffrequente Störfrequenzen ausgeblendet werden können. Diese Selektionen können vorteilhafterweise in der Eingangsschaltung der Empfangseinrichtung erfolgen: Die Empfangsdiode für die infrarote

Strahlung, beispielsweise eine Si-PIN-Diode, wird bekanntlich in Sperrichtung betrieben und stellt eine nennenswerte Kapazität dar. Zur Erzielung einer Breitbandigkeit bei Empfängern bekannter Art muß der Eingangswiderstand der nachfolgenden Verstärkerstufe durch geeignete schaltungstechnische Maßnahmen herabgesetzt werden, wodurch Verstärkerverluste auftreten. Bei einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchem nur ein schmales Frequenzband ausgewertet wird, kann in vorteilhaft«· Weise die Sperrschichtkapazität durch eine Induktivität kompensiert werden, so daß am Eingang der nachfolgenden Verstärkerstufe relativ hohe Signalspannungerr auftreten, die insgesamt eine geringere Gesamtverstärkung der Empfangseinrichtung bedingen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erfaßt

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben.

F i g. 1 zeigt das Frequenzspektrum der ausgesandten frequenzmodulierten Impulse.

F i g. 2 stellt das Blockschaltbild eines Empfängers für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar.

In Fig. 1 ist das Frequenzspektrum für eine Impulsfolge mit einer mittleren Frequenz von 50 kHz dargestellt. Das ausgesandte Frequenzspektrum eines impulsgetasteten Senders ist ein Linienspektrum mit Teilfrequenzen nahezu gleicher Amplitude bis zu einer Grenzfrequenz, die mit der Impulsdauer zusammenhängt. Bei der beispielsweise genannten mittleren Impulsfolgefrequenz von 50 kHz ergeben sich noch Frequenzen bis zu etwa 500 kHz. Die Einhüllende dieses Frequnzspektrums ist mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet Durch den selektiven Empfänger werden gemäß der Erfindung aus diesem Spektrum nur die höheren Frequenzen ausgewertet; mit der Bezugsziffer 2 ist der Frequenzgang der selektiven Eingangsschaltungsanordnung bezeichnet. Die Bezugsziffer 3 kennzeichnet die Begrenzung eines typischen Störspektrums, wie es durch infrarote Störstrahlungsquellen hervorgerufen werden kann. Der Abstand der Maxima der Kurven 2 und 3 zeigen deutlich die durch das erfindungsgemäße Verfahren hervorgerufene Verbesserung des Störab-Standes.

In Fig.2 wird das Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit den wichtigsten Oszillogrammen dargestellt. Am Eingang der Empfangsschaltung liegt die Reihenschaltung eines Widerstandes 4 mit der Empfangsdiode 5 und einer Induktivität 6. Diese drei Bauelemente bilden einen gedämpften Reihenschwingkreis und sind so dimensioniert, daß sich die gewünschte Durchlaßkurve — in F i g. 1 mit der Bezugsziffer 2 gekennzeichnet — ergibt Die gewünschte Bandbreite läßt sich leicht durch eine entsprechende Bemessung des Widerstandes 4 beeinflussen. Die Resonanzfrequenz wird, wie bereits beschrieben, an das obere Ende des Übertragungsbereiches der Lichtmodulation, das heißt in den oberen Bereich des durch die zeitmodulierten Impulse erzeugten Frequenzspektmms gelegt. Am Ausgang des Schwingkreises entsteht durch jeden Lichtimpuls 7 angeregt ein gedämpfter elektrischer Schwingungszug 8 von wenigen Perioden Dauer. Dieser wird dem Verstärker 9 zugeführt welcher über eine Rückführung 9.1 amplitudengeregelt ist Hierdurch entsteht am Ausgang des Verstärkers ein Spannungsverlauf mit angenähert konstanter Amplitude. Der Diskriminator 10 enthält zunächst ein Amplitudensieb, das aus dem Schwingungszug einen möglichst ungestörten Spannungsanteil 11 herausschneidet Auf diese Weise entstehen wieder kurze Impulse, die den Sendeimpulsen 7 ähnlich sind. Durch einen Impulsformer, beispielsweise durch eine monostabile Kippschaltung, werden diese Impulse verbreitert wie im Oszillogramm 12 dargestellt und über ein Integrationsglied wird daraus die Niederfrequenz gewonnen, die dem Niederfrequenzverstärker 13 und dann einem elektroakustischen Wandler 14 zugeführt wird.

