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Verfahren zur drahtlosen Nachrichtenübermittlung Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zur drahtlosen Nachrichtenübermittlung zwischen mehreren
insbesondere beweglichen Nebenstellen und einer Hauptstelle mit mehreren paarweise
zugeordneten Kanälen unter Anwendung eines Pulsmodulationsverfahrens. Die bisher
für diese Zwecke bekannten Verfahren weisen verschiedene Mängel auf, insbesondere
bei den Anwendungen, bei welchen die Nebenstellen sich auf bewegten Fahrzeugen,
wie Kraftwagen, Flugzeugen oder Eisenbahnzügen, befinden. In diesen Fällen können
mit den bisherigen Verfahren zwischen den bewegten Nebenstellen und der festen Hauptstelle
Wechselgespräche nur auf einer gemeinsamen Welle geführt werden, so daß während
des Gespräches einer Nebenstelle die Verbindung zwischen den übrigen Nebenstellen
und der Hauptstelle gesperrt sind bzw. alle Gespräche von allen Nebenstellen abgehört
werden.
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Demgegenüber ermöglicht das Verfahren der Erfindung einen Gegensprechverkehr
in der Weise, daß die Hauptstelle eine fortlaufende Folge von
Leitimpulsen
auf einer von den Nebenstellen empfangenen Trägerwelle aussendet und jeder Nebenstelle
ein oder mehrere zwischen den einzelnen Leitimpulsen liegende Zeittakte zugeordnet
sind, auf denen die modulierten Impulse der Nachrichtenübermittlung zwischen der
betreffenden Nebenstelle und dem ihr zugeordneten Kanal der Hauptstelle gesendet
bzw. empfangen, werden. Es wird durch dieses Verfahren beispielsweise die Durchführung
eines Fernsprechverkehrs mit fahrenden Eisenbahn-' zügen_ möglich, bei dem alle
Eisenbahnzüge eines Streckenabschnittes je einen oder auch mehrere Fernsprechanschlüsse
besitzen, die unabhängig voneinander mit dem allgemeinen Fernsprechnetz verbunden
werden können. Die Anzahl der beteiligten Nebenstellen kann sehr groß sein und genügt
allen praktischen Anforderungen.
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Zur Ermöglichung einer drahtlosen Nachrichtenübermittlung zwischen
mehreren insbesondere beweglichen Nebenstellen und einer Hauptstelle wurde bereits
der Vorschlag gemacht, für die Übertragung eine mit modulierten Pulsen derart getastete
Schwingung einer Übertragungsfrequenz vorzusehen, daß die in der zentralen Stelle
ankommenden Pulse jedes Teilnehmers zeitlich gegen die dort ankommenden Pulse der
übrigen Teilnehmer versetzt sind. Zur Synchronisierung der von den Teilnehmerstellen
ausgesandten Pulse wird dabei ein sogenannter Takt- oder Leitpuls angewandt.
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Um die von der jeweiligen Entfernung zwischen Haupt- und Nebenstellen
abhängige zeitliche Verschiebung der von den einzelnen Nebenstellen in der Hauptstelle
ankommenden Signalimpulse zu berücksichtigen, sieht die Erfindung vor, die Empfangseinrichtungen
der Hauptstelle für den Empfang der von einer Nebenstelle gesendeten Signalimpulse
durch Impulse empfangsbereit zu machen, die im Hinblick auf die Laufzeit der Wellen
einer Zeitdehnung unterworfen werden.
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Bei den Nebenstellen können die durch unterschiedliche Laufzeit auftretenden
Störungen gemäß weiterer Erfindung dadurch wirkungsvoll beseitigt werden, daß die
von der Hauptstelle gesandten Signalimpulse eine andere Impulsdauer besitzen als
die von den Nebenstellen gesandten Signalimpulse.
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Es empfiehlt sich, die von den Nebenstellen ausgesandten Impulse kürzer
zu wählen als die Signalimpulse der Hauptstelle und in den Nebenstellen dafür Sorge
zu tragen, daß dort Impulse einer vorgegebenen Länge empfangen werden können.
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Die Übertragung der Leitimpulse sowie der Signalimpulse der Hauptstelle
kann auf einer gemeinsamen - Welle oder auch auf verschiedenen Wellen erfolgen.
