DE2714540B2 - Verfahren zur drahtlosen Nachrichtenübertragung über eine optische Strahlung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur drahtlosen Nachrichtenübertragung über eine optische Strahlung, welche mit kurzen in einer zeitlichen Bestimmungsgröße sich ändernden Impulse moduliert ist mit vorzugsweise ortsbeweglichen Sende/Empfangsgeräten und mindestens einer Relaisstelle.

Die drahtlose Nachrichtenübermittlung über eine optische Strahlung, beispielsweise im Infrarot-Bereich, erfordert aufgrund des niedrigen Wirkungsgrades der als Sender eingesetzten Lumineszenz-Dioden und der kleinen Empfangsflächen der Foto-Dioden im Empfänger verhältnismäßig viel elektrische Sendeenergie, Für ortsbewegliche Sende-/Empfangsgeräte sind somit verhältnismäßig grolle Batteriekapazitäten notwendig, deren Volumen und Gewicht als störend empfunden werden.

Es besteht jedoch ein großer Bedarf an ortsbeweglichen Übertragungsanlagen zur Überbrückung von kleineren aber auch besonders von größeren Entfernungen z.B. in großen Klassenräumen oder auch in Kongreßsälen, Hierbei sind mehrere Übertragungsarten zu unterscheiden: In der einfachsten Form trägt der Lehrer beziehungsweise der Vortragende ein Sendegerät, durch welches mittels beispielsweise infraroter Trägerwellen eine Nachricht zu den mit Empfangsgeräten ausgerüsteten Schülern oder Kongreßteilnehmern übertragen wird. Bei einer anderen Ausführungsform der Übertragungsanlagen sind der Vortragende sowie

ίο die Gesprächsteilnehmer mit Sendeempfangsgeräten ausgerüstet so daß zumindest ein Wechselsprechbetrieb möglich ist

Bei diesen bekannten drahtlosen Diskussionsanlagen, bei denen mehrere Sender auf der gleichen Frequenz

ts arbeiten, wird eine sehr strenge Sprechdisziplin gefordert Sind bei einer solchen Anlage mehrere Sender auf der gleichen Frequenz in Betrieb, so treten starke Interferenzstörungen auf, die eine Verständigung unmöglich machen.

Um die Leistungsbilanz zu verbessern und dadurch Batteriekapazität zu sparen, ist es bekannt Nachrichten mittels kurzer Lichtimpuise zu übermitteln, welche in einer zeitlichen Bestimmungsgröße moduliert sind. Die Impulse können z. B. frequenz- oder phasenmoduliert werden. Zur Verminderung des sendeseitigen Stromverbrauchs werden Lichtimpulse geringer Dauer ausgesandt, wobei die Impulsfolgefrequenz so niedrig gewählt wird, daß die Forderungen des Abtasttheorems gerade noch erfüllt sind. Die Übertragung dieser sehr kurzen

Impulse bedingt jedoch eine große Übertragungsbandbreite, die zu einer Verschlechterung des Nutz-/Störspannungsverhältnisses am Empfängereingang führen kann. Da einerseits aber die Verringerung der Impulsdauer zu einer proportionalen Verminderung des Stromverbrauchs führt, sich andererseits die Rauschspannung am Empfänger proportional zu der Quadratwurzel aus der Randbreite verhält ist es trotzdem vorteilhaft die Impulsbreite so gering wie möglich zu wählen.

Die spezifischen Übertragungseigenschaften der zur Zeit zur Verfügung stehenden optoelektronischen Halbleiterbauelemente bedingen jedoch eine gewisse Impulsdauer. Ausreichende Wirkungsgrade ergeben sich bei Lumineszenz-Dioden nur oberhalb von einigen us Impulsdauer, so daß mit einem noch tragbaren Sendeempfangsgerät mit geringer Batteriekapazität nur begrenzte Reichweiten erzielt werden können. Die Anwendung solcher Nachrichtengeräte beschränkt sich daher auf kleine Räume.

Durch die deutsche Offenlegungs*?hrift 24 31 937 ist jedoch ein Verfahren bekannt geworden, welches eine drahtlose Übermittlung von Nachrichten über eine optische Strahhng zwischen einer größeren Anzahl von Teilnehmern und in größeren Räumen ermöglicht Bei diesem Verfahren erhalten die Teilnehmer Sendeempfangseinrichtungen, die mindestens je einen Sende- und Empfangskanal aufweisen. Die Übermittlung von Nachrichten zwischen den den Teilnehmern zugeordneten Sende- und Empfangsgeräten erfolgt in aus der

