FI65743B - Radiosystem - Google Patents

Description

Γ1 .... KUULUTUSJULKAISU , r η λ -r

Mj ™ (11) UTLÄCCNINCSSKRIFT 6574 3 V91K C /4« Patentti nySnnotty 10 07 1934 ' ' Patent meddelat ^ (51) Ky.llu/Intel.3 B 61 L 3/22, H 04 B 7/26 SUOMI—FINLAND (21) iWttii»**niw-ht«c«n^ii*e 772876 (22) HakemtapWv·—Ai»6fcnlnpd>f 29.09.77 'ΡΙ' (23) ANatplM—GlMghMdag 29-09-77 (41) Tullut |uikiMk*i—mivit offtntiia 31.03.78

Patentti- ja rekisteri hallitu· _ ________ ,_. . . ftl . - t. ._, (44) NlMMtaipseon |e keeLfuNialtee bum.— 30.03.84

Petent- och refisterstyreleen v ’ AnXHwi utl^d od> utiunft- pe&eecsd J J

(32)(33)(31) Pyydetty μμΝμμ—tegM yrlorttec 30.09-76

Saksan Li ittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) P 2644206.8 (71) Siemens Aktiengesel Ischaft, Berl in/Milnchen, DE; Wittelsbacher-platz 2, D-8000 Miinchen 2, Saksan Li i ttotasaval ta-Förbundsrepubl iken Tysk)and(DE) (72) Friedbert Becker, Miinchen, Peter Kloeber, Miinchen,

Johann Albert Steinkamp, Miinchen, Saksan L ί i ttotasaval ta-Förbundsrepubl iken Tyskland(DE) (74) Berggren Oy Ab (54) Radiojärjestelmä - Radiosystem

Keksintö kohdistuu radiojärjestelmään tietojen siirtämiseksi pitkin määrättyjä ratoja liikkuvien lähetys-vastaanottoasemien ja pitkin näitä ratoja määrätyin välein sijoitettujen molempiin radan suuntiin toimivien lähetys-vastaanottoasemien välillä, jossa yhden rataosan asemat ovat yhteydessä keskuslähetysvastaanotto-asemaan ja osiin jaettua rataa pitkin tapahtuu taajuuden vaihtoa.

Tämän kaltaisilla radiojärjestelmillä on merkitystä erikoisesti kiskoliikenteessä. Olemassa olevien rataverkkojen taloudellinen kuormittaminen ja tällöin tavoitteena oleva suuri junien vuorotiheys suurella nopeudella edellyttää lisääntyvää tietojen ja signaalien siirtoa junien ja kiinteiden ratalaitteiden välillä.

Julkaisusta "Elektrische Bahnen" 44 (1973) Heft 4, s. 83-92 on tunnettua siirtää informaatiota niin sanottujen linjajohdinjärjestel-mien avulla. Linjajohdinjärjestelmässä radalle asetetaan induktiivisia johdinsilmukoita, jotka toimivat kiinteiden asemien lähetys-vastaanottoantenneina. Informaation siirto junissa olevien siirtyvien lähetys-vastaanottoasemien ja näiden kiinteiden asemien välillä tapahtuu taajuusavainnuksella 50 kHz:n taajuusalueella, jolloin suurin siirtonopeus rajoittuu noin 1200 baudiin. Tämän infor- 2 65743 maatiovirran rajoituksen lisäksi linjajohdinjär jestelmän suurena haittana on se, että jondinsilmukat ovat etenkin kiskotustöissä suuressa määrin alttiina vaaralle vaurioitua mekaanisesti.