Ebenso ist es möglich, die Leitimpulse sowie die Signalimpulse auf einer gemeinsamen
Welle in beiden Richtungen zu senden. Eine größere Reichweite und eine größere Anzahl
von Nebenstellen können in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht
werden, daß in beiden Richtungen verschiedene Übertragungswellen benutzt werden,
insbesondere sollen von der Hauptstelle die Leitimpulse und die Signalimpulse auf
einer Welle gesendet werden, während von den Nebenstellen die Signalimpulse auf
einer anderen Welle gesendet und in der Hauptstelle empfangen werden.
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Die Erfindung sieht `weiterhin vor, in jeder Nebenstelle dem gesendeten
Signal eine Kennfrequenz zu überlagern und diese in der Hauptstelle nur von der
Empfangseinrichtung des der betreffenden Nebenstelle zugeordneten Kanals zu empfangen.
Die Kennfrequenz wird danach wieder von- dem Sender der Hauptstelle zurückgegeben
und im Empfangsteil jeder Nebenstelle empfangen. Es wird dadurch erreicht, daß bei
unterschiedlichen räumlichen Entfernungen zwischen Hauptstelle und Nebenstellen
der Sendeimpuls der Nebenstellen jeweils im richtigen Takt zur Hauptstelle gelangt.
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Es kann dabei irgendein Impulsmodulationsverfahren benutzt werden,
sei es mit Amplituden-, Phasen-, Kode- oder anderer Modulation. Der Verkehr wird
zweckmäßig im Bereich der ultrakurzen Wellen durchgeführt, wenn auch der Betrieb
mit längeren Wellen durchaus möglich wäre.
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Der Grundgedanke der Erfindung läßt sich in verschiedener Weise verwirklichen.
Ausführungsbeispiele werden im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben und erläutert.
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Fig. i zeigt in vereinfachter Darstellung das Schaltungsbild der Einrichtung
der Hauptstelle mit den Kanälen I bis IV für vier Nebenstellen; Fig. 2 zeigt das
Schaltungsbild der zugehörigen Nebenstelle II mit dem. Teilnehmeranschluß II a;
Fig. 3 zeigt den zugehörigen Impulszeitplan für den Verkehr bei einer Entfernung
von etwa 5 km zwischen der Hauptstelle und einer Nebenstelle; Fig. q. zeigt-für
ein anderes Ausführungsbeispiel das Schaltungsbild der Einrichtung der Hauptstelle
mit den Kanälen I bis III von insgesamt neun Kanälen für neun Nebenstellen; Fig.
5 zeigt das Schaltungsbild der zugehörigen Einrichtung der Nebenstelle II mit dem
Teilnehmeranschluß II a; Fig. 6 zeigt den zugehörigen Impulszeitplan für den Verkehr
bei einer Entfernung von etwa io km zwischen Hauptstelle und Nebenstelle.
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Bei der Anlage nach Fig. i und 2 erzeugt in der Hauptstelle ein durch
den Quarz Q gesteuerter Impulsgenerator PG Impulse mit einer Dauer von z. B. 1,5
,us und einer Impulsfolge von z. B. 5 ,us. Diese Impulse gelangen einerseits auf
die Modulatoren PM i, PH 2... der einzelnen Kanäle I bis IV, andererseits
an den Frequenzteiler TL, der sie im Verhältnis 4ö : z geteilt auf die Verzögerungsleitung
VZ und an den Leitimpulsverstärker LIT weitergibt, der eine Impulsdehnung auf z.
B. 5 ,us vornimmt. Es gelangt also nach je Zoo ICs ein Impuls von 1,5 ,us an den
Eingang der Verzögerungsleitung VL und außerdem ein Impuls von 5 ICs über LITT an
den Sender S, der diese Impulse als -Leitimpulse mit andauernder Folge auf einer
Welle mit der Frequenz f i ausstrahlt.
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Die Verzögerungsleitung VZ ist mit Abgriffen entsprechend den den
Kanälen I bis IV und den zugehörigen Nebenstellen zugeordneten Impulssendetakten
t
i, t2, t3 und t q. ausgerüstet, die zu je einem der Impulsmodulatoren PH geführt
sind.
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Es folgen weitere Abgriffet 5 bis t8, die den Empfangstakten der Kanäle
I bis IV bzw. den Sendetakten der zugehörigen Nebenstellen entsprechen und über
je einen Impulsdehner ID, welche die Impulse auf etwa 36 ; zs verlängern, an die
zugehörigen Impulsdemodulatoren PD angeschlossen sind, deren Aufgabe später erläutert
wird.
