DE3224183C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Durchführung einer selektiven Nachrichtenübermitt­ lung zwischen zwei mit Sende- und Empfangseinrichtungen versehenen gleichberechtigten Teilnehmerstationen eines Kommunikationsnetzes beliebig großer Teilnehmerzahl.

Die weitere Ausbreitung von Funkdiensten ist in hohem Maße von der Zuteilung von freien Frequenzbereichen abhängig. Infolge der schon jetzt dicht- bzw. überbe­ setzten Frequenzbänder ist eine sichere Nachrichten­ übertragung nicht mehr gewährleistet und durch mannig­ fache systembedingte Störungen behindert. Im militä­ rischen Bereich werden die Übertragungsverhältnisse zusätzlich durch starke aktive Störsender weiter ver­ schlechtert.

Es sind bereits zahlreiche Beispiele für die Mehrfach­ verwendung von Frequenzen bekannt, z. B. in Wellenbe­ reichen, in denen auf Sichtweite beschränkte Wellenaus­ breitung ausgenutzt wird (UKW-Rundfunk) oder bei Richt­ funkstrecken, welche die starke Bündelung der Sende­ energie und die begrenzte Reichweite ausnutzen. Überall wo ein freier Nachrichtenaustausch innerhalb eines Funknetzes mit einer großen Anzahl von gleichberech­ tigten Teilnehmerstationen angestrebt wird, wie z. B. beim Fahrzeugfunk, stellen die Eigenstörungen ein großes Problem dar und die Möglichkeit eines selek­ tiven Verbindungsaufbaus erfordert einen großen Aufwand.

Aus der DE-AS 19 23 744 ist ein Nachrichtenübertragungssystem bekannt, bei dem eine Zentralstation mit einer größeren Anzahl von Einzelstationen wahlweise in Verbindung steht. In der Zentralstation ist ein Sende-Empfangsgerät vorgesehen, von dem der Empfänger über eine um die Bezugsachse des Systems routierende Richtantenne periodisch auf die im örtlichen Bereich gelegenen Einzelstation zeitlich nacheinander aufschaltbar ist. In den einzelnen Stationen sind Sende-Empfangsgeräte vorgesehen, deren Sender vorzugsweise über eine Richtantenne mit der Empfangsantenne der Zentralstation in dem kurzen Aufrufintervall in Verbindung stehen und die zwischenzeitlich bei ihnen angefallene und gespeicherte an die Zentralstation weiterzugebende Information in Form einer zeitlich komprimierten Information übermitteln. In der Zentralstation ist als Sendeantenne eine Rundstrahlantenne und/oder die auch für den Empfang benutzte Richtantenne vorgesehen, über die von Einzelstationen zeitlich versetzt ankommende Informationen in den örtlichen Gesamtbereich, gegebenenfalls frequenzversetzt, ausgestrahlt werden. Hierbei kann jeder zeitlich komprimierten Information eine Bestimmungsadresse zugeordnet, insbesondere vorgeordnet sein.

Aus der DE-PS 23 27 498 ist ein System zum Senden und Empfangen elektromagnetischer Informationssignale für eine in der Luft gehaltene Anordnung wie Fesselballon oder Flugzeug bekannt. Dieses System enthält eine frei drehbare Antenne um sicherzustellen, daß auch bei ständiger Drehung des Trägers die Antenne stets auf das gewünschte Ziel ausgerichtet bleibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die auch bei gleichzeitigem Betrieb vieler Teilnehmer nur wenige Übertragungsfrequenzen benötigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Eine störungsfreie Nachrichtenübertragung wird dadurch sichergestellt, daß für alle Teilnehmer eine Antennenwinkel- und Sendezeitsynchronisation zwingend vorgeschrieben ist. Die Nachrichtenverbindung ist dabei zwar auf die Überstreichzeit der aneinander zugekehrten Antennenkeulen zweier Teilnehmerstationen beschränkt, kann jedoch periodisch nach jedem neuen Antennenkeulenumlauf wieder aufgenommen werden. Die Winkelsynchronisation kann durch Bezugnahme auf eine Referenz-Teilnehmerstation oder auf die Nordrichtung erfolgen. Eine Rotation des Antennenstrahlers ist nicht erforderlich, wenn eine elektronisch schwenkbare Antennencharakteristik verwendet wird.