Edellä kuvatussa radiojärjestelmässä vältetään mekaanisen vaurioitumisen vaara siten, että induktiosilmukoiden avulla tapahtuva siirto jää pois ja informaatio siirretään keskenään yhteydessä olevien asemien välillä radion välityksellä. Tällaiset järjestelmät ovat aikaisemmin tunnettuja esimerkiksi julkaisusta ETR, Heft 10, Oktober 1971, s. 402-441. Käytetyt taajuudet ovat 1 GHz:n alapuolella olevalla alueella. Lähetetun säteilyn suuntausta, joka olisi rataan liittyvien tiedonsiirtojärjestelmien kannalta sopivaa, ei tällä taajuusalueella voida toteuttaa riittävästi. Tästä on seurauksena keskinäisten häiriöiden vaaran kasvaminen tällä taajuusalueella toimivien radiojärjestelmien välillä. Lisäksi tällä alueella käytettävissä olevien taajuuksien niukkuus aiheuttaa huomattavia vaikeuksia verkkojen rakentamisessa. Keskenään liikennöivien asemien lähettämän säteilyn suuntaamisen vaikeudesta on lisäksi seurauksena myös paljon useampia määrätyn yhteyssuunnan ulkopuolella syntyviä heijastuksia vuorista, rakennuksista, puista jne. Suoran ja heijastuneen säteen interferointi aiheuttaa vastaanottopaikalla ajoittain hyvin syviä ja mahdollisesti ainakin osittain pitkin rataa kulkevia vastaanottotason häipymiskohtia. Näiden ilmiöiden vuoksi on siirtyvillä asemilla joskus käytettävä hyvin kallista vastaan-ottotekniikkaa (diversity-tekniikkaa).

Keksintö perustuu tehtävään saada aikaan johdannossa esitetylle radiojärjestelmälle uusi ratkaisu, jolla toisaalta on radiojärjestelmän edut linjajohdinjärjestelmään verrattuna ja jolla lisäksi vältetään tunnetuissa radiojärjestelmissä esiintyvät riittämättömästä suuntauksesta johtuvat vaikeudet.

Tämän tehtävän ratkaisemiseksi on keksinnölle tunnusomaista, että peräkkäisten pääteasemina toimivien asemien väliset rataosat on jaettu alaosiin väliasemien avulla, että lisäksi kulloinkin keskusasemaan liitetyt pääasemat on yhdistetty niitä lähinnä oleviin väliasemiin siirtoväleiksi ja että väliasemat yhdessä niihin kuuluvien pääasemien kanssa ja pääasemat toimivat vasta-asemina siirtyvien asemien kanssa tapahtuvassa signaalien vaihdossa, että kaikilla siirtoväleillä käytetään vain kahta paria erilaisia lähetys-vastaan-ottotaajuuksia yli 1 GHZ:n alueella, jotka peräkkäisten siirtoväli- 3 6 5 7 4 3 en erottamiseksi toisistaan vuorottelevat rataa pitkin siirtovälis-tä toiseen, ja että siirtyvissä asemissa on taajuudenvaihtolaite automaattista taajuusparin vaihtamista varten niiden siirtyessä seuraavalle siirtovälille.

Kuten monet keksinnön pohjana olevat tutkimukset ja radalla suoritetut mittaukset ovat osoittaneet, voidaan lähetetty säteily yli 1 GHz:n lähetys- ja vastaanottotaajuuksia käytettäessä suunnata hyvin suhteellisen pienillä kustannuksilla. Sen lisäksi, että tämän seurauksena ei-halutut heijastukset vähenevät voimakkaasti, päästään myös oleellisesti optiseen näköyhteyteen rajoittuneeseen, säteilyn taipumisilmiöstä oleellisesti vapaaseen signaalin siirtoon. Tällöin ei toisin sanoen käytännöllisesti katsoen esiinny lainkaan niitä vaikeuksia, jotka liittyvät ns. ylipitkien yhteyksien esiintymiseen.

Ensimmäisen edullisen suoritusmuodon mukaan signaalien siirto pää-aseman ja siihen kuuluvien väliasemien välillä suoritetaan yhdys-kaapelin välityksellä ja nimenomaisesti pääaseman tulo- tai lähtö-liitännän ja väliasemien lähtö- tai tuloliitäntöjen rinnankytken-nän muodossa.

Keksinnön kohteen eräässä toisessa edullisessa suoritusmuodossa on väliasemat tehty toistinasemiksi ja ne toimivat niihin kuuluvaan pääasemaan johtavina ja sieltä lähtevinä signaalinsiirtoket-juina.