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Die Abgriffe ti bis tq_ sind bei dem gewählten Beispiel in der Impulsfolge
von 5 ,us gestaffelt. Der Abstand t5 bis tq. entspricht etwa io ,us, während die
folgenden Abstände der Abgriffe t6, t7
und t 8 je 40 ,us betragen.
Der Abstand t 5 bis tq. ist so gewählt, um bei dem Übergang von Senden auf
Empfang in der Hauptstelle eine gewisse Zeitsicherheit zu gewährleisten.
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Die Kanäle I bis IV sind über eine Gabelverstärkerschaltung G bekannter
Art mit den Modulatoren PII bzw. den Demodulatoren PD verbunden. Den Modulatoren
P 31 wird bei na die Modulationsspannung zugeführt und je nach dem
gewählten Modulationsverfahren dem bei st zugeführten Impuls aufgeprägt. Durch den
bei z zugeführten Impuls wird der Modulator nur in dem gewünschten Zeittakt wirksam,
während er in allen übrigen Zeiten verriegelt ist. Bei a wird schließlich der im
richtigen Zeittakt auftretende modulierte Impuls auf den Sender gegeben.
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Der auf einer Welle mit der Frequenz f i empfangende Empfänger E der
Hauptstelle führt alle empfangenen Impulse an die Eingänge e aller Demodulatoren
PD. Jedem Demodulator wird bei z
ein Impuls zugeführt, der ihn nur mit der
gewünschten Taktbreite wirksam macht, so daß bei a der im richtigen Takt auftretende
demodulierte Impuls in die Gabelschaltung G des betreffenden Kanals geleitet wird.
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Die Aufgabe der Impulsdehner ID ergibt sich daraus, daß wegen der
endlichen Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen im Raume mit einer zeitlichen Verschiebung
gerechnet' werden muß, die von der jeweiligen Entfernung zwischen Hauptstelle und
Nebenstelle abhängig ist und in Fig. 3 durch strichpunktierte Linien und durch Pfeile
veranschaulicht wird. In dem gewählten Beispiel wird der Leitimpuls in der Nebenstelle
mit einer Verzögerung von 16 ,us empfangen, so daß der Antwortimpuls der Nebenstelle
in der Hauptstelle um 32,us später eintrifft, als er bei der Entfernung Null eintreffen
würde.
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Die zugehörigen Nebenstellen (Fig.2) sind bis auf die Zeiteinstellung
der betreffenden Verzögerungsleitung gleich aufgebaut. Beispielsweise empfängt die
Nebenstelle II die Welle der Hauptstelle in dem Empfänger E2, die einerseits über
den Leitimpulsfilter LIF dem Eingang der Verzögerungsleitung VL 2 und andererseits
über ein Impulssieb IS dem Demodulator PD zugeführt wird. Der Leitimpulsfilter ist
so eingerichtet, daß er nur den durch seine Breite von den anderen Impulsen unterschiedenen
Leitimpuls durchläßt. In dem nacheilenden Zeittakt t2- wird daher der Demodulator
PD wirksam, so daß der diesem Takt entsprechende Signalimpuls demoduliert an den
Teilnehmeranschluß Ha, geleitet wird.
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Die Antwort der Nebenstelle II wird gegeben, indem aus der Verzögerungsleitung
VZ 2 über den Abgriff t6 und einen zwischengeschalteten Impulsentzerrer PE
im Takt t6 ein Impuls an den Impulsmodulator PM gelangt, der seine Modulation von
dem Teilnehmer II a erhält und über den Sender S2 auf derselben Welle f i ausgestrahlt
wird.
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In den Fällen, wo mit der Möglichkeit zu rechnen ist, daß der räumliche
Abstand zwischen zwei Nebenstellen größer ist als die vorgesehene Höchstentfernung
zwischen der Hauptstelle und einer Nebenstelle, empfiehlt es sich, die von den Nebenstellen
ausgesendeten Impulse kürzer zu wählen als die Signalimpulse der Hauptstelle. Wird
dann z. B. durch Einschaltung eines Impulsentzerrers PE dafür gesorgt, daß die von
der Nebenstelle gegebenen Signalimpulse erheblich kürzer sind als die Signalimpulse
der Hauptstelle, und wird weiterhin in der Nebenstelle ein Impulssieb
IS eingeschaltet, das nur Impulse von mindestens der Dauer der von der Hauptstelle
aus gesendeten Signalimpulse durchläßt, kürzere Impulse jedoch zurückhält, so können
gegenseitige Störungen zweier Nebenstellen nicht auftreten.