«> Funktechnik bekannter Weise über eine eine Sende- und Empfangseinrichtung enthaltende Relaisstelle. Hierbei kann ein sogenannter simultaner Gegensprechverkehr abgewickelt werden, wobei für die zu empfangende Nachricht eine andere Trägerfrequenz als für die auszusendende Nachricht verwendet wird. Nachteile bei diesem Verfahren sind darin zu sehen, daß einerseits die an sich gleichen ortsbeweglichen Teilnehmerstationen auch bei kurzen Entfernungen nicht direkt

miteinander Verbindung aufnehmen können und andererseits die weitere Verstärkung durch zusätzliche Relaisstationen bei sehr großen Räumen umfangreiche Synchronisations- und Verkabelungsmaßnahmen erfordert

Demgegenüber ist es Aufgabe der Eifindung, ein Verfahren anzugeben, das es auf einfache Weise ermöglicht, in kleineren wie auch in größeren Räumen gleichermaßen Nachrichten Ober eine optische Strahlung zu übermitteln, wobei einerseits die Übertragung direkt zwischen mehreren Teilnehmern als auch in größeren Räumen Ober eine Relaisstation ermöglicht werden soll. Ferner soll die Erweiterung der Übertragungsstrecke durch einfache Aggregation von mehreren Relaisstationen der gleichen Bauart ohne zusätzliche Trägerfrequenzen gewährleistet sein.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß mindestens ein Empfänger eines Sende-/ Empfangsgerätes die von einem Sender eines anderen Sendeempfangsgeräts ausgesendeten Impulse direkt als Primärimpulse oder indirekt als Sekundärimpulse, welche von der Re&issteüe praktisch zeitgleich zu den Primärimpulsen und verstärkt ausgesendet werden, empfängt.

Zweckmäßige Ausgestaltungen des Nachrichtenübertragungsverfahrens sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die bei dem Verfahren nach der Erfindung eingesetzten Relaisstellen empfangen die von einem vorzugsweise ortsbeweglichen Empfangs-/Sendegerät ausgesandten Primärimpulse und senden dieselben verstärkt als Sekundärimpulse wieder aus. Diese meist stationär betriebenen Relaisstellen können aus dem Netz oder aus großen Batterien gespeist werde.., so daß genügend Strahlungsenergie zur Ausleuüitung des Raumes mit Informationen zur Verfügung stehv. Bis auf die Stromversorgung ist kerne Verkabelung notwendig. Insofern können ohne Schwierigkeiten bei größeren Räumen auch mehrere Relaisstellen aufgestellt werden, die entweder von einem ortsbeweglichen Sendeempfangsgerät und/oder von einer Sendeimpulsfolge einer anderen Relaisstelle angesteuert werden. Infolge der hohen Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes werden die von den Relaisstellen ausgesandten verstärkten Sekundärimpulse praktisch zeitgleich zu den schwächeren Primärimpulsen des ortsbeweglichen Sendeempfangsgeräts sein. Beim Einsatz von mehreren Relaisstellen erfolgt die Triggerung derselben in einer Art Kettenreaktion, sofern einer von ihnen von einem ortsbeweglichen Sendeempfangsgerät angeregt wird.

Da die Relaisstellen die von einem ortsbeweglichen Sendeempfangsgerät ausgestalten Lichtimpulse nur verstärken und nicht, wie bei bekannten Verfahren, die auf einer Trägerfrequenz empfangenen Informationen auf eine andere Trägerfrequenz umsetzen, kann ohne weiteres ein mehrseitiger Betrieb durchgeführt werden. Sofern die Schüler oder allgemein die Gesprächsteilnehmer komplette Sendeempfangsgeräte erhalten, ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine gegenseitige Verständigung von einem zum anderen Sende-/ Empfangsgerät direkt und/oder über die Relaisstellen möglich. Für diese ist es ohne Belang, durch welehefi Sender, z. B. einen ortsbeweglichen oder den einer Relaisstelle, die verstärkten Impulse ausgelöst werden, so daß ein Wechselsprechbetrieb z. B. zwischen Schülern untereinander als auch mit dem Lehrer möglich ist.

In vorteilhafter Weise kann bei dem Verfahren nach

der Erfindung die Impulsfrequenzmodulation zur Nachrichtenübermittlung angewendet werden. Die Zahl der je Zeiteinheit ausgesendeten Impulse ist im einfachsten Fall dem Momentanwert der Modulations-

s spannung proportional. Die Impulsfrequenzmodulation weist den Vorteil auf, daß keine Synchronisation erforderlich ist und hohe Störabstände erzielt werden können. Sind mehrere Sender gleichzeitig eingeschaltet, so summieren sich in der Empfangsschaltang die

ίο Impulszahlen. Werden im Empfänger in bekannter Weise Zähldiskriminatoren zur Detektion eingesetzt und werden Impulse mit kurzer Dauer verwendet, so werden die von mehreren Sendern angestrahlten Impulse in den Empfängerschaltungen nicht wesentlich

is anders summiert als es bei zwei oder mehreren Niec'erfrequenzspannungen der Fall wäre, dh, die Verständigung bleibt voll und ganz erhalten. Im begrenzten Umfang ermöglicht das Verfahren nach der Erfindung also auch einen Gegensprechbetrieb.