Erityisen hyvät käyttöolosuhteet saadaan, kun kahden peräkkäisen aseman keskinäinen, optisen näköyhteyden takaava etäisyys radalla on keskimäärin 1 km ja kun kahden peräkkäisen pääaseman keskinäinen etäisyys on keskimäärin 10 km. Tällöin signaalin siirto tapahtuu radiotaajuustasossa alueella 10-40 GHz.

Signaalien siirto siirtyvien asemien ja siirtoväleinä toimivien pää- ja väliasemien välillä tapahtuu käyttämällä aikajakokanavoin-titekniikkaa monipääsyisenä, jolloin käytetään kiinteitä aikakehyksiä ja osoite - kanavasynkronointia.

Tällä tavoin voidaan päästä suureen siirrettävän informaation tiheyteen ja optimaaliseen joustavuuteen ajallisesti vaihtelevien infor- 4 65743 maatiomäärien suhteen. Tällöin osoite voi toimia sekä paikka-että yksittäisosoitteena.

Tässä yhteydessä on myös edullista suorittaa signaalin siirto digitaalisesti esimerkiksi vaihe- tai taajuusavainnetun kantoaallon muodossa.

Koska 1 GHz:n yläpuolella olevalla taajuusalueella ei käytännöllisesti katsoen esiinny lähetetyn säteilyn aaltorintaman taipumisesta aiheutuvia ylipitkiä yhteyksiä, voidaan erittäin edullisella tavalla kaikilla siirtoväleillä käyttää vain kahta paria erilaisia lähetys-vastaanottotaajuuksia. Tällöin peräkkäiset siirtovälit radalla on erotettu toisistaan vuorottelemalla molempia taajuuspareja siirtovä-listä toiseen. Siirtyvissä asemissa on taajuudenvaihtolaite automaattista taajuusparin vaihtamista varten niiden siirtyessä seuraavalle siirtovälille.

Taajuudenvaihtolaite voi käyttää vaihdon kriteeriona vastaanotto-tasoa. Sen sijasta taajuudenvaihtolaitetta voi edullisesti ohjata ulkoinen vaihtokytkentäelin, esimerkiksi kahden siirtovälin rajalle radalle sijoitettu ohjaussignaalin antolaite.

Keksintöä selitetään vielä seuraavassa lähemmin piirustuksessa esitettyihin suoritusesimerkkeihin liittyen. Piirustuksessa esittää kuvio 1 kaaviollisena esityksenä keksinnön mukaisen radiojärjestelmän ensimmäistä suoritusmuotoa, kuvio 2 kaaviollisena esityksenä keksinnön mukaisen radiojärjestelmän toista suoritusmuotoa, kuvio 3 tyypillistä vastaanottotasodiagrammia kuvioiden 1 ja 2 mukaiselle radiojärjestelmälle.

Kuvion 1 radiojärjestelmä on jaettu pitkin siirtomatkaa S siirtovä-leihin UA. Jokaisella siirtovälillä on pääasema HS, joita on pitkin rataa noin 10 km:n välein. Pääasemat HS on puolestaan yhdistetty keskusasemaan ZT johtojen tai radion välityksellä. Pääasemien HS välillä on väliasemia, nimittäin toistinasemia RS, jotka liittyvät niitä lähimpänä olevaan pääasemaan HS ja muodostavat yhdessä tämän kanssa siirtovälin UA. Signaalinsiirto tapahtuu digitaalisesti. Informaatiovirran laajuus on noin 10 kbittiä. Käyttämällä 5 65743 siirtovälillä UA kulkuaikakorjausta informaatiovirta voidaan kohottaa korkeintaan 30 kbittiin.

Pääasemaan HS liittyvät toistinasemat RS muodostavat niihin kuuluvaan pääasemaan HS johtavan ja siitä lähtevän signaalinsiirtoket-jun »joka samalla toimii yhdessä pääaseman HS kanssa vasta-asemana kulkuvälineeseen FZ sijoitetun piirtyvän aseman BS, jossa on taajuuden vaihtolaite FU, kanssa tapahtuvassa signaalinsiirrossa.