Mit dem bekannten Mittel hoher Bitraten können auch während der kurzen Zeiten des Verbindungsaufbaues große Informationmengen übertragen werden. Jede zu übertragende Nachricht enthält z. B. ein Zeichen für den Beginn der Informationsübermittlung und eine Adresse des gewünschten Teilnehmers. Bei aufeinander ausgerichteten Antennen kann die Nachrichtenübertragung im Halbduplex-Betrieb auf derselben Frequenz erfolgen. Für die starke Bündelung der Antenne eignen sich vorwiegend Frequenzen oberhalb 20 GHz. Der Betriebs-Frequenzbereich kann auch so gewählt werden, daß der Raumbedarf und die Antriebsleistung für die Richtantenne möglichst gering ist. Zur Vermeidung von Überreichweiten können atmosphärisch stark gedämpfte Frequenzen gewählt werden. Bei nahe gelegenen Empfängern ist es vorteilhaft, die Sendeleistung zu reduzieren.

Wegen der quasioptischen Ausbreitung der Wellen in diesem Frequenzbereich können die Übertragungsstrecken durch Anwendung einer Zwischenspeicherung in Verbindung mit einem Relaiskettenbetrieb beliebig vergrößert werden. Es sind auf diese Weise vermaschte Netze realisierbar. Infolge der Verwendung stark bündelnder Antennen kann dieselbe Frequenz nicht nur zeit- sondern auch raummultiplex mehrfach genutzt werden. Für die Nachrichtenübertragung können auch Laserstrahlen verwendet werden.

Die rotierenden, stark bündelnden Antennen können mit entgegengesetzt gerichteter Sende- und Empfangscharakteristik ausgebildet sein, so daß eine Teilnehmerstation gleichzeitig auf einer Frequenz senden und empfangen kann. Zwischen einem Sende- und Empfangsvorgang bzw. umgekehrt liegt dann jedoch die Zeit für eine halbe Antennenumdrehung. Für eine Nachrichtenübertragung in beiden Richtungen (Vollduplexbetrieb) während der gleichen Begegnung der Antennenkeulen zweier Teilnehmerstationen müssen zwei verschiedene Sendefrequenzen zur Verfügung stehen.

Die Erfindung und weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Fig. 1 bis 4 näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 den Verlauf des Empfangspegels der rotierenden Richtantenne,

Fig. 2 die Darstellung der Antennenbewegung zweier Teilnehmerstationen,

Fig. 3 ein Pulsdiagramm für die Antennennachführung,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Empfangseinrichtung mit einer rotierenden Richtantenne.

Die Synchronisation aller Richtantennen erfordert die Übereinstimmung in der Drehgeschwindigkeit und im Antennenwinkel, der z. B. in bezug auf die Nordrichtung gemessen wird. Bei fehlender Synchronisation ist eine Nachsteuerung der Antenne erforderlich, wozu der Istwert der Antennenstellung mit dem Sollwert verglichen werden muß. Die Antennenrotation kann mit veränderbarer Drehgeschwindigkeit erfolgen. Außer der Drehung der Richtantenne im Azimut ist eine Schwenkung in der Elevation möglich.

Eine vorteilhafte konstruktive Ausgestaltung der Richtantenne besteht in der Ausbildung einer glatten Antennenabdeckung. Aufgrund der Antennenrotation entsteht dann eine selbstreinigende Wirkung.

Für einen störungsfreien Betrieb der nach dem Zeit- und Winkel-Multiplexverfahren arbeitenden Nachrichtenübermittlung sind Einrichtungen zur Erstsynchronisation und zur Gewährleistung des synchronen Betriebes notwendig. Hierfür ist die Systemzeit sowie eine Bezugsgröße für den Winkel erforderlich. Als Bezugsgröße kann z. B. die Nordrichtung oder die relative Lage einer Referenzstation benutzt werden. Ist keine a-priori-Information für diese genannten Voraussetzungen vorhanden, so kann durch Probierverfahren (Suchlauf) die Lage einer Referenzstation oder einer anderen aktiven Station abgeschätzt werden und bei wiederholtem Empfang der Station auch der Synchronismus hergestellt werden. Der Vorteil dieses in der Erstsynchronisationsphase rein passiven Verfahrens liegt in der geringen Störung anderer Teilnehmer. Ein Nachteil liegt in dem etwas höheren Zeitaufwand. Ein aktives Synchronisierverfahren (bei dem die Station sendet) wird dann notwendig, wenn noch keine andere Teilnehmerstation sendet. Auch hier muß durch ein Probierverfahren erst die Lage einer Bezugsstation ermittelt werden, wenn keine a-priori-Information für die Winkelablage vorhanden ist.

Im stationären Betrieb sind die Winkel, unter denen die Signale der anderen Teilnehmerstationen eintreffen, bekannt, so daß der Suchlauf entfällt.