Um sendeseitig Energie einzusparen, werden zur Übertragung Impulse mit kurzer Dauer verwendet Trotzdem wird relativ viel Sendeenergie benötigt da die mittlere Impulsfrequenz so hoch gelegt werden muß, daß bei Berücksichtigung des Frequenzhubes die tiefste vorkommende Momentanfrequenz immer noch mindestens das Doppelte der zu übertragenden Niederfrequenz beträgt Will man also beispielsweise mit Frequenzmodulation ein Nachrichtensignal bis zu 10 kHz übertragen und wählt man den Frequenzhub zu ±50 kHz, so ist die tiefste zulässige mittlere Impulsfolgefrequenz 70 kHz. Um in Modulationspausen oder bei geringer Aussteuerung Energie zu sparen, ist eine vorteilhafte Ausbildung des Nachrichtenübermittlungsverfahrens dadurch gekennzeichnet daß die mittlere Impulsfolgefrequenz der ausgesandten Impulse von den Frequenzen derart abhängig ist daß sie mit zunehmendem Frequenzhub zu höheren Frequenzwerten verschoben wird. Die Impulsfrequenz wird demgemäß im unmodulierten Zustand so niedrig wie möglich gewählt beispielsweise um 2OkHz, und andererseits wird bei Modulation die Mittenfrequenz immer so weit nach oben verschoben, daß eine Frequenz von 2OkHz in diesem Beispiel auch bei großen Frequenzhüben nicht unterschritten wird. (Dieses Verfahren bildet den Gegenstand der Patentanmeldung P 26 30 665.0 der Anmelderin.)

Falls eine mehrkanalige Übertragung z.B. zur Übermittlung von mehreren Sprachen bei Dolmetscheranlagen oder ein völlig störungsfreier Gegensprechbe- trieb angestrebt wird, empfiehlt sich die Pulsphasenmodulation. Die Sender müssen allerdings dann in bekannter Weise miteinander synchronisiert werden. Falls die Sender und Empfänger eine Einheit bilden, bereitet die Dynchronisation keine Schwierigkeiten.

Vorteilhaft ist es, in einer Relaisstelle die Taktimpulse zu erzeugen und auszustrahlen, welche alle weiteren Sender synchronisieren.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß die Dauer der von Sender eines ortsbeweglichen Sendeempfangsgerätes ausgesendeten zeitmodulierten Impulse gesteuert wird und durch die vom Sender der Relaisstelle verstärkt ausgesendeten und im Empfänger der ortsbeweglichen Sendeempfangsgerätes ausge werteten Impulse. Durch diesen Verfahrensschritt ist es möglich, bei den ortsbeweglichen Sendeempfangsgeräten weitere Sendeenergie einzusparen. Einerseits werden die Impulse aus energetigchen Gründen so

schmal wie möglieb ausgesandt und andererseits ist durch die Kontrolle Ober den Verbindungsweg zur Relaisstelle hin und zurück gewährleistet, daß die Impulse so breit sind, daß die Relaisstelle sicher anspricht

Claims (6)

Patentansprüche;

1. Verfahren zur drahtlosen Nachrichtenübertragung Ober eine optische Strahlung, welche mit kurzen in einer zeitlichen Bestimmungsgröße sich ändernden Impulsen moduliert ist, mit vorzugsweise ortsbeweglichen Sende-/Empfangsgeräten und mindestens einer Relaisstelle, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Empfänger eines Sende-/Empfangsgerätes die von einem Sender eines anderen Sende-/Empfangsgeräts ausgesendeten Impulse direkt als Primärimpulse oder indirekt als Sekundärimpulse, welche von der Relaisstelle praktisch zeitgleich zu den Primärimpulsen und verstärkt ausgesendet werden, empfängt

2. Nachrichtenübermittlungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die zur Übermittlung verwendeten Impulse in ihrer Folgefrequenz moduliert werden (Pulsfrequenzmodulation).

3. Nachrichtenübermittlungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die zur Übermittlung verwendeten Impulse phasenmoduliert sind.

4. Nachrichtenübermittlungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mehrkanalbetrieb durchgeführt wird, wobei die notwendige Synchronisation der Sende-/Empfangsgeräte durch Synchronisationsimpulse erfolgt welche von einer Relaisstelle erzeugt und ausgesendet werden.

5. Nachrichtenübermittlungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die mittlere Impulsfolgefrequenz der ausgesandten Impulse von dem Frequenzhub derart abhängig ist, daß sie mit zunehmendem Frequenzhub zu höheren Frequenzwerten verschoben wird.

6. NachrichtenObermittlungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsdauer der vom Sender eines ortsbeweglichen Sendeempfangsgeräts ausgesendeten zeitmodulierten Impulse gesteuert wird durch die von der Relaisstelle ausgenendeten entsprechend der Intensität der einfallenden Impulse kodierten und im Empfänger desselben ortsbeweglichen Sendeempfangsgerätes ausgewerteten Impulse.