Tämän vuoksi pääasemissa HS ja toistinasemissa RS on kummassakin « * siirtosuunnassa lähetin ja vastaanotin. Kahden siirtovälin UA välisissä rajakohdissa olevat toistinasemat RS eroavat muista toistin-asemista RS siten,että kumpikin näiden toistinasemien lähetin-vastaanotinpareista käyttää lähetys- ja vastaanottosuunnasta riippuen eri taajuusparia. Sama pitää paikkansa kahden peräkkäisen pääaseman suhteen.

Pääasemat HS eroavat toistinasemista RS lisäksi siten,että ne on kytketty lisäksi keskusasemaan ZT informaationvaihtoa varten. Pää-asema HS säteilee keskusasemalta tuodun informaation molempiin suuntiin seuraaville toistinasemille, jotka tämän jälkeen lähettävät sen eteenpäin siirtoketjun järjestelyä vastaavasti. Siirtyvän aseman BS lähettämä informaatio johdetaan sitä lähimpänä olevan toistinaseman kautta pääasemalle HS ja sieltä keskusasemalle ZT. Jos siirtyvää asemaa BS lähinnä oleva asema on pääasema HS, informaatio siirretään välittömästi pääaseman kautta edelleen keskusasemalle ZT. Pääasemien ja toistinasemien rakenne voidaan toteuttaa tavanomaisella tekniikalla, siten kuin on kauan ollut tunnettua radiolinkki jänteiden toistinasemien yhteydestä. ModuLaatiotekniik-ka voi olla analoginen tai digitaalinen. Edullisimmin käytetään digitaalista tekniikkaa ja nimenomaan taajuus- tai vaiheavainnetun kantoaallon muodossa. Tässä yhteydessä viitataan vain esimerkinomaisesti julkaisuun William R. Bennett, James R. Davey: "Data Transmission", McGraw-Hill Book Comp., New York, San Fransisco, Toronto, London, Sydney, Inter-University Electronics Series Vol. 2, 1965, joka sisältää laajan kuvauksen tästä tekniikasta.

Kuvion 2 mukainen suoritusesimerkki eroaa kuvion 1 suoritusesimer-kistä siten,että tässä pääaseman HS liittyvät väliasemat ZS, joissa on lähetin-vastaanotinlaitteet S/E, saavat lähetettävän informaationsa yhdyskaapelin K kautta ja samoin antavat kulkuvälineen FZ

6 65743 siirtyvältä asemalta BS vastaanotetun informaation pääasemalle HS saman kaapelin välityksellä. Tällöin on kaikki pääasemaan HS liittyvien väliasemien ZS lähtöliitännät kytketty rinnan pääaseman tuloliitäntään. Vastaava pitää paikkansa väliasemien tuloliitäntö-jen ja pääaseman lähtöliitännän suhteen. Muuten on samat osat ja käsitteet kuin kuviossa 1 varustettu samoilla viitemerkeillä, joten kuvion 2 suoritusesimerkin tarkempi selitys on tarpeetonta.

Kuten on jo esitetty, keksinnölle on ennen kaikkea ominaista yli 1 GHz:n kantoaaltotaajuuksien käyttö. Tällä taajuusalueella vallitsee lisääntyvästi kvasioptiset etenemisolosuhteet, joten pitkin rataa olevien peräkkäisten kiinteiden asemien on toimittava optisella näköyhteydellä ja lisäksi sadevaimennuksen huomioon ottaen riittävällä tasoreservillä. Tutkimukset Saksan Liittotasavallan rataverkossa ovat osoittaneet, että sadevaimennuksen ja radan kulun huomioonottaen saadaan kahden peräkkäisen kiinteän aseman tyypilliseksi väliksi 0,5-1 km.

