DE2808316C2 - Befehlssignalgenerator für eine selbsttätige Kanalauswahlanordnung in einem sich in bezug auf ortsfeste Sendestationen bewegenden Funkempfänger - Google Patents

Description

zeigte, daß trotz der erheblichen Geschwindigkeitsschwankungen des Zuges eine derart gute Empfangsqualität im Zug aufrechterhalten blieb, daß die Verbindung auch zur Datenübertragung benutzt werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine FM-Funkempfangsanordnung mit einem Befehlssignalgenerator nach der Erfindung,

Fig.2 und 3 Diagramme der Empfangs-Feldstärke als Funktion des Abstands zwischen dem Empfänger und einer Sendestation, entsprechend zwei Einbaumöglichkeiten des Befehlsgenerators nach der Erfindung im Empfänger.

Ein in Fig. 1 vereinfacht dargestellter FM-Empfänger ist mit einer Empfangsantenne 1 und einem Teil 2 ausgerüstet, der einen Verstärker für die Verstärkung des empfangenen hochfrequenten Signals enthält und ebenfalls eine Umsetzungsstufe für das verstärkte hochfrequente Signal auf eine niedrigere Frequenz enthalten kann. Diese erste Zwischenfrequenz, die je nach der empfangenen Frequenz verschiedene Werte haben kann (drei Werte im beireffenden Beispiel), wird auf eine zweite feste Zwischenfrequenz in einer Mischstufe 3 umgesetzt, der je nach der empfangenen Frequenz eine von drei an den Quarzoszillatoren 4,5, 6 abgegriffenen Frequenzen zugeführt wird. Der Ausgang der Mischstufe 3 ist mit einem Amplitudenbegrenzer 7 verbunden, der aus zwei Verstärkerstufen 8 und 9 mit großer Leistung besteht. Der Ausgang des Begrenzers 7 ist mit einem Frequenzdiskriminator 10 verbunden, der ein Niederfrequenzsignal erzeugt, das im Filter 11 gefiltert und anschließend im Verstärker 12 verstärkt wird. Das Durchlaßband des Filters 11 erstreckt sich z. B. von 0 bis 3 kHz entsprechend dem Band des übertragenen Nutzsignals.

Der Empfänger ist außerdem mit einer selbsttätigen Kanalauswahlanordnung 13 versehen, die die drei Quarzoszillatorer. 4, 5 und 6 zyklisch einschaltet, wenn diese Kanalauswahlanordnung an ihrem Eingang 14 ein Befehlssignal erhält. Der Zyklus und die Schaltmomente werden auf bekannte Weise, ausgehend von den Impulsen des Taktgebers, erzeugt.

Der Empfänger kann sich in bezug auf feste Stationen bewegen, die auf verschiedenen Frequenzen ausstrahlen (drei im herangezogenen Beispiel). Der Befehlssignalgenerator nach der Erfindung ist in Fig. 1 mit 16 bezeichnet und erzeugt das Befehlssignal am Eingang 14 der selbsttätigen Kanalauswahlanordnung 13, wenn die Qualität der Funkverbindung mit einer festen Sendestation, von der sich der mobile Empfänger entfernt, zurückgeht, um die Verbindung mit einer anderen festen Sendestation herzustellen, der sich der Empfänger nähert. Wie oben bereits erwähnt, ist es wichtig, daß der Qualitätsrückgang des Empfangs möglichst schnell festgestellt wird.

