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Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Nachrichtenübertragung in Realzeit zwischen mehreren beweglichen Einheiten
und einer Empfangsstation. Die Erfindung betrifft auch eine
Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Bekanntermaßen bedient man sich zur Durchführung einer
Nachrichtenübertragung in Realzeit zwischen verschiedenen
beweglichen Einheiten und einer stationären oder beweglichen
Empfangsstation der herkömmlichen Zeit- oder
Frequenzmultiplex-Verfahren. Indem jeder beweglichen Einheit ein
Zeitintervall zugeteilt wird, während dessen nur sie alleine mit
der Empfangsstation in Verbindung steht, verunmöglicht das
Zeitmultiplexing jedoch während dieses Zeitintervalls das
Empfangen von Nachrichten, die von anderen Sendern kommen.
Desgleichen bedeutet das Frequenzmultiplexing, bei dem
ebenso viele verschiedene Frequenzen verwendet werden
müssen, wie bewegliche Einheiten vorhanden sind, daß komplexes
Material verwendet werden muß, insbesondere bei den
Antennen, wobei ein großer Funkbereich die Folge ist.
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Es ist ferner bekannt, zur Gewährleistung des gleichzeitigen
Sendens mehrerer beweglicher Einheiten Techniken der Dehnung
des Spektrums durch direkte Sequenz oder Pseudorauschen
anzuwenden, bei denen jede bewegliche Einheit durch die
Korrelationsfunktion gekennzeichnet ist, die ihr nach dem
Prinzip des Vielfachzugriffs durch Codetrennung (AMRC)
zugeordnet ist. Wenn sich jedoch die beweglichen Einheiten
in sehr unterschiedlichen Entfernungen befinden,
beispielsweise in einem Bereich von Werten, die von 200 m bis 200 km
gehen können, dann kann aufgrund der zu großen
Leistungsexkursion, die dann beim Empfänger besteht, der Empfang der
von jeder dieser beweglichen Einheiten kommenden Nachrichten
nicht mehr einwandfrei gewährleistet werden.
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Es bestehen verschiedene Übertragungssysteme, bei denen je
nach der Position des Senders verschiedene Leistungsstärken
angewählt werden können. In dem Patent WO-A 9004293 erfolgt
diese Anwahl durch Schalten zwischen zwei Betriebsarten, die
zwei verschiedenen Frequenzbereichen und zwei verschiedenen
Sendeleistungswerten entsprechen, je nachdem, ob der Sender
sich im Stadtgebiet oder auf dem Lande befindet. In dem
Patent EP-A 0411878 erfolgt diese Anwahl durch Wählen der
geeignetsten Sendestärke aus einem diskreten Bereich
möglicher Leistungshöhen. Diese Übertragungssysteme gestatten
jedoch nur die Auswahl von zuvor bestimmten und getrennten
Leistungshöhen, sie ermöglichen es nicht, den Empfang der
von mehreren beweglichen Einheiten gesendeten Nachrichten
einwandfrei zu gewährleisten, welche Position auch immer
diese beweglichen Einheiten zur Empfangsstation haben.
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Diese Erfindung hat die Aufgabe, die obengenannten Nachteile
zu beseitigen und eine einfache und gleichzeitige
Nachrichtenübertragung zwischen beweglichen Einheiten und einer
Empfangsstation zu ermöglichen, und zwar bei jeder
beliebigen Position jener zur Empfangsstation.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Verfahren
erfindungsgemäß darin besteht,
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- für jede bewegliche Einheit die Bilanz der Verbindung
bewegliche Einheit / Empfangsstation aus einer
Positionsinformation zu bestimmen, die die Distanz zwischen der
beweglichen Einheit und der Empfangsstation angibt, wobei
diese Distanz durch ein Positionsbestimmungssystem abgegeben
wird, das sich innerhalb der beweglichen Einheit, aber
außerhalb dieser Verbindung bewegliche Einheit /
Empfangsstation befindet,
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- für jede bewegliche Einheit die Höhe der von der
beweglichen Einheit abgegebenen Leistung in Abhängigkeit von der
Bilanz der Verbindung bewegliche Einheit / Empfangsstation
dergestalt zu regulieren, daß die von der Empfangsstation
empfangene Leistung praktisch konstant ist.
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Dieses Positionsbestimmungssystem kann das allgemeine System
zum Positionshalten sein, GPS genannt.
