NO148095B - Radiosystem. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et radiosystem til overføring av informasjoner mellom sende-mottagningsstasjoner som beveger seg langs fastlagte strekninger, og sende-mottagningsstasjoner som er anordnet i fastlagte avstander langs disse strekninger og virker i begge retninger langs disse, samtidig som stasjonene på en strekning står i forbindelse med en sentral sende-mottagningsstasjon og der langs den i avsnitt oppdelte strekning skjer et frekvensskift.

Radiosystemer av denne art får særlig betydning ved skinne-trafikk. Den økonomiske utnyttelse av eksisterende strekningsnett og den i den forbindelse tilstrebede høye togfrekvens og høye hastighet krever en stadig økende utveksling av data og signaler mellom togene og de stasjonære innretninger på strekningene.

Fra publikasjonen "Elektrische Bahnen" 44 (1973) hefte 4, side 83 - 92 er det kjent å gjennomføre utvekslingen av informasjoner ved hjelp av et såkalt linjeledersystem. Ved dette linjeledersystem blir der i sporområdet forlagt induktive trådsløyfer som virker som sende-mottagningsantenner for de stasjonære stasjoner. Overføringen av informasjoner mellom de bevegelige sende-mottagningsstas joner på togene og disse stasjonære stasjoner skjer ved frekvensomtasting i frekvensområdet omkring 50 KIlz, samtidig som den maksimale overføringstakt er begrenset til ca. 1200

baud- Bortsett fra denne begrensning av informasjonsstrømmen har linjeledersystemet den store ulempe at trådsløyfene, særlig ved arbeider på sporets overbygning, i høy grad er utsatt for faren for mekanisk skade.

Faren for mekanisk skade kan ved en slikt radiosystem for-hindres ved at man gir avkall på overføring ved hjelp av induktive sløyfer og lar de stasjoner som står i forbindelse med hverandre, utveksle sine informasjoner over radio. Slike systemer er f.eks. kjent fra tidsskriftet ETR, hefte 10, oktober 1971,

side 402 - 441. De frekvenser som benyttes til dette, ligger i

området under 1 GHz. I dette frekvensområde lar en bunting av sendestrålingen passende for trasébundne systemer til overføring av informasjoner seg bare realisere i utilstrekkelig grad.

Følgen blir en øket fare for gjensidig forstyrrelse av de radio-tjehester som formidles i dette frekvensområde. Dessuten byr knappheten på disponible frekvenser i dette område stadig på betraktelige vanskeligheter ved oppbygningen av nett. Vanskelig-heten med bunting av sendestrålingen fra de innbyrdes kommuni-serende stasjoner bevirker enn videre også refleksjoner stammende fra steder utenfor den fastlagte forbindelsesretning, f.eks. på fjell, bygninger, trær m.v. Overlagringen mellom direkte og re-flektert stråling fører på mottagningsstedet til undertiden meget dype nivåinnbrydd som i det minste delvis forløper langs strekningen. Undertiden er det nødvendig å ta hensyn til disse fenomener ved hjelp av en meget kostbar mottagningsteknikk (Diversity-teknikk) ved de bevegelige stasjoner.

Et radiosystem av den innledningsvis nevnte art er i det vesentlige kjent fra US-PS 3 539 924. Dette patentskrift beskriv-er et mobilt anlegg til telefonering over lange strekninger, be-stående av minst en bevegelig mangekanals sende-mottagningsenhet og et stort antall faste sende-mottagningsenheter fordelt i soner langs strekningen. Til hver sone hører en fast stasjon som er koblet til en felles sentral st^reenhet. Hver fast stasjon inneholder en kombinasjon av en s .er og en mottager for hver kanal som er disponibel i sonen. Til de faste enheter hører drifts-frekvenser ifølge et mønster av forskutte kanaler, slik at samme kanal opptrer i en og en sekvens av nabokanaler og sekvensene av forskjellige kanaler delvis overlapper hverandre i sonene.

Fra US-PS 2 904 674 er der kjent et informasjonssystem for veitrafikk hvor det er sørget for å dele opp strekningen i flere overføringsavsnitt med hver sin lokalstasjon, alle separat forbundet med en felles hovedstasjon. Fra overføringsavsnitt til overføringsavsnitt gjør man bruk av to frekvenser som gjentar seg vekselvis.

Videre er der fra US-PS 2 896 072 kjent et radiotelefon-system hvor veien langs en gate er slik oppdelt i enkelte avsnitt at der foreligger større sendeområder og flere mindre mottagnings-områder innenfor disse. I et vist eksempel hører der til hver sender fire mottagere. En slik sendc-mottagerenhet er forbundet med en egen kontrollkrets.

I verket "IEEE Transactions on Vehicular Technology",

bind VT/19, nr. 1, februar 1970, side 69-73 er der beskrevet et informasjonsystem for gatetrafikk hvor der i bestemte avstander langs en gate er montert poster som bærer antenner og overføringssystemer. Ett og ett bestemt antall