NO146342B - Mikroboelge-dupleksradiosystem - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et mikrobølge-dupleksradiosystem til å overføre analoge og digitale data mellom sende-mottagningsstasjoner som beveger seg langs forutbestemte strekninger, og sende-mottagningsstasjoner (mellomstasjoner) som er anordnet i forutbestemte avstander langs disse strekninger og er virksomme i begge strekningsretninger, hvor der i de enkelte stasjoner finnes en sende- og mottagningsgren med en felles mikrobølgeoscillator og en mikrobølgeblander, hvor de enkelte grener er koblet via en sirkulator, samt hvor stasjonene på en strekning står i forbindelse med en sentral sende-mottagningsstasjon.

Radiosystemer av denne art får særlig betydning ved skinne-trafikk. Den økonomiske utnyttelse av eksisterende banenett og den i den forbindelse tilstrebede høye trafikktetthet med høye hastigheter krever en stadig mer omfattende utveksling av data og signaler mellom togene og de stasjonære innretninger på strek-ningene .

Fra tidsskriftet "Elektrische Bahnen" 44 (1973), hefte 4, . side 83 til 92 er det kjent å gjennomføre utvekslingen av informasjoner ved hjelp av et såkalt linjeledersystem. Ved et linjeledersystem blir der i området for sporene anbragt induktive trådsløyfer som virker som sende-mottagningsantenner for de stasjonære stasjoner. Overføringen av informasjoner mellom de bevegelige sende-mottagningsstasjoner på kjøretøyene og disse stasjonære stasjoner skjer ved frekvensomtasting i frekvensområdet omkring 50 kHz og med en maksimal overføringstakt begrenset til ca. 1200 baud. Bortsett fra denne begrensning av informasjons-strømmen har linjeledersystemet den store ulempe at trådsløyfene særlig ved arbeider på banelegemene i høy grad er utsatt for faren for mekanisk skade.

Ved et slikt radiosystem lar faren for mekanisk skade seg forhindre ved at man gir avkall på overføring ved hjelp av induktive sløyfer og lar de kommuniserende stasjoner utveksle sine informasjoner over radio. Slike systemer er f.eks. kjent fra tidsskriftet ETR (Eisenbahntechnische Rundschau), hefte 10, ok-tober 1971, side 402 til 411.

I en eldre patentsøknad har søkerne foreslått et radiosystem som er forbedret like overfor disse kjente systemer, og hvor strek-ningsavsnittene mellom suksessive stasjoner som utgjør hoved stasjoner, er oppdelt ved hjelp av mellomstasjoner, hovedstasjonene er sammenfattet med de respektive nærmestliggende mellomstasjoner til overføringsavsnitt, og mellomstasjonene sammen med de tilhørende hovedstasjoner, såvel som hovedstasjonene utgjør motståsjonene for signalutvekslingen med de bevegelige stasjoner .

Fra publikasjonen "Technische Mitteilungen" fra AEG-Telefunken, 67 (1977) 2, side 111 til 112 er der kjent et målesystem til avstandsmåling med radioapparater som arbeider med frekvens-modulerte millimeterbølger. Ved denne innretning( som er av en annen art enn den som den foreliggende oppfinnelse befatter seg med, blir der for radarteknisk bestemmelse av avstander foretatt en måling av frekvensendring som funksjon av gangtid. Det mottatte signal utgjøres av det egne utsendte og reflekterte sende-signal.

Publikasjonen "Zugfunk" fra AEG-Telefunken NI/WB 274 gir et overblikk over hvorledes dagens togradiosystem er kommet i stand. Fra publikasjonen er det bare kjent å anordne to antenner 180° innbyrdes forskutt med hensyn til stråleretning.

Til frekvensstabiliteten av mikrobølge-oscillatoren blir

der stillet strenge krav som skyldes nødvendigheten av økonomisk utnyttelse av frekvensbåndene og de krav som på mottagningssiden stilles til mellomfrekvens-filterkomponentene med hensyn til mellomfrekvens-båndbredder.

Til grunn for oppfinnelsen ligger den oppgave for et mikro-bølge-dupleksradiosystem av den innledningsvis angitte art å gi

anvisning på en løsning for en teknisk enkel og omkostningsmessig gunstig oppbygning av sende-mottagningsinnretningen på stasjonære og bevegelige stasjoner. Stabiliseringen av mikrobølge-oscillatoren i sende-mottagningsinnretningens sendegren skal i den forbindelse kunne gjennomføres på enkel måte.

