DE4128671A1 - Verfahren zur uebermittlung von analogen nachrichtensignalen ueber einen lichttraeger - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Übermittlung von analogen Nachrichtensignalen über einen Lichtträger nach dem Doppelmodulationsverfahren. Bei der sogenannten drahtlosen Über­ tragung von beispielsweise Tonsignalen mittels Licht, vorzugsweise im Infrarotbereich, moduliert das Nutzsignal üblicherweise nicht direkt die Lichtintensität, sondern vielmehr wird das Nutzsignal mittels eines HF-Zwischenträgers in eine höhere Frequenzlage umge­ setzt, um mehrere Tonsignalkanäle gleichzeitig über die Licht­ strecke übertragen zu können. Bekannt geworden sind diese Verfah­ ren vor allem für die Tonübertragung von einem Radio oder Fernseh­ gerät zu einem Kopfhörer, um der hörenden Person eine größere Be­ wegungsfreiheit zu bieten. Für die Umsetzung des Nutzsignals in eine höhere Frequenzlage werden im wesentlichen die Amplitudenmo­ dulation oder die Frequenzmodulation angewendet. Da bei der zu­ letzt genannten Modulationsart der Hochfrequenzträger nicht oder zumindest nicht kontinuierlich unterdrückt werden kann, hat man für drahtloser Tonübertragung in naheliegender Weise, um Energie zu sparen, trägerlose Amplitudenmodulationsverfahren eingesetzt. Da jedoch auch das trägerlose Ein- oder Zweiseitenbandsignal ein zur Nullinie symmetrisches Signal ist - es treten gleichermaßen positive wie negative Halbwellen auf -, das Licht jedoch nur in seiner Intensität beeinflußt werden kann, muß eine mittlere Lichtintensität eingestellt werden um gleichermaßen die positiven und negativen Halbwellen des HF-Signals übertragen zu können. In­ sofern wird auch in den Modulationspausen trotz signallosem Zu­ stand Sendeenergie benötigt, die einerseits bei tragbaren Sendege­ räten die Batterieladung unnötig verbraucht und andererseits die Sende-Infrarotdioden, die üblicherweise zur Lichtstrahlung einge­ setzt werden, thermisch belastet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur draht­ losen Übertragung von Ton über Licht dahingehend zu verbessern, daß in den Modulationspausen kein Licht abgestrahlt wird und somit einerseits elektrische Energie gespart wird und andererseits die thermische Beanspruchung der optischen Bauelemente vermindert wird. So können bei tragbaren Sendern die Batteriekapazitäten ver­ mindert und die optischen Bauelemente kleingehalten werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, welches durch die in den Patentansprüchen 1 oder 2 genannten Merk­ male bestimmt ist. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Aus­ führungsformen des Verfahrens beschrieben.

Im folgenden wird das Verfahren nach der Erfindung beispielsweise anhand einer Zeichnung erläutert, worin die

Fig. 1 die bekannte Modulationsweise eines Lichtsenders,

Fig. 2 das Prinzip der Signalerzeugung, und die

Fig. 3-7 die nach den jeweiligen Modulationsschritten erzeugten Signale in der Zeitebene darstellt.

In Verbindung mit der Fig. 1 wird zunächst die bekannte, nahelie­ gende Art der Übertragung von analogen Tonsignalen über Licht er­ läutert. Da wie bereits oben ausgeführt wurde, bei der Lichtüber­ tragung nur das mehr oder weniger Vorhandensein von Licht auf der Empfangsseite registriert werden kann, nicht jedoch eine Polarität des Lichtes, kann sendeseitig die negative Halbwelle des Nutzsig­ nals f_S nur zur Dunkelsteuerung des Lichtträgers führen. In der Fig. 1 ist mit f_T die Hochfrequenzträgerfrequenz benannt, welche mit dem niederfrequenten Nutzsignal f_S moduliert ist. Damit die negative Signalamplitude des Nutzsignals f_S die Nullinie nicht in negativer Richtung überschreitet, muß die Signalnullinie um den Betrag der Signalamplitude abgehoben werden. Diese Aufgabe über­ nimmt die Trägerfrequenz des AM-Signals mit dem Träger f_S in der Amplitude b. Auch in den Modulationspausen wird der Lichtsender mit der Trägerfrequenz f_S getastet, wie in dem Zeitbereich c bis d dargestellt ist.