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Es wird deutlich, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
die von der Empfangsstation empfangene Leistung praktisch
immer gleich ist, welche Verbindung auch immer besteht, d.
h. welche Distanz auch immer zwischen den verschiedenen
beweglichen Einheiten und der Empfangsstation besteht.
Daraus ergibt sich, daß diese letztere dadurch in ihrer
Ausführung vereinfacht werden kann, ob es sich nun um ihre
Antenne oder um ihre Verstärkerschaltungen handelt, die dann
sehr genau berechnet werden können. Desgleichen wird durch
die Angabe der Distanz zwischen der beweglichen Einheit und
der Empfangsstation, die durch ein außerhalb der Verbindung
befindliches Positionsbestimmungssystem an den Sender
abgegeben wird, die Ausführung dieses Senders merklich
vereinfacht, indem die Notwendigkeit einer zweiten Verbindung
zwischen beweglichen Einheiten und Empfangsstation beseitigt
wird, die ansonsten unbedingt erforderlich ist, um diese
Distanzinformation zu befördern.
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Diese Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur
gleichzeitigen Nachrichtenübertragung zwischen beweglichen
Einheiten und einer Empfangsstation gemäß der sogenannten Technik
der Dehnung des Spektrums durch direkte Sequenz, wobei jede
bewegliche Einheit einen Sender aufweist, wobei bei dieser
Vorrichtung dieser Sender erfindungsgemäß ein
Verstärkermodul enthält, dessen Verstärkungsfaktor von einem Steuermodul
bestimmt wird, das die Bilanz der Verbindung bewegliche
Einheit - Empfangsstation aus einer Positionsinformation
berechnet, die von einem Positionsbestimmungssystem
abgegeben wird, das sich außerhalb dieser Verbindung bewegliche
Einheit / Empfangsstation befindet, und so die von der
beweglichen Einheit abgegebene Leistung dergestalt
reguliert, daß die Höhe der von der Empfangsstation empfangenen
Leistung praktisch konstant ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile gehen näher aus der folgenden,
zur Darstellung dienenden und nicht einschränkenden
Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
hervor, wobei
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- Fig. 1 eine allgemeine synoptische Darstellung einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt,
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- Fig. 2 eine synoptische Darstellung des Senders einer
erfindungsgemäßen beweglichen Einheit zeigt.
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Fig. 1 zeigt eine allgemeine synoptische Darstellung einer
Vorrichtung, mit der eine Kommunikationsverbindung zwischen
mehreren beweglichen Einheiten, z. B. 1, 2 und 3, und einer
Empfangsstation 5 gewährleistet werden kann.
Selbstverständlich kann die Anzahl der beweglichen Einheiten, die aus
Gründen des leichten Verständnisses der Zeichnung auf drei
beschränkt wurde, sehr viel höher sein, wie sich später noch
zeigt.
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Jede bewegliche Einheit 1, 2, 3 weist einen Sender 10, 20,
30 auf, der einerseits eine Dateninformation 11, 21, 31
variabler Art empfängt, die allein von der Art der
betreffenden beweglichen Einheit abhängt und z. B. die bewegliche
Einheit selbst oder ihre Umgebung betreffen kann, und
andererseits eine Positionsinformation 12, 22, 32 empfängt, die
die Distanz zwischen der betreffenden beweglichen Einheit
und der Empfangsstation 5 angibt. Die Positionsinformation
12, 22, 32 wird vorteilhafterweise von einem
Positionsbestimmungssystem 13, 23, 33 abgegeben, das sich innerhalb der
beweglichen Einheit befindet, wie z. B. dem allgemeinen
System zum Positionshalten, genannt GPS (Global Positioning
System) oder einem beliebigen anderen gleichwertigen
System, das sich aber außerhalb der Verbindung bewegliche
Einheit / Empfangsstation befindet.
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Die Empfangsstation 5 weist ein Empfangsmodul 50 auf, das
gleichzeitig die von den verschiedenen beweglichen Einheiten
gesendeten Signale empfängt und sie verstärkt, um ihre
Steuerung durch ein Bearbeitungsmodul 51 zu ermöglichen, das
dann parallel die zuvor von jeder beweglichen Einheit 1, 2
und 3 gesendeten Dateninformationen 1, 21, 31 zurückgibt.
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Fig. 2 zeigt detaillierter einen Sender einer der
beweglichen Einheiten 1, 2, 3.