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Die Anlage nach Fig. q. und 5 arbeitet im Gegensatz zu dem oben beschriebenen
Beispiel auf zwei Wellen. Damit wird erreicht, daß sie für eine größere Reichweite
und für eine erheblich größere Zahl von Nebenstellen anwendbar ist. Die Einrichtung
der Hauptstelle entspricht einschließlich der Impulsdehner ID im wesentlichen derjenigen
der Fig. i. Abweichend von dieser ist jedoch die Verzögerungsleitung VZ (Fig. d.)
so geschaltet und bemessen, daß im Takt to der. Leitimpuls, in den Takten
t i, t 3, t 5. . . t 17 die Signalimpulse der Kanäle I his IX gesendet
und in den Takten t2, t.I t 6 ... t 18 die Signalimpulse der verschiedenen,
insgesamt neun Nebenstellen empfangen werden.
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Bei dem dargestellten Beispiel wurde bei einer Impulsfolgefrequenz
von ioo kHz ein Abstand der von der Hauptstelle gesendeten Signalimpulse von io
ics gewählt. Durch den Impulsteiler TL werden im Verhältnis io : i Leitimpulse
im Abstand von ioo,us gebildet und über den Leitimpulsverstärker LIV in der oben
beschriebenen Weise auf den Sender S gegeben, der sie auf der Welle mit der Frequenz
f 2 abstrahlt. Die Zeitabgriffe der Verzögerungsleitung VL sind so gewählt, daß
t i bis to = io,us, während die übrigen Abgriffe mit gleichen Abständen von
5,us gestaffelt sind. Wie aus dem Impulszeitplan der Fig. 6 hervorgeht, folgt also
immer je einem Sendetakt der zu derselben Nebenstelle gehörende Empfangstakt.
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Auch die Einrichtung der Nebenstellen entspricht im wesentlichen derjenigen
der Fig. 2. Abweichend davon ist an die Verzögerungsleitung T'L (Fig. 5) ein Verzögerungsregler
VR angeschlossen, der von Hand z. B. zwischen den Laufzeiten t = o und
t = ioolis eingestellt werden kann. Der aus VR austretende Impuls wird durch
den Impulsentzerrer
PE auf 1,5 ,us Dauer"d. h. auf :die Dauer der
Signalimpulse der Hauptstelle verkürzt und dem Modulator PM zugeführt, von wo er
moduliert über den Sender S2 auf der Welle f r abgestrahlt i wird.
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Um: zu erreichen, daß bei der jeweiligen räumlichen Entfernung zwischen
Hauptstelle und Nebenstelle der Sendeimpuls der Nebenstelle jeweils im richtigen
Takt zur Hauptstelle gelangt, d. h. in dem Zeitpunkt, in welchem die Empfangseinrichtung
des entsprechenden Kanals in der Hauptstelle empfangsbereit ist, kann bei dem betrachteten
Beispiel jeder Nebenstelle eine Kennfrequenz zugeordnet werden, die außerhalb des
Sprachfrequenzbandes liegt, z. B. 2,7 kHz, und von dem Kennfrequenzgeneratar KfG
dem Signal zugefügt Wird. Diese Kennfrequenz wird von der Hauptstelle empfangen
und ihrem Takt entsprechend dem betreffenden Kanal zugeleitet (Fig.4). Dreht man
jetzt in der Nebenstelle an dem Verzögerungsregler T112, so schiebt man den ausgesendeten
Signalimpuls über die Takte sämtlicher Empfangskanäle der Hauptstelle hinweg. Stimmt
nun z. B. die Kennfrequenz der Nebenstelle II mit dem Kennfrequenzfilter
h f 2
des Kanals II der Hauptstelle überein, so wird diese Kennfrequenz, da
sie von dem Filter h f 2
durchgelassen wird, dem Signal des Kanals II überlagert
und mit ihm über den Sender der Hauptstelle ausgesandt und von der Nebenstelle wieder
empfangen. Die Kennfrequenz tritt dann in der Nebenstelle hinter dem Demodulator
PD (Fig. 5) wieder auf und wird in dem Kennfrequenzmelder KfM wahrnehmbar. Dieser
zeigt somit an, daß der gesendete Impuls der Nebenstelle in dem zugehörigen Kanal
der Hauptstelle richtig empfangen wird. Der Kennfrequenzmelder kann auch dazu -benutzt
werden, um die Sprech- und Hörorgane des Teilnehmers der betreffenden Nebenstelle
selbsttätig einzuschalten. Es wird hierdurch also verhindert, daß eine Nebenstelle
in den falschen Kanal der Hauptstelle spricht.