Obwohl maximale Amplitudenwerte As des Nutzsignals statistisch nur Bruchteile eines Prozents des gesamten Nachrichteninhalts errei­ chen, richtet sich dennoch die Bemessung der Trägerleistung nach ihnen. Der Großteil der Lichtleistung enthält also keine Informa­ tion, sondern trägt nur zur unerwünschten thermischen Belastung der Sendediode bei und damit zur Verminderung der hier aufgezeig­ ten möglichen Nutzung.

Auch bei der Wandlung des Nutzsignals in ein höherfrequentes trä­ gerloses Ein- oder Zweiseitenbandsignal gemäß der in Fig. 2 dar­ gestellten bekannten Weise, ist bei der nachfolgenden Ansteuerung des Lichtsenders (Infrarot-Sendediode) eine einem A-Arbeitspunkt entsprechende mittlere Lichtleistung vorzusehen, um die beiden Polarisationsebenen des Steuersignals übertragen zu können. Die bisher bekannten Verfahren können mit einem in Fig. 3 dargestell­ ten Diagramm prinzipiell beschrieben werden. Eine genaue Darstel­ lung des mit der in Fig. 2 dargestellten Schaltung erzeugten Modu­ lationssignals ist in der Fig. 4 dargestellt, in welcher nunmehr auch die Phasensprünge Ph1 und Ph2 deutlich zu erkennen sind.

In Fig. 2 ist mit HF ein Hochfrequenzgenerator bezeichnet, der einen Hochfrequenzträger mit der Frequenz f_T erzeugt. Im Ringmudo­ lator RM wird dieselbe von der zu übertragenden Nutzsignalfrequenz f_S moduliert, so daß am Meßpunkt A ein Zweiseitenbandsignal ohne Träger entsteht. Dieses ist in der Fig. 4 über der Zeitachse auf­ gezeichnet. Über einen Filter geleitet, welches eines der beiden Seitenbänder eliminiert, entsteht am Meßpunkt B ein Einseitenband- Signal. Das erfindungsgemäße Erfahren macht sich die Erkenntnis zunutze, daß bereits eine Polaritätsebene des an sich symmetri­ schen Ein- oder Zweiseitenbandsignals die gesamten Informationen enthält und somit durch entsprechende Gleichrichtung Gl zu dem in Fig. 5 dargestellten Signal reduziert werden kann, welches am Meß­ punkt C in der Fig. 2 entsteht. Die Signal-Halbwellen weisen nun­ mehr nur eine Polarität auf; die ursprüngliche Lage der Signal­ halbwellen kann jedoch bei der der Übertragung nachfolgenden emp­ fangsseitigen Demodulation an der Art der Phasensprünge Ph1 oder Ph2 erkannt werden.

Wird mit dem so gestalteten Signal direkt eine Lichtquelle, bei­ spielsweise eine Infrarot-Sendediode angesteuert, so gibt dieselbe nur Lichtimpulse in der in der Fig. 5 gezeigten Form ab. In Fig. 6 ist dies näher erläutert: Nur während der gestrichelt markierten Halbwellen wird Lichtenergie abgestrahlt und somit auch elektri­ sche Energie der Stromversorgung entnommen. Die für die Demodula­ tion auf der Empfangsseite notwendigen Phasensprünge sind gekenn­ zeichnet im Falle des Phasensprungs Ph2 durch einen Doppel-Lich­ timpuls, imdem des Phasensprungs Ph1 durch das Ausbleiben dieser Impulsfolge. Wird für die Lichterzeugung eine Lichtquelle mit Dio­ dencharakter (Infrarot-Sendediode) eingesetzt, die aufgrund ihres Kennlinienverlaufs bereits eine Gleichrichtung bewirkt, so kann auch durch direkte Ankopplung des Ein- oder Zweiseitenbandsignals, beispielsweise am Meßpunkt B in Fig. 2, eine Modulation der Sen­ deendstufe in einfacher Weise durchgeführt werden. Diese Modula­ tionsart ist in der Fig. 7 erläutert: Die Sendediode wird in einem B-Arbeitspunkt angesteuert. Die für die Modulation wirksame Knick-Kennlinie muß jedoch zur Vermeidung von niederfrequenten Verzerrungen liniarisiert werden, wozu eine stromabhängige Gegenkopplung der Sendedioden-Treiberendstufe vorteilhaft ist. Eventuell muß auch ein gewisser Reststrom eingestellt werden.