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Das von dem Sender 10 der beweglichen Einheit zur
Empfangsstation 5 gesendete Signal kommt vor der Verstärkung 105 und
Filterung 107 von einem Modulator 101, der einerseits von
einem Lokaloszillator 102 ein Trägersignal und andererseits
von einem Mischer 103 das modulierende Signal empfängt. Die
Art der Modulation ist indifferent, es kann sich um eine
Phasenmodulation oder eine Frequenzmodulation und
vorteilhafterweise
um eine Phasenmodulation mit zwei Zuständen
handeln, beispielsweise um eine 0-π-Modulation.
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Der Mischer 103, der das modulierende Signal abgibt,
empfängt einerseits die Dateninformation 11, die der
Empfangsstation 5 übermittelt werden soll, und andererseits einen
Dehnungscode, der für jede bewegliche Einheit
unterschiedlich ist und in dem Sender von einem Codeerzeuger 104
erzeugt wird. Dieser Dehnungscode ist vorteilhafterweise ein
Pseudozufallscode. In allen Fällen müssen die Funktionen der
Korrelation zwischen zwei verschiedenen Codes gleich Null
oder annähernd Null sein. Die Leistung des gesendeten
modulierten Signals wird vom Verstärkermodul 105 aus dem
Ausgangssignal eines Steuermoduls 106 eingestellt, das die
Positionsinformation 12 empfängt, die von dem
Positionsbestimmungssystem 13 abgegeben wird, das sich innerhalb der
beweglichen Einheit befindet. Ein Filter 107 ist am Ausgang
des Senders angeordnet.
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Die Empfangsstation 5, die nicht im Einzelnen beschrieben
wird, entspricht einem beliebigen Empfänger, der nach dem
Prinzip des Vielfachzugriffs durch Codetrennung (AMRC)
arbeitet. Das Bearbeitungsmodul 51 (Fig. 1) enthält daher
dann so viele Korrelatoren, wie bewegliche Einheiten
vorhanden sind, wobei jeder Korrelator an seinen beiden Eingängen
einerseits das von dem Empfangsmodul 50 stammende Signal und
andererseits einen Dehnungscode, der identisch mit dem im
Sender für die betreffende bewegliche Einheit erzeugten Code
ist, empfängt. Die ursprüngliche Dateninformation 11, 21, 31
ist dann nach Demodulation des von jedem Korrelator
stammenden Signals parallel verfügbar. Wenn die Dateninformation
11, 21, 31 vor ihrem Senden kodiert worden ist, wird eine
Dekodierung am Ausgang des Demodulators erforderlich, um die
eigentliche Nutzinformation wieder zu erhalten.
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Es wird nochmals auf Fig. 2 Bezug genommen. Durch die
Steuerung der Höhe der von jeder beweglichen Einheit abgegebenen
Leistung durch das Verstärkungsmodul 105 können im Empfänger
die verschiedenen empfangenen Leistungen nivelliert werden
und damit die Ausführung der Empfängerstation beträchtlich
vereinfacht werden. Dies hat beispielsweise zur Folge, daß
dann ein einfacher Dipol auf einer Masseebene genügt, um die
Antenne der Empfangsstation 5 zu bilden. Desgleichen wird
dadurch die Bemessung der verschiedenen Elemente, aus denen
die Empfangsstation besteht, dadurch erleichtert.
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Die Regelung der Sendeleistung erfolgt in Abhängigkeit von
der Bilanz der Verbindung bewegliche Einheit -
Empfangsstation. Die Bilanz der Verbindung ist eine energetische
Bilanz, mit der das Verhältnis Signal - Rauschen in der
Empfangsstation bestimmt werden kann. Dazu wird an jedem
Ende dieser Verbindung sowohl der Signalpegel wie der
Rauschpegel bestimmt.
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Auf diese Weise ist es mit Kenntnis der in der
Empfangsstation genutzten Bandbreite möglich, daraus den entsprechenden
Rauschpegel mit der Formel N = KTB abzuleiten, wobei K die
Boltzmann-Konstante, T die Temperatur und B die Bandbreite
ist, sodann unter Festsetzung eines minimalen Signal (S)
- Rausch (N) - Verhältnisses in dieser Empfangsstation und in
Anbetracht eines bestimmten Rauschfaktors den Minimalpegel
des von der Empfangsstation verarbeitbaren Signals zu
berechnen. Die Raumdämpfung, die durch : A = ((4πD)/λ)²
gegeben ist, wobei λ die Sendewellenlänge und D die Distanz
zwischen der beweglichen Einheit und der Empfangsstation
ist, sowie die jeweiligen Antennengewinne beim Senden und
beim Empfangen ermöglichen dann mit Kenntnis des
Minimalpegels des Signals in der Empfangsstation die Bestimmung der
gesendeten Leistung der beweglichen Einheit.