Der Feinabgleich des Antennenantriebes kann mit Hilfe des Antennendiagramms und des Empfangspegels aus vorhergegangenen Umdrehungen erfolgen. In Fig. 1 ist der Verlauf des Empfangspegels für den Idealfall durch den Linienzug a dargestellt. Durch die gegenläufige Bewegung der sich begegnenden Antennencharakteristiken zweier Richtantennen RA 1 und RA 2, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind, wird das Antennendiagramm etwa um einen Faktor 2 komprimiert. Diese Komprimierung entsteht, obwohl die Drehrichtung der beiden Richtantennen gleichsinnig ist. Besteht zwischen den beiden rotierenden Richtantennen RA 1 und RA 2 ein Winkelfehler, dann kann der maximale Pegel nicht erreicht werden. Dieser Zustand ist durch die mit b bezeichnete Kurve in Fig. 1 dargestellt. Der Antennenantrieb bedarf in diesem Falle einer Korrektur durch die in der Fig. 4 beschriebene Regelschaltung. Zu Vergleichszwecken ist in Fig. 1 das mit c bezeichnete Diagramm einer Einzelantenne angedeutet.

In Fig. 2 sind die rotierenden Richtantennen RA 1 und RA 2 zweier Teilnehmerstationen TS 1, TS 2 mit gleicher Drehrichtung als Kombination je eines Sende- (S) und eines Empfangsstrahlers (E) mit ihren Strahlercharakteristiken dargestellt. Wie aus der Figur erkennbar, sind trotz gleicher Drehrichtung der Richtantennen die Bewegungrichtung der Charakteristik des Sendestrahlers der Richtantenne RA 2 und der Empfangscharakteristik des Richtstrahlers RA 1 gegenläufig.

Die parallele und synchrone Ausrichtung aller Antennen in einem Übertragungsnetz erfordert eine Regelung auf eine gemeinsame Größe. Dieses Referenzsignal wird in vorteilhafter Weise von einer Station an alle Teilnehmer übertragen. Diese Station soll hier mit Referenzstation bezeichnet werden. Der Übertragungsbeginn eines Referenzstationssignales, das Burstbeginnkennzeichen BBKZ, wird von allen anderen Stationen empfangen und bestimmt die Drehzahl der Antennen derart, daß jedem Burstbeginnkennzeichen eine Antennenumdrehung entspricht. Das Burstbeginnkennzeichen dient außerdem als Bezugsphase derart, daß die Antennen der Nicht-Referenzstationen beim Empfang des Burstbeginnkennzeichens in Richtung auf die Referenzstation ausgerichtet sind.

Das Verfahren wird anhand der Fig. 3 und 4 beschrieben.

Das über eine Antenne ANT einen Empfänger B zugeführte Signal aller Stationen wird im Empfänger B demoduliert. Das hierbei gewonnene Burstbeginnkennzeichen BBKZ der Referenzstation wird einer Synchronisationseinheit S zugeführt und dient dort als Bezugsphase für die gesamte Regelung (Antennennachsteuerung). Da jede Teilnehmerstation die Referenzstation unter einem anderen Winkel, bezogen auf die Nordrichtung, empfängt, ist zu dieser Bezugsphase ein stationsspezifischer Phasenwert, der bei stationären Systemen konstant bleibt, dazu zu addieren. Bei konstanter Drehzahl der Antenne kann dieser Wert auch in einer Zeit ausgedrückt werden (t₁ in Fig. 3). Die Aufgabe der Synchronisationseinheit S besteht darin, diese Zeit t₁ bei der ersten Einschaltung einer Teilnehmerstation zu ermitteln und während des Betriebes dann aufrecht zu erhalten.

Dies geschieht auf folgender Weise:

In einem Quarzoszillator Q, dessen Frequenz konstant und identisch dem Grundtakt der Referenzstation ist, wird ein Grundtakt erzeugt. Ein nachgeschalteter variabler Frequenzteiler VT erzeugt schmale Pulse mit der Rahmenperiode T, die einer Antennenumdrehung entspricht. Durch eine externe Steuerung kann bei dem Frequenzteiler VT das Teilungssverhältnis verändert werden. Wird z. B. das Teilungsverhältnis von normal 1000/1 auf 999/1 verändert, so bewirkt dies, bezogen auf die Rahmenperiodendauer T, eine Voreilung des Rahmenbeginnkennzeichens WS von T/1000 pro Rahmenperiode T oder, im weiteren Verlauf der Antennensteuerung, eine Antennenwinkeländerung von

Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß selbst bei kurzzeitigen Ausfällen des Burstbeginnkennzeichens BBKZ für die Antennensteuerung immer ein Sollwert WS vorliegt. Soll für die Erstsynchronisationsphase die Zeit t₁ durch Probieren ermittelt werden, so braucht nur das Teilungsverhältnis auf z. B. 1/999 eingestellt werden. Der damit automatisch verbundene Suchlauf wird solange fortgeführt, bis die Referenzstation mit ausreichendem Pegel eintrifft. Diese Zeit t₁, die in der Synchronisationseinheit S gemessen wird, muß dann abgespeichert (in der Synchronisationseinheit S) und durch eine Regelschleife, bestehend aus Synchronisationseinheit S und Frequenzteiler VT, aufrecht erhalten werden.