Kuvio 3 esittää tyypillistä vastaanottotason Pe kulkua taajuusalueella 20-30 GHz etäisyyden E funktiona. Lähialueella, etäisyydelle 500 m asti, voidaan havaita erittäin voimakkaita minimejä (15-25 dB), jotka syntyvät suoran ja maasta heijastuneen säteen in-terferoidessa. Välialueella (0,5-1,5 km) nämä tasominimit ovat vielä 10-15 dB, koska tällöin suoraan säteeseen summautuu yhä suurempi epäsuoran säteilyn osa. Kaukoalueella, yli 1,5 km, tulevat taso-vaihtelut yhä pienemmiksi, mitattu käyrä (yhtenäinen viiva) lähestyy teoreettista etenemiskäyrää (katkoviiva). Koska käytettävissä oleva vastaanottoreservi joka tapauksessa riittää lähi- ja välialueella tasoittamaan nämä tasominimit, voidaan ehdotetulla järjestelmällä taata luotettava tietojen siirto.

Heti kun kahden välillään signaalia siirtävän aseman väliltä katoaa optinen näköyhteys, antennien voimakkaasta suuntaavuudesta ja lähetetyn säteilyn vähäisestä taipumispyrkimyksestä johtuen vastaan-ottotaso putoaa nopeasti mitättömän pieneen arvoon. Kuvion 3 taso-diagrammissa on osoitettu tämä voimakas lasku katkoviivalla esitetyn minimitason Pmin alapuolelle.

Claims (5)

65743 7

1. Radiojärjestelmä tietojen siirtämiseksi pitkin määrättyjä ratoja liikkuvien lähetys-vastaanottoasemien ja pitkin näitä ratoja määrätyin välein sijoitettujen molempiin radan suuntiin toimivien lähetys-vastaanottoasemien välillä, jossa yhden rataosan asemat ovat yhteydessä keskuslähetysvastaanottoasemaan ja osiin jaettua rataa pitkin tapahtuu taajuuden vaihtoa, tunnettu siitä, että peräkkäisten pääteasemina (HS) toimivien asemien väliset rataosat on jaettu alaosiin väliasemien (ZS, RS) avulla, että lisäksi kulloinkin keskusasemaan (ZT) liitetyt pääasemat on yhdistetty niitä lähinnä oleviin väliasemiin siirtoväleiksi (UA) ja että väliasemat (ZS, RS) yhdessä niihin kuuluvien pääasemien (HS) kanssa ja pääasemat toimivat vasta-asemina siirtyvien asemien (BS) kanssa tapahtuvassa signaalien vaihdossa, että kaikilla siirtovä-leillä käytetään vain kahta paria erilaisia lähetys-vastaanottotaa-juuksia yli 1 GHZ:n alueella, jotka peräkkäisten siirtovälien (UA) erottamiseksi toisistaan vuorottelevat rataa pitkin siirtovälistä toiseen, ja että siirtyvissä asemissa (BS) on taajuudenvaihtolaite (FU) automaattista taajuusparin vaihtamista varten niiden siirtyessä seuraavalle siirtovälille.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen radiojärjestelmä, tunnet-t u siitä, että signaalien siirto pääaseman (HS) ja siihen kuuluvien väliasemien (ZS) välillä suoritetaan yhdyskaapelin (K) välityksellä ja nimenomaisesti pääaseman tulo- tai lähtöliitännän sekä väliasemien lähtö- tai tuloliitäntöjen rinnankytkennän muodossa.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen radiojärjestelmä, tunnet-t u siitä, että väliasemat on tehty toistinasemiksi (RS) ja ne toimivat niihin kuuluvaan pääasemaan (HS) johtavina ja sieltä lähtevinä signaalinsiirtoketjuina.

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen radiojärjestelmä, tunnettu siitä, että signaalin siirto siirtyvän aseman (BS) ja siirtoväleinä toimivien pää- ja (HS) ja väliasemien (ZS, RS) välillä tapahtuu käyttämällä aikajakokanavointitekniikkaa monipääsyisenä, jolloin käytetään kiinteitä aikakehyksiä ja osoite-kanavasynkronointia.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen radiojärjestelmä, tunnettu siitä, että taajuudenvaihtolaitetta (FU) ohjaa ulkoinen vaihtokytkentäelin. 65743 8