Denne oppgave blir ifølge oppfinnelsen løst på den måte at

den for sende- og mottagningsgren felles mikrobølgeoscillator med en stabiliseringskobling er innkoblet i sendegrenen med en modulasjonsinngang, at sirkulatorens tredje arm;som ligger mellom de med sendegrenen og mottagningsgrenen forbundne armer, via en 3-dB-kobler er forbundet med to antenner som er forskutt 180° med hensyn til stråleretning, og at et med sirkulatorens avkoblings-

dempning minsket signal fra mikrobølgeoscillatoren via sirkulatorens avkoblede gren tilføres den i mottagningsgrenen anordnede mikrobølgeblander og omsettes med mottatningssignalet til mellomfrekvensen, som tilføres en etterfølgende forsterker og demodulator hvis utgangssignaler ledes til hovedstasjonen over en signalkabel.

En gunstig utformning av oppfinnelsens gjenstand består i at den i en kabel overførte digitale modulasjon styrer en fre-kvensstabil og med hensyn til frekvens omtastbar referansekilde for mikrobølge-oscillatoren på en slik måte at denne i sendesituasjonen i takt med modulasjonssignalet skifter mellom to diskrete høystabile frekvenstilstander og i mottagningssituasjonen antar en tredje diskret frekyenstilstand. I halvdupleksdrift veksler sende- og mottagningssituasjonen i definert rekkefølge.

I heldupleksdrift, dvs. ved simultan sending og mottagning, blir av sendermodulasjonen forårsakede ugunstige kombinasjonsfrekvenser eliminert i mellomfrekvens-tydningen i mottagningsgrenen, f.eks. ved hjelp av elektroniske omkoblere som styres av de binære modulasjonssignaler fra senderen, og foran hvilke der er innskutt en filterkobling, eller ved hjelp av en hjelpe-oscillator og en ekstra blander i mottagningsgrenen.

Stabiliseringen av mikrobølge-oscillatoren skjer på gunstig måte ved at det FM-, resp. FSK-modulerte signal i en første fasesammenlignerkobling blir sammenlignet med det med en tilsvarende faktor dividerte signal fra en frittsvingende forstembar oscillator med høyere frekvens, og den frittsvingende oscillator etterreguleres via den dannede reguleringsspenning, at det stabiliserte signal fra den frittsvingende oscillator multipliseres med hensyn til frekvens og tilføres en harmonisk blander som tillike får tilført en del av effekten fra den mikrobølge-oscillator som skal stabiliseres, at den mellomfrekvens som oppstår i blanderen, i en annen fasesammenlignerkobling blir sammenlignet med den frittsvingende stabiliserte oscillators frekvens, og at mik-robølge-oscillatoren etterreguleres via utgangsspenningen fra den annen fasesammenlignerkobling.

FM-, resp. FSK-modulasjonen av det av en oscillator frembragte referansesignal kan i den forbindelse på gunstig måte skje i den respektive mellomstasjon, eller også kan det kvartsstabili serte referansesignal for mellomstasjonene i et modulasjonsavsnitt frembringes i hovedstasjonen og med FM-, resp. FSK-modulasjonen overføres til mellomstasjonene.

I det følgende vil oppfinnelsen bli belyst nærmere ved ut-førelseseksempler som er anskueliggjort på tegningen. Fig. 1 er et blokkskjerna for sende-mottagningsinnretningen på en relestasjon, resp. bevegelig stasjon. Fig. 2 og 3 viser stabiliseringskoblinger for sende-mottagningsinnretningens mikrobølgeoscillator, og

fig. 4 og 5 viser henholdsvis en kobling til fordeling av modulasjonsfrekvenser til reléstasjoner og en kvartsgenerator i hovedstasjonen for tilfellet av tre forskjellige frekvenser.