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Da diese verschiedenen Berechnungen für bestimmte
Eigenschaften der beweglichen Einheiten und dieser
Empfangsstation lediglich von der Distanz zwischen der beweglichen
Einheit und der Empfangsstation abhängen, kann mit der Kenntnis
dieser Distanz zu jedem Augenblick daher die Höhe der von
der beweglichen Einheit gesendeten Leistung dergestalt
angepaßt werden, daß die Höhe der von der Empfangsstation
empfangenen Leistung praktisch konstant ist. Es muß jedoch
bemerkt werden, daß Schwankungen um einige Prozent
vollkommen hinnehmbar sind und daß ohne Leistungseinbußen des
Systems zwischen den beweglichen Einheiten sogar
Unterschiede in der Höhe von bis zu 10 Dezibel akzeptiert werden
können.
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Die Änderung der Höhe der gesendeten Leistung wird durch die
Veränderung des Gewinns des Verstärkungsmoduls 105 erzielt,
wobei diese Veränderung in jedem Augenblick durch das
Steuermodul 106 entwickelt wird, das von dem außerhalb des
Senders und damit außerhalb der Verbindung bewegliche
Einheit / Empfangsstation befindlichen
Positionsbestimmungssystem 13 die Positionsinformation 12, d. h. in der Praxis
die Distanz zwischen der beweglichen Einheit und der
Empfangsstation empfängt, wobei der beweglichen Einheit die
Position der Empfangsstation bekannt ist. Diese Bestimmung
der Distanz kann erfolgen, indem beispielsweise ein Speicher
verwendet wird, der die Positionskoordinaten der
Empfangsstation integriert, um sie in jedem Augenblick mit den
Koordinaten zu vergleichen, die von dem allgemeinen System zum
Positionshalten (GPS) zu der beweglichen Einheit übertragen
werden, wobei dieser Vergleich mit Hilfe einer
arithmetischen und logischen Einheit (UAL) erfolgen kann.
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Wenn die Distanz bekannt ist, kann die Leistung des Senders
der beweglichen Einheit dann auf die Höhe des
Verstärkungsmoduls 105 eingestellt werden, indem beispielsweise ein
numerisch programmierbarer Abschwächer verwendet wird.
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Die von einer solchen Vorrichtung erbrachten Leistungen sind
außergewöhnlich. Zu den herkömmlichen Vorteilen der Technik
der Dehnung des Spektrums wie der Störfestigkeit und der
Getrenntheit der Übertragungen kommt noch die Einfachheit
des Material hinzu. In den meisten Fällen haben die Sender
der beweglichen Einheiten dann nämlich eine niedrige
Leistung, wodurch sich sowohl ihr Verbrauch wie auch die
Spektraldichte der Leistung verringert, die in dem vom
Empfänger genutzten Band ausgestrahlt wird. Wenn als
Bearbeitungsgewinn, d. h. als Verhältnis zwischen dem
ausgedehnten Band am Senderausgang und dem vom Empfänger genutzten
Band ein Wert von 1000, d. h. 30 Dezibel gesetzt wird und
ein Signal-Rausch-Verhältnis von 10 Dezibel im Empfänger
festgelegt wird (Werte, die vom Fachmann gewöhnlich
akzeptiert werden), dann läßt sich unmittelbar festhalten, daß
die Vorrichtung dann bis zu 100 Sender gleichzeitig (-20
Dezibel) akzeptieren kann, ein Wert, der mit 1, der Anzahl
der Sender, die ohne die erfindungsgemäße Verbesserung
"gleichzeitig" senden, verglichen werden muß.
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Es zeigt sich also, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung wie
auch das Verfahren, das sie unterstellt, indem sie einen
ständigen Zugriff auf die Daten ermöglicht, die von mehreren
Dutzend beweglichen Einheiten übertragen werden, wie groß
die Distanz zwischen diesen und der Empfangsstation auch
ist, für viele Anwendungsarten und insbesondere die
Fernmessung besonders geeignet sind.