Durch den beschriebenen Schaltungsteil wird das stationsinterne Rahmenbeginnkennzeichen WS, das gleichzeitig als Winkelsollwert dient, erzeugt. Auf diesen Winkelsollwert regelt dann eine weitere Regel­ schleife, bestehend aus dem Phasenvergleicher V und der Antennensteuerung RMW nach. Die Antennensteuerung enthält den Antriebsmotor für die Antenne mit einem Winkelcoder und einem Regler.

In Fig. 3 sind die auftretenden Signale veranschaulicht. Auf einer oberen Zeitachse a sind die von einer zu synchronisierenden Teilnehmerstation erhaltenen Empfangssignale einer Referenzstation A und anderer Teilnehmerstationen B bzw. C dargestellt. Diese Signale wiederholen sich periodisch mit der Rahmenzeit T. Das Burstbeginnkennzeichen BBKZ (der Station A) kennzeich­ net die Referenzstation. Das Rahmenbeginnkennzeichen WS (Winkelsollwert) ist um die Zeit t₁ verzögert (Zeile b). Auf der Zeitachse c ist die Anordnung der Zeittore im Demultiplexer (Fig. 4) wiedergegeben. Auf der Zeitachse d ist der sich mit der Periode T wieder­ holende Nordimpuls, der vom Antennenwinkelcodierer (in der Antennensteuerung RMW) geliefert wird, aufge­ zeichnet. Der Nordimpuls zeigt eine Abweichung Δϕ (Zeile e), die durch die Regelschleife (Antennen­ steuerung RMW und Phasenvergleicher V) ausgeregelt wird.

Der Demultiplexer D betätigt mit Hilfe des Rahmenbe­ ginnkennzeichnens WS und dem Grundtakt aus dem Quarz­ oszillator Q, Torschaltungen, so daß am Ausgang DA nur die Daten der Station A, an Ausgang DB nur die Daten der Station B und an Ausgang DC nur die Daten der Station C usw. anliegen, die dann den Endgeräten über Zwischenspeicher zur Verfügung stehen.

Bei Verwendung geeigneter Schemata für die Zeit-Winkel- Zuordnung können mit der Anordnung gemäß der Erfindung gleichzeitig mehrere Nachrichtenübertragungsnetze mit der gleichen Übertragungsfrequenz betrieben werden.

Claims (10)

1. Schaltungsanordnung zur Durchführung einer selektiven Nach­ richtenübermittlung zwischen zwei mit Sende- und Empfangsein­ richtungen versehenen gleichberechtigten Teilnehmerstationen eines Kommunikationsnetzes beliebig großer Teilnehmerzahl, dadurch gekennzeichnet, daß der Sende- und Empfangsbetrieb der Teilnehmerstationen (TS 1, TS 2) über zwei stark bündelnde Richtantennen mit antiparalleler Strahlcharakteristik erfolgt, deren Strahlcharakteristika mit gleicher Drehgeschwindigkeit rotieren und jeweils zu einer Bezugsrichtung einen gleichen großen Phasenwinkel bilden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfang jeder Nachrichtenübermittlung durch ein Zeichen (BBKZ) gekennzeichnet ist und daß sie eine Adresse der vorbe­ stimmten Teilnehmerstation (TSx) beinhaltet.

3. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelsynchronisierung durch Bezugnahme auf eine Refe­ renz-Teilnehmerstation erfolgt.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennendrehzahl in Abhängigkeit von der Dauer des Funkkontaktes zwischen zwei Teilnehmerstationen (TS 1, TS 2) bemessen ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nachrichtenübertragung in beiden Richtungen während der gleichen Begegnung der Antennencharakteristiken (Sch,Ech) zweier Teilnehmerstationen (TS 1, TS 2) unter Verwendung verschiedener Sendefrequenzen erfolgt (Vollduplexbetrieb).

6. Schaltungsanordung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verwendung von hohen Frequenzen deren Ausbreitung auf den quasioptischen Bereich beschränkt ist, die Übertragungslän­ gen durch Anwendung einer Zwischenspeicherung in Verbindung mit einem Relaiskettenbetrieb beliebig vergrößert werden können.

7. Schaltungsanordung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachrichtenübermittlung mittels Laserstrahlen erfolgt.

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenrotation (Antennenschwenkung) mit veränderbarer Drehgeschwindigkeit erfolgt.

9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung (Schwenkung) der Antennen zusätzlich in der Elevation erfolgt.

10. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verwendung geeigneter Schemata für die Zeit-Winkel- Zuordnung mehrere Nachrichtenübertragungsnetze gleichzeitig mit gleicher Übertragungsfrequenz betreibbar sind.