På fig. 1 er sende-mottagningsinnretningen på en relestasjon, resp. bevegelig stasjon, anskueliggjort ved et blokkskjema. Sende-mottagningsinnretningen har en modulasjonsinngang I som er forbundet med sendegrenen, og en modulasjonsutgang II som er forbundet med mottagningsgrenen. Via signalkabler (modulasjonskab-ler) 1, 2 skjer tilførselen av modulasjon til reléstasjonen, resp. den bevegelige stasjon, og uttak av det mottatte modulerte signal. Sendegrenen inneholder en mikrobølge-oscillator 3 og en stabiliseringskobling som tjener til stabilisering av denne og vil bli beskrevet nærmere senere. Mottagningsgrenen inneholder en mikrobølgeblander 5 (mottagningsblander) og en forsterker og modulator 6 hvor den mellomfrekvens som oppstår i mikrobølgeblan-deren.5, blir opparbeidet videre. Sendegren og mottagningsgren er sammenkoblet via en sirkulator 7, nemlig på den måte at sendegrenen er forbundet med en arm av sirkulatoren 7 og mottagningsgrenen med armen på nestneste sted regnet i gjennomslipningsret-ningen. Den mellomliggende arm av sirkulatoren 7 er forbundet med en 3-dB-deler 8 i hullederteknikk, og til denne er der koblet to hornstråleantenner 9, 10 som er innbyrdes forskutt 180° med hensyn til stråleretning.

Det signal som frembringes i mikrobølgeoscillatoren 3, kommer via koblingsveien i sirkulatoren 7 og via 3-dB-deleren 8 med like andeler til de to hornantenner 9, 10 og stråles ut i to 180° forskjøvne retninger. De mikrobølgesignaler som i tilfellet av mottagning tas inn av hornstråleantennene 9, 10, blir i sin tur ført sammen i 3-dB-deleren og kommer via den annen koblingsvei

i sirkulatoren 7 til mikrobølgeblanderen 5.

Via den avkoblede gren av sirkulatoren 7 (inntegnet ved en stiplet pil på figuren) kommer et med sirkulatorens avkoblingsdempning redusert signal fra mikrobølge-oscillatoren 3 i sendegrenen til mikrobølgeblanderen 5 i mottagningsgrenen og omsetter her som lokaloscillatorsignal det mottatte mikrobølgesignal til et mellomfrekvenssignal med lavere frekvens. Dette signal blir etter'tilsvarende bearbeidelse i en FSK-demodulator (FSK = Frequency Shift Keying) omdannet til digitalsignaler som via mo-dulas jonskabelen ledes til hovedstasjonen.

De ugunstige kombinasjonsfrekvenser som ved helmultipleks-drift oppstår i mottagningsgrenen på grunn av sendermodulasjonen, blir eliminert ved egnede forholdsregler i mellomfrekvens-til-godegjørelsen, f.eks. ved hjelp av elektroniske omkoblere som styres av senderens binære modulasjonssignaler og er etterkoblet en filterkobling, eller ved hjelp av en hjelpe-oscillator og ekstra blander i mottagningsgrenen.

I halvdupleksdrift inntrer der ved anvendelse av en eneste oscillator for sende- og mottagningssituasjonen en ugunstig bort-stråling av sendeeffekt i tilfellet av mottagning med lokaloscil-latorfrekvensen. Ved innføring av en tredje frekvenstilstand (f.eks. i midten av frekvenssvinget) som de ikke sendende stasjoner inntar, blir det oppnådd at de ugunstige mellomfrekvenser som oppstår, blir utblendet ved tilsvarende filtrering i mellom-frekvensleiet.

Ved stabiliseringskoblingen på fig. 2, hvor der for anskue-lighetens skyld er innført tallverdier for oscillatorenes frekvenser og for frekvensdelerne, resp. -multiplikatorene, er modu-las jonsinngangen betegner med I. Det signal som frembringes av oscillatoren 11 (f.eks. f = 10 MHz) blir ved forstemning av re-sonansen av en kvartskrystall 13 i tverrgrenen FM-, resp. FSK-modulert (FM = frekvensmodulasjon, FSK = frekvensomtasting) ved hjelp av en parallellkoblet varaktordiode 12. Det modulerte signal tilføres en fasesammenlignerkobling 14 og blir i denne sammenlignet med det med faktoren 50 frekvensdividerte signal fra en frittsvingende forstembar 500 MHz-oscillator (VCO) 16, og denne blir etterregulert. Reguleringsspenningen forsterkes i en likespenningsforsterker 17 anordnet i reguleringssløyfen.