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Zur Aufnahme der Verbindung braucht somit der Nebenstellenteilnehmer
an dem Verzögerungsregler T112 nur zu drehen, bis die Verbindung durch den Kennfrequenzmelder
freigegeben wird. Die Kennfrequenz wird an beiden Endstellen durch (nicht dargestellte)
Filter ferngehalten und während des Gespräches von den Teilnehmern daher nicht wahrgenommen.
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Der Impulszeitplan der Fig. 6 läßt denn gesamten Übertragungsvorgang
für die Nebenstelle II bei einer Entfernung von ro km erkennen. Der Sender der Hauptstelle
sendet auf der Frequenz f:2 den Leitimpuls L I von einer Dauer von 5,us und daran
anschließend die den Kanälen I bis IX und den zugehörigen neun Nebenstellen entsprechende
Serie von neun Signalimpulsen von je 1,5 ;us Dauer, die der Reihe nach den einzelnen
Kanälen zugeordnet sind. Nach roo ;us folgt die gleiche Impulsgruppe usw. Die Nebenstelle
II empfängt diese Impulse, bedingt durch die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle
im Raume, um etwa 35,us später. Durch die Verzögerungsleitung der Nebenstelle II
ist der Zeitpunkt der Empfangsbereitschaft, hinter dem Leitimpuls folgend, eindeutig
festgelegt, so daß nur der von dem Kanal II ausgesandte Impuls demoduliert wird.
Um den eigenen Signalimpuls im richtigen Takt in den Kanal II der Hauptstelle gelangen
zu lassen, wird der Verzögerungsregler der Nebenstelle auf eine Verzögerung tv von
etwa 6o ,us eingestellt. Dabei ergibt sich, daß die Signalimpulse der Nebenstelle
zeitlich erst in der darauffolgenden Impulsgruppe in der Hauptstelle empfangen werden.
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Die: Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispielebeschränkt,
vielmehr läßt sich das Verfahren der Erfindung auch in anderer Weise verwirklichen.
So könnte man z. B. bei der Ausführungsform nach Fig. 4 bis 6 unter Beschränkung
der Kanalzahl die größere Reichweite auch auf einer einzigen Welle, wie bei der
Ausführungsform nach Fig. r bis 3, erreichen. Man könnte beispilelsweise mehrere
Nebenstellen auf demselben Signaltakt arbeiten lassen und, falls erforderlich, ein
gegenseitiges - Mithören verhindern, indem mit Hilfe der Kennfrequenz der betreffende
Signaltakt, wenn eine Nebenstelle auf ihm spricht, für die übrigen Nebenstellen
belegt wird. Auch könnte man die Kennfrequenz zum Anruf einer Nebenstelle von der
Hauptstelle aus benutzen.
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Bei einem Verkehr mit sehr, kurzen Wellen von begrenzter Reichweite
empfiehlt es sich, das zu erfassende räumliche Gebiet in mehrere räumliche Zonen
aufzuteilen, wobei in benachbarten Zonen der Verkehr mit verschiedenen Trägerfrequenzen
bzw. Trägerfrequenzpaaren durchgeführt wird. Die zeitliche Verteilung der Sende-
und Empfangstakte kann in mannigfacher Weise gewählt werden. So könnte bei einer
Ausführung nach Fig. 4 bis 6 die Übertragung der Signalimpulse unter Umständen in
beiden Richtungen auch auf denselben Zeittakt gelegt werden.
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Ferner könnte man bei dieser Ausführung in den Nebenstellen den Verzögerungsregler
mit Hilfe von an sich bekannten Regelanordnungen selbsttätig arbeiten lassen, so
daß er sich der jeweiligen Entfernung entsprechend auf den richtigen Wert der Verzögerungszeit
einstellt.