Das erfindungsgemäße Empfangsverfahren ist sehr leistungsfähig. Wie bereits ausgeführt liefert der Schwingkreis am Eingang der Schaltungsanordnung bei Eintreffen der Lichtimpulse bereits eine ziemlich hohe Spannung, die im allgemeinen weit oberhalb des Rauschpegels des Verstärkers 9 liegt Durch die Selektion des Schwingkreises werden Fremdstörungen weitgehend ausgeblendet Da bei der Breitband-Frequenzmodulation die Zeithübe insbesondere bei tieferen Modulationsfrequenzen sehr groß und außerdem die Flankensteilheiten der Impulse hoch sind, ist das Verhältnis der Nutzzeithübe zu den Störzeithüben am Eingang des Diskriminators sehr groß und dementsprechend ist auch der Störabstand der Niederfrequenz sehr hoch.

Die Wirkungsweise des Diskriminators ist nur beispielsweise und sehr vereinfacht beschrieben, da die Diskriminierungsverfahren als bekannt vorausgesetzt werden können. Das dargestellte Verfahren braucht keineswegs ein Optimum darzustellen. Es können vielmehr alle Diskriminatoren verwendet werden, die bei der Frequenzmodulation üblich sind: Es können Phasendiskriminatoren der verschiedensten Art wie zum Beispiel PLL-Schaltungen zur Anwendung kommen. Ferner kann es auch zweckmäßig sein, statt der Anfangsflanke der gedämpften Schwingung die zweite Flanke zu detektieren, da diese Flanke die längste ist und deshalb den besten Störabstand ergibt. Man kann beispielsweise die erste Flanke ein Tor öffnen lassen und anschließend den Nulldurchgang der zweiten Flanke auswerten. Schließlich kann es zweckmäßig sein, vor dem Integrationsglied auf eine Treppenspannung überzugehen, um die Anforderungen an die Integration so weit wie möglich herabzusetzen.

Das Empfangsverfahren ist nicht auf die Frequenzmodulation beschränkt. Wegen der engen Verwandtschaft von Frequenzmodulation und Phasenmodulation kann das Verfahren auch für phasenmoduliertc Impulse verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Übertragung von Informationen mittels zeitmodulierter Impulse mit einem Impuls-Pausenverhältnis in der Größenordnung 1 :20 im optischen Bereich elektromagnetischer Strahlung, dadurch gekennzeichnet, daß empfangsseitig nur im oberen Bereich des durch die zeitmodulierten Impulse erzeugten Frequenzspektrums liegende Frequenzbänder ausgewertet werden.

2. Schaltungsanordnungen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit einer Empfangsdiode in Reihe geschaltete Induktivität, welche mit der Kapazität der Empfangsdiode einen auf eine im oberen Bereich des durch die zeitmodulierten Impulse erzeugten Frequenzspektrums liegende Frequenz abgestimmten Schwingkreis bildet

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Dämpfung des durch die Kapazität der Empfangsdiode und die Induktivität gebildeten Schwingkreises, derart, daß durch die zeitmodulierten Impulse gedämpfte Schwingungszüge von wenigen Perioden angeregt werden.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen auf die durch die Empfangsdiode und die Induktivität gebildete selektive Eingangsschaltung nachfolgenden amplitudengeregelten Verstärker.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen ein Amplitudensieb enthaltenden Diskriminator zur Auswertung der Anfangsflanken der von der Eingangsschaltung gebildeten Schwingungszüge.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen ein Amplitudensieb enthaltenden Diskriminator zur Auswertung der zweiten Flanken der von der Eingangsschaltung gebildeten Schwingungszüge.

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