Det kvartsstabiliserte 500 MHz-oscillatorsignal blir frekvens-multiplisert med faktoren 7 i et multiplikasjonsledd 18 og til-ført en harmonisk blander 19. Denne harmoniske blander 19 får dessuten tilført et lokaloscillatorsignal i form av en ved hjelp av en retningskobler 21 utkoblet del av det signal med frekvens

f = 35 GHz som avgis av mikrobølge-oscillatoren som skal stabiliseres. Den mellomfrekvens på omtrent 500 MHz som oppstår i den harmoniske blander 19, blir forsterket i en mellomfrekvens-forsterker 22 og igjen fasestivt sammenlignet med signalet fra den første reguleringssløyfes 500 MHz-oscillator 16 i en annen fasesammenlignerkobling 23. Utgangssignalet fra denne annen sammenlignerkobling 23 forsterkes i en likespenningsforsterker 24

og etterregulerer så mikrobølge-oscillatoren 20 som skal stabiliseres.

Fig. 3 viser en del av en stabiliseringskobling i en ytter-ligere utførelsesform, hvor referansesignalet med FM-, resp. FSK-modulasjon til forskjell fra utførelsesformen på fig. 2 allerede via signalkabelen 29 (modulasjonskabelen) blir overført til reléstasjonen. Det kvartsstabiliserte referansesignal blir da frem-bragt i hovedstasjonen for alle reléstasjbnene i et modulasjonsavsnitt. Fasesammenligningen foregår her mellom det over signalkabelen overførte signal fra 100 kHz-kvartsgeneratoren og det i divisjonsleddet 26 med faktoren 5000 frekvensdividerte signal fra den frittsvingende forstembare 500 MHz-oscillator 27 i en sammenlignerkobling 25. Med utgangssignalet fra sammenlignerkob-lingen 25 blir 500 MHz-oscillatoren 27 etterregulert via like-spenningsf orsterkeren 28.

Den videre oppbygning av stabiliseringskoblingen fra og med avgreningen ved utgangen fra 500 MHz-oscillatoren (punkt A) tilsvarer så den del av koblingen på fig. 2 som er innrammet stiplet og betegnet med B. Med hensyn til koblingens oppbygning og virke-måte skal der derfor henvises til vedkommende deler av fig. 2 med tilhørende beskrivelse.

Skal der forekomme en frekvensavtrapning (såkalt staggering) av flere reléstasjoner, blir tilsvarende mange modulasjonsfrekvenser overført og ved hjelp av tilsvarende filtre utfiltrert av den respektive reléstasjon. En kobling bestemt for dette tilfelle er vist på fig. 4. Modulasjonsfrekvensene for tre reléstasjoner RS1, RS2, RS3 overføres over en signalkabel 30 (modulasjonskabel). Hver reléstasjon RS1, RS2, RS3 inneholder i sin inngangs-gren et filter 31, 32, 33 som i det foreliggende tilfelle er av-stemt på frekvensene henholdsvis 50 kHz, 100 kHz og 200 kHz. I et første divisjonsledd 34, 35, 36 etterkoblet de respektive filtre blir de tre forskjellige modulasjonsfrekvenser forhåndsdividert til 50 kHz-leiet, hvor frekvensene skiller seg ved mikrobølgenes frekvensforskyvning dividert med stabiliseringskoblingens mul-tiplikasjonsfaktor. Oppbygningen av stabiliseringskoblingene for mikrobølge-oscillatoren hos sende-mottagningsinnretningen på de enkelte reléstasjoner tilsvarer den som er vist på fig. 2. For oversiktens skyld er der i hver reléstasjon RS1, RS2, RS3 bare vist én reguleringssløyfe med den første fasesammenlignerkobling 37, 38, 39 tillike med 500 MHz-oscillatoren 43, 44,

45 og frekvensdeleren 40, 41, 42.

Fig. 5 viser kvarts-generatoren i hovedstasjonen ved tre forskjellige frekvenser. Hver gren inneholder en 10 MHz-oscillator 46, 47, 48 med en kvartskrystall 49, 50, 51 og en varaktordiode 52, 53, 54 i tverrgrenen samt et første divisjonsledd 55, 56, 57 som er etterkoblet 10 MHz-oscillatorene, og hvori det FM-, resp. FSK-modulerte signal forhåndsdivideres i forholdet 1 : 200, 1 : 100, 1 : 50. De tre utgangssignaler med 50 kHz, 100 kHz,

200 kHz blir via en felles modulasjonskabel 30 tilført de enkelte reléstasjoner og i disse bearbeidet videre som vist på fig. 4 og beskrevet foran. Reléstasjonene som arbeider med innbyrdes forskjellige frekvenser, kan selvsagt også moduleres forskjellig.