Das bisher beschriebene Verfahren ist mit den Merkmalen des Pa­ tentanspruchs 1 beschrieben. Um jedoch den Arbeitsbereich der Sen­ dediode ohne Rücksicht auf den mehr oder weniger gradlinigen Teil der Kennlinie ausnutzen zu können und um hierdurch bedingte Ver­ zerrungen zu vermeiden, kann auch nach den kennzeichnenden Merkma­ len des Patentanspruchs 2 die Strahlungsquelle (Infrarot-Sendedio­ de) zeitkontinuierlich intensitätsmoduliert werden. Das Ergebnis dieser Modulationsweise ist eine pulsbreiten- oder auch pulspha­ senmodulierte Folge von Lichtimpulsen gleicher Intensität, welche jedoch erfindungsgemäß ebenfalls nur dann auftreten, wenn ein Nutzsignal übertragen werden soll, d. h. eine Modulation überhaupt erfolgt. Diese Verfahrensvariante bedingt, daß das am Meßpunkt C - Fig. 2 - anstehende Signal zunächst einen Pulsbreiten- oder Pulsphasenmodulator zugeführt wird, welcher die Sendediode an­ steuert.

Ohne das Prinzip der Erfindung zu verlassen, kann das den Licht­ sender modulierende Signal ein Einseitenband- bzw. Zweiseitenband­ signal ohne Träger sein. Die im Unteranspruch 3 beanspruchte Aus­ führungsform mit zwei Seitenbändern verzichtet vorteilhafterweise auf das zwischen den Meßpunkten A und B (Fig. 2) zwischengeschal­ tete aufwendige und damit teurer Einseitenbandfilter. Eine bevor­ zugte Ausführungsform nach dem Unteranspruch 4 sieht dennoch die Einseitenbandvariante vor, wodurch sich das Frequenzspektrum des ausgesendeten Signals enger fassen läßt. Ferner besteht bei dieser Technik die Möglichkeit, daß ein Empfänger die Signale mehrerer Sender einander überlagert ohne Interferenzerscheinungen empfangen kann. Dieses ist von besonderem Vorteil bei sogenannten Museums- Informationsanlagen, bei welchen den Exponaten kleine, exponatspe­ zifische Informationen abstrahlende Sender zugeordnet sind, und der Besucher mit einem tragbaren Empfänger die von den Exponaten ausgehenden Nachrichten auch in Zwischengebieten gleichzeitig und unverzerrt empfangen kann.

Zusammengefaßt bestehen die Vorteile des Verfahrens nach der Er­ findung darin, daß die Lichtimpulsamplitude der Nutzsignalamplitu­ de proportional ist und somit keine Leistung in den Modulations­ pausen abgestrahlt und somit der elektrischen Stromversorgung ent­ nommen wird.

Hiermit sind die thermische Belastung der Licht aussenden Bauele­ mente, wodurch kleinere und leichtere Leistungsstrahler herge­ stellt werden können.

Claims (4)

1. Verfahren zur Übermittlung von analogen Nachrichtensignalen über einen Lichtträger nach dem Doppelmodulationsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachrichtensignal in einem ersten Schritt in ein hochfrequentes, trägerloses und auf eine Polaritätsebene begrenztes Signal gewandelt wird, welches seinerseits in einem zweiten Schritt eine optische Strahlungsquelle in einem B-Betrieb amplitudenkontinuierlich moduliert, so daß bei fehlendem Nachrichtensignal keine Sendeenergie verbraucht wird.

2. Verfahren zur Übermittlung von analogen Nachrichtensignalen über einen Lichtträger nach dem Doppelmodulationsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachrichtensignal in einem ersten Schritt in ein hochfrequentes, trägerloses und auf eine Polaritätsebene begrenztes und nachfolgend in ein pulsbreiten- oder puls­ phasenmoduliertes Signal gewandelt wird, welches seinerseits in einem zweiten Schritt eine optische Strahlungsquelle zeitkontinuierlich intensitätsmoduliert, so daß bei fehlendem Nachrichtensignal keine Sendeenergie verbraucht wird.

3. Verfahren zur Übermittlung von analogen Nachrichtensignalen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Nachrichtensignal abgeleitete hochfrequente, trägerlose und auf eine Polaritätsebene begrenzte Signal zwei Seitenbänder aufweist.

4. Verfahren zur Übermittlung von analogen Nachrichtensignalen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Nachrichtensignal abgeleitete hochfrequente, trägerlose und auf eine Polaritätsebene begrenzte Signal nur ein Seitenband aufweist.