Der Befehlssignalgeber basiert auf einer Erscheinung, die nachstehend mit Hilfe des Diagramms in Fig. 2 näher erläutert wird. In diesem Diagramm stellt die Kurve G den Verlauf des Feldes H dar, das an der Empfangsantenne 1 als Funktion des Abstands erhalten wird, der zwischen dem Empfänger und der Sendestation liegt, die sich am Punkt O befindet. Das Feld H ist jedoch nur in der Nähe des Punktes A dargestellt, nach welchem Punkt das Problem der Empfangsverschlechterung auftritt. Es zeigt sich, daß bei den bei Frequenzmodulation benutzten Frequenzen VHF/UHF das Feld, das die Kurve O darstellt, im Mittel abnimmt.

wenn der Abstand größer wird, aber daß es außerdem von kurzen Schwächungen der Feldstärke durch Interferenzen beeinträchtigt wird, die dadurch verursacht werden, daß sich das Signal auf verschiedenen Wegen zwischen der Sendeantenne und der Empfangsantenne fortpflanzt. Der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schwächungen in der Feldstärke ist theoretisch gleich V₂ bei Interferenzen zwischen dem Signal, das dem direkten Weg, und dem Sirmal, das einen Weg über ein einziges reflektierendes Hindernis geht: beispielsweise ^lh = 33 cm bei einer Frequenz von 450 MHz. Sei H\ das Feld, über dem der Begrenzer 7 des Empfängers nicht mehr gesättigt ist. so ist ersichtlich, daß nach dem Punkt A das empfangene Feld //von der Kurve Ci dargestellt wird, die kurzzeitige Werte unterhalb H\ annimmt, und bekanntlich bringt dieser Vorgang die Erscheinung von Rauschimpulsen am Ausgang des Begrenzers 7 und somit an den Ausgängen des Frequenzdiskriminators 10 mit sich. Da im Mittel das Feld //bei sich vergrößerndem Abstand ansteigt, so ist ersichtlich, daß die Dauer der Rauschimpulse ebenfalls mit dem Abstand bei einer bestimmten Entfernungsgeschwindigkeit größer wird. Aber zum anderen kann diese Geschwindigkeit stark schwanken (beispielsweise wenn der sich bewegende Körper ein Zug ist), und es ist klar, daß die Frequenz der Rauschimpulse der Geschwindigkeit proportional ist, während die Dauer umgekehrt proportional dieser Geschwindigkeit ist. Der Befehlssignalgenerator benutzt diese Rauschimpulse zum Erzeugen eines Befehlssignals zur Steuerung der selbsttätigen Auswahl der Frequenz, indem er sich in hohem Maße von der Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers unabhängig macht.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführung des Empfängers ist der einen Teil davon bildende Befehlssignalgenerator 16 mit dem Ausgang des Frequenzdiskriminators 10 verbunden. Dieser Diskriminator ist mit einem Banddurchlaßfilter 17 ausgetüstei, das das Rauschen außerhalb des vom Filter 11 ausgewählten Bandes des Nutzsignals auswählt. Das Durchlaßband des Filters 17 erstreckt sich z. B. von 3 bis 6 kHz. Die Schaltung 19 gibt den durch die Gleichrichterschaltung 13 festgestellten Rauschimpulsen eine Rechteckform. Diese Schaltung erzeugt logische Impulse, die den Rauschimpulsen entsprechen und deren Wert »1« oder »0« ist, je nachdem das empfangene Feld H niedriger oder höher als ein gegebener Schwellenwert des Feldes H₁ ist.

Ein UND-Gatter 20 läßt die Impulse des Taktgebers 15 durch, wenn die logischen Impulse, die die Schaltung 19 erzeugt, den Wert »1« haben, was auf das Auftreten von Rauschen hinweist.

Die Impulse des Taktgebers 15 erreichen die Kaskadenschaltung zweier Frequenzteiler 21 und 22, die Impulse erzeugen, die durch das Zeitintervall τ und durch das Zeitintervall irr voneinander getrennt sind (wobei η eine gerade Zahl ist).

Die vom Gatter 20 übertragenen Taktimpulse erreichen einen ersten Zähler 23, der durch jeden Ausgangsimpuls des Teilers 21 in die Anfangsstellung zurückgebracht wird, d. h. zu Zeitpunkten, die durch das Zeitintervall τ voneinander getrennt sind. Außerdem wird dieser Zähler 23 beim jeweiligen Erreichen eines vorgegebenen Werts N der Anzahl gezählter Impulse ebenfalls in seine Anfangsstellung zurückgebracht und erzeugt dabei einen Ausgangsimpuls. Die Ausgangsim-Dulse des Zählers 23 gelangen an einen Flip-Flop 24 vom

D-Typ, der zu den Zeitpunkten auf Null zurückgesetzt wird, die durch das Zeitintervall τ voneinander getrennt sind, und in einem Zeitintervall τ nur einmal umkippt, und zwar, wenn der Zähler 23 N Taktimpulse gezählt hat. Jeder Kippvorgang des Flip-Flops 24 bewirkt, daß der Inhalt eines zweiten Zählers 25 um eins erhöht wird. Der Zähler 25 wird durch jeden Ausgangsimpuls des Teilers 22 in die Anfangsstellung, d. h. zu den Zeitpunkten zurückgebracht, die durch das Zeitintervall m voneinander getrennt sind. Wenn der Inhalt des Zählers 25 die Zahl η erreicht, erzeugt er einen Impuls, der über die ODER-Schaltung 26 als Befehlssignal zur Steuerung der selbsttätigen Kanalauswahlschaltung 13 benutzt wird. Dieses Befehlssignal kann ebenfalls mit Hilfe eines dritten Zählers 27 erhalten werden. Dieser Zähler erhall die Ausgangsimpulse des Zählers 23 und wird zu den Zeitpunkten in die Anfangsstellung zurückgesetzt, die durch das Zeitintervall τ voneinander getrennt sind. Wenn der Inhalt des Zählers 27 eine Zahl m erreicht, erzeugt er einen Impuls, der über die ODER-Schaltung 26 als Befehlssignal der selbsttätigen Kanalauswahlanordnung 13 zugeführt wird.

Der beschriebene Befehlssignalgenerator 16 arbeitet wie folgt: Das UND-Gatter 20 erzeugt eine Folge von Taktimpulsen. Die Anzahl der Impulse in einer Folge ist dabei von der Dauer eines Geräuschimpulses abhängig. Die Frequenz dieser Impulsfolge ist der Frequenz der Rauschimpulse proportional.

Der Zähler 25 erzeugt ein Befehlssignal, wenn nach η aufeinanderfolgenden Zeitintervallen die Dauer des Rauschens in jedem Zeitintervall größer als oder gleich einer bestimmten Dauer ft ist, die N Taktimpulsen entspricht. Dies bedeutet schließlich, daß die kurzzeitigen Störungen in der Verbindung, wie sie in F i g. 2 definiert sind, nur dann zur Erzeugung des Befehlssignals mitzählen, wenn mindestens η aufeinanderfolgende Störungen mit einer Dauer, die mindestens gleich ϋ· ist, auftreten.

Der Zähler 27 erzeugt ein Befehlssignal, wenn nach einem Zeitintervall r die Dauer des Rauschens in diesem Intervall länger ist als eine bestimmte Zeit, die mN Taktimpulsen entspricht. Man kann beispielsweise die Zählschwelle m des Zählers 27 so wählen, daß das Befehlssignal nur dann gegeben wird, wenn das Rauschen im ganzen Zeitintervall τ andauert. Das vom Zähler 27 erzeugte Befehlssignal ist früher als das des Zählers 25 und deutet auf eine sehr schlechte Verbindung hin.

Wenn bei der Frequenzauswahl das Einschalten eines der Quarzoszillatoren 4,5 und 6 ergibt, daß am Ausgang des Diskriminators 10 kein Rauschen mehr auftritt, wird die Auswahl gestoppt, und der Empfänger bleibt auf die betreffende Sendestation abgestimmt

Durch eine geeignete Wahl der verschiedenen oben definierten Parameter, und zwar der Frequenz der Impulse des Taktgebers 15, des Zeitintervalls r, der Zahlen n, M, m kann man erreichen, daß das Erzeugen des Befehlssignals in hohem Maße von der Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers unabhängig ist Diese Wahl muß nach Art der Anwendung durchgeführt werden, insbesonders in Abhängigkeit vom Verhältnis zwischen der maximalen und minimalen Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers.

Der Befehlssignalgeber 16 ist in Fig. 1 mit dem Ausgang des Frequenzdiskriminators 10 verbunden. Es ist klar, daß der Befehlssignalgeber 16 ebenfalls an den Ausgang des Amplitudenbegrenzers 7 angeschlossen werden kann, um bei Schwächung des empfangenen Feldes H unter die Schwelle H\, bei der der Begrenzer 7 nicht mehr gesättigt ist, nahezu die gleichen Rauschim- ι pulse zu erkennen.

Aber es ist ebenfalls möglich, als Eingangssignal für den Befehlssignalgeber 16 das Signal zu verwenden, das in einem Punkt auftritt, der zwischen den Verstärkungsstufen 8 und 9 liegt, die den Amplitudenbegrenzer 7 bilden. Diese Abwandlung ist in Fig. 1 gestrichelt eingerahmt. Die Anordnung 16', die analog der Anordnung 16 ist, ist mit dem Ausgang einer Spannungsvergleichsschaltung 28 verbunden. Ein Eingang dieser Vergleichsschaltung ist mit dem Punkt 29 zwischen den Verstärkungsstufen 8 und 9 verbunden, die den Begrenzer 7 bilden, und der andere Eingang der Vergleichsschaltung erhält eine Referenzspannung V₂.

Die Vergleichsschaltung 28 ist so eingerichtet, daß sie nur dann ein Signal erzeugt, wenn die Spannung an dem mit dem Punkt 29 verbundenen Eingang niedriger als die Referenzspannung V₂ ist.

Diese Abwandlung basiert darauf, daß bei einem Signal am Eingang des Begrenzers 7, das so groß ist, daß Begrenzung erfolgt, die Verstärkungsstufe 8 im nichtlinearen Teil ihrer Verstärkerkennlinie arbeitet und im Punkt 29 ein verzerrtes Signal mit einem sehr breiten Spektrum auftritt. Wenn sich die Referenzspannung Vi in der Ausgangsspannungszone der Stufe 8 befindet, in der das Signal gebildet ist, ist ersichtlich, daß, | wenn die Spannung am Begrenzereingang, also die empfangene Feldstärke, niedriger als eine bestimmte Schwelle entsprechend V₂ ist, am Ausgang der Vergleichsschaltung 28 ein Signal mit einem breiten Spektrum erscheint. Der Befehlssignalgeber 16', der 16 identisch ist, enthält insbesondere an seinem Eingang ein Banddurchlaßfilter, das einen Teil des Spektrums des Ausgangssignals der Vergleichsschaltung 28 auswählt.

Wie anhand der F i g. 3 erläutert wird, ermöglicht es diese Abwandlung, das Befehlssignal in einem früheren Zeitraum zu erhalten, und zwar vor dem Erscheinen der Rauschimpulse am Ausgang des Frequenzdiskriminators, also gerade vor dem Zeitpunkt, zu dem der Empfang gestört wird. In dieser Fig. 3, die der Deutlichkeit halber Fig.2 gegenübergestellt ist, stellt die Kurve C₂ die empfangene Feldstärke in der Nähe eines Punktes B dar, dessen Abstand OB zur Sendestation, die im Punkt O liegt kürzer als der

so Abstand OA in F i g. 2 ist Diese Kurve C₂, die einen gleichen Verlauf wie die Kurve Q in F i g. 2 hat wird J,._„U J:-. »l»:»U_n« C* X. —,.-,«-^« UA_n:_nf.nnk»int O Kor· ΐτΎΊ UUl CIl UlC glClt-llCll JlUl Ullgtll LT^Llltll tH-1 tilgt, U.t-f\*t im Mittel ist das Feld H₂, das diese Kurve C₂ darstellt, größer als das von der Kurve Ci dargestellte mittlere Feld. Das Feld H₂ entspricht der Schwellenspannung V₂, die der Spannungsvergleichsschaltung 28 zugeführt wird. Dieses Feld H₂ ist größer als das Feld //i in F i g. 2. Wenn das empfangene Feld H schwächer und kleiner als das Feld H₂ wird, bekommt man am Ausgang der Vergleichsschaltung 28 Impulse, die den Rauschimpulsen analog sind, die im Befehlsgenerator 16' zum Erzeugen des Befehlssignals für die Steuerung der selbsttätigen Kanalauswahlanordnung 13 benutzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche: wenn er m Impulse gezählt hat.

1. Befehlssignalgenerator für eine Kanalauswahlanordnung in einem Funkempfänger für Frequenzoder Phasenmodulation, der sich in bezug auf ortsfeste Sendestationen, die auf verschiedenen Frequenzen senden, bewegen kann, welcher Befehlssignalgenerator eine Schaltungsanordnung zur Bildung eines logischen Signals enthält, das angibt, ob der Pegel des empfangenen Signals eine bestimmte Schwelle überschreitet oder nicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Befehl^csignalgenerator mit einem Gatter (20), das die Impulse eines Taktgebers (15) dann durchläßt, wenn das erwähnte logische Signal den Wert erreicht, der angibt, daß der Pegel des erhaltenen Signals die erwähnte Schwelle unterschreitet, und mit einer Auwerteschaltung (21—27) versehen ist, die in Abhängigkeit von der Anzahl der vom Gatter in bestimmten, vom Taktgeber abgeleiteten Zeitintervallen durchgelassenen Taktimpulse ein Befehlssignal erzeugt, und zwar entweder, wenn in einer Aufeinanderfolge von je η Zeitintervallen τ die Anzahl in jedem Zeitintervall τ durchgelassener Taktimpulse einen ersten vorgegebenen Zahlenwert erreicht, oder wenn die Anzahl in einem Zeitintervall τ durchgelassener Taktimpulse einen zweiten vorgegebenen Zahlenwert erreicht, der höher als der erwähnte erste Zahlenwert ist.

2. Befehlssignalgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er im Empfänger zum Empfangen des Ausgangssignals eines Frequenzdiskriminators (10) angeschlossen ist und das erwähnte logische Signal, ausgehend vom Ausgangssignal eines Filters (17), gebildet wird, das das Rauschen am Ausgang des Frequenzdiskriminators außerhalb des Bandes des übertragenen Nutzsignals auswählt.

3. Befehlssignalgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er im Empfänger zum Empfangen eines Signals an einem zentralen Punkt (20) des Verstärkungskreises (17) angeschlossen ist, der den Amplitudenbegrenzer des Empfängers über eine Schaltung (28) bildet, die dieses Signal unterhalb einer bestimmten Schwelle überträgt.

4. Befehlssignalgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem ersten Zähler (23), der mit N die Taktimpulse zählt, die vom erwähnten Gatter (20) übertragen werden, und außerdem am Ende jedes Zeitintervalls τ einen Flip-Flop (24) in seine Anfangsstellung zurücksetzt, der am Ende jedes Zeitintervalls τ auf Null zurückgesetzt wird und dessen Zustandsänderung dann gesteuert wird, wenn der erste Zähler zum ersten Male seine Endstellung in einem Zeitintervall τ erreicht, und mit einem zweiten Zähler (25) ausgerüstet ist, der die erwähnten Zustandsänderungen des Flip-Flops (24) zählt, der am Ende von Zeitintervallen mit einer Dauer rrv auf Null zurückgesetzt wird und ein Frequenzauswahlbefehlssignal erzeugt, wenn dieser Zähler bis zu η gezählt hat.

5. Befehlssignalgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem dritten Zähler (27) ausgerüstet ist, der die Impulse zählt, die am Ausgang des ersten Zählers (23) erzeugt werden, wenn dieser seine Endposition erreicht hat, welcher dritte Zähler (27) am Ende jedes Zeitintervalls τ auf Null zurückgesetzt wird und ein Befehlssignal liefert, Die Erfindung betrifft einen Befehlssignalgenerator für eine Kanalauswahlanordnung in einem Funkempfänger für Frequenz- oder Phasenmodulation, der sich in bezug auf ortsfeste Sendestationen, die auf verschiedenen Frequenzen senden, bewegen kann, welcher Befehlssignalgenerator eine Schaltungsanordnung zur Bildung eines logischen Signals enthält, das angibt, ob der Pegel des empfangenen Signals eine bestimmte Schwelle überschreitet oder nicht

Ein Funkverbindungssystem, dessen Funkempfänger mit einem Befehlssignalgenerator der obengenannten Art versehen ist, ist ζ B. aus der DE-OS 26 31 517 bekannt. Das logische Signal, das angibt, ob der Pegel des empfangenen Signals eine bestimmte Schwelle überschreitet oder nicht, wird bei dieser bekannten Anordnung unmittelbar der Kanalauswahlanordnung als Befehlssignal zugeführt.

Infolge der Tatsache, daß der Pegel des empfangenen Signals dem mittleren Wert der Empfangs-Feldstärke entspricht, ist diese bekannte Anordnung nicht besonders zuverlässig, weil sie nur wenig empfindlich ist für durch kurze, grundsätzlich zyklische Änderungen der Empfangs-Feldstärke verursachte Störungen, wie sie insbesondere bei den V HF/U HF-Sendefrequenzen, die in der Phasen- oder Frequenzmodulationsanordnung benutzt werden, auftreten und die durch den Empfang von Komponenten verursacht werden, die verschiedene Fortpflanzungswege gegangen sind. Die Frequenz dieser zyklischen Änderungen der Empfangs-Feldstärke ist dabei nicht konstant, sondern der Geschwindigkeit der sich bewegenden Empfangsstation proportional, während die Dauer jeder dieser Störungen unterhalb einer bestimmten Empfangs-Feldstärke dieser Geschwindigkeit umgekehrt proportional ist.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, einen Befehlssignalgenerator für eine Kanalauswahlanordnung in einem Funkempfänger der obengenannten Art zu schaffen, der eine größere Zuverlässigkeit besitzt, so daß vom Zeitpunkt des Erscheinens der möglichst geringen Störungen an die selbsttätige Kanalauswahlanordnung eingeschaltet wird und eine bestimmte Empfangsgüte in der Empfangsstation aufrechterhalten bleibt.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Befehlssignalgenerator mit einem Gatter, das die Impulse eines Taktgebers dann durchläßt, wenn das erwähnte logische Signal den Wert erreicht, der angibt, daß der Pegel des erhaltenen Signals die erwähnte Schwelle unterschreitet, und mit einer Auswerteschaltung versehen ist, die in Abhängigkeit von der Anzahl der vom Gatter in bestimmten, vom Taktgeber abgeleiteten Zeitintervallen durchgelassenen Taktimpulse ein Befehlssignal erzeugt, und zwar entweder, wenn in einer Aufeinanderfolge von je η Zeitintervallen τ die Anzahl in jedem Zeitintervall τ durchgelassener Taktimpulse einen ersten vorgegebenen Zahlenwert erreicht, oder wenn die Anzahl in einem Zeitintervall τ durchgelassener Taktimpulse einen zweiten vorgegebenen Zahlenwert erreicht, der höher als der erwähnte erste Zahlenwert ist.

Der erfindungsgemäße Befehlssignalgenerator eignet sich besonders zur Anwendung in einem Funkverbindungssystem zwischen einem Zug und entlang der Strecke verteilten festen Sendestationen, wobei es sich