Claims (7)

1. Mikrobølge-dupleksradiosystem til å overføre analoge og digitale data mellom sende-mottagningsstasjoner som beveger seg langs forutbestemte strekninger, og sende-mottagningsstasjoner (mellomstasjoner) som er anordnet i forutbestemte avstander langs disse strekninger og er virksomme i begge strekningsretninger, hvor der .• i de enkelte stasjoner finnes en sende- og mottagningsgren med en felles mikrobølgeoscillator og en mikrobølgeblander, hvor de enkelte grener er koblet via en sirkulator, samt hvor stasjonene på en strekning står i forbindelse med en sentral sende-mottag-ningsstas jon,karakterisert vedat den for sende- og mottagningsgren felles mikrobølgeoscillator (3) med en stabiliseringskobling (4) er innkoblet i sendegrenen med en modu-las jonsinngang (I), at sirkulatorens (7) tredje arm,som ligger mellom de med sendegrenen og mottagningsgrenen forbundne armer/via en 3-dB-kobler (8) er forbundet med to antenner som er forskutt 180° med hensyn til stråleretning, og at et med sirkulatorens (7) avkoblingsdempning minsket signal fra mikrobølgeoscillatoren (3) via sirkulatorens (7) avkoblede gren tilføres den i mottagningsgrenen anordnede mikrobølgeblander (5) og omsettes med mot-tagningssignalet til mellomfrekvensen som tilføres en etterføl-gende forsterker og demodulator (6) hvis utgangssignaler ledes til hovedstasjonen over en signalkabel.

2. Radiosystem som angitt i krav 1,karakterisertved at den i en kabel overførte digitale modulasjon styrer en frekvens-stabil og med hensyn til frekvens omtastbar referansekilde for mikrobølge-oscillatoren slik at denne i sendesituasjonen i takt med modulasjonssignalet skifter mellom to diskrete høystabile frekvenstilstander og i mottagningssituasjonen antar en tredje diskret frekvenstilstand.

3. Radiosystem som angitt i krav 2,karakterisertved at sende- og mottagningssituasjonen i halvdupleksdrift veksler i definert rekkefølge.

4. Radiosystem som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat ugunstige kombinasjonsfrekvenser som i heldupleksdrift oppstår i mottagningsgrenen p.g.a. sendermodulasjonen, elimineres i mellomfrekvens-tilgodegjørelsen, f.eks. ved hjelp av elektroniske omkoblere som styres av senderens binære modulasjonssignaler, og som følger etter en filterkobling, eller ved hjelp av. en hjelpe-oscillator og en ekstra blander i mottagningsgrenen.

5. Fremgangsmåte til stabilisering av mikrobølge-oscillatoren i sendegrenen hos en sende-mottagningsinnretning for et mikrobølge-dupleksradiosystem som angitt i et av kravene 1-4,karakterisert vedat det FM- resp. FSK-modulerte signal (referansesignal for mikrobølge-oscillatoren) i en første fasesammenlignerkobling sammenlignes med det med en tilsvarende faktor dividerte signal fra en frittsvingende forstembar oscillator for høyere frekvens, at denne oscillator etterreguleres via den dannede reguleringsspenning, at det stabiliserte signal fra den frittsvingende oscillator frekvensmultipliseres og tilføres en harmonisk blander som tillike får tilført en del av effekten fra mikrobølge-oscillatoren som skal stabiliseres, at den mellomfrekvens som oppstår i blanderen, i en annen fasesammenlignerkobling blir sammenlignet med den frittsvingende stabiliserte oscillators frekvens, og at mikro-bølge-oscillatoren etterreguleres via utgangsspenningen fra den annen fasesammenlignerkobling.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 5,karakterisertved at FM- resp. FSK-modulasjonen av det av en oscillator frembragte referansesignal skjer i den respektive mellomstasjon.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 5,karakterisertved at det kvartsstabiliserte referansesignal for mellomstasjonene i et modulasjonsavsnitt frembringes i hovedstasjonen og overføres til mellomstasjonen med FM- resp. FSK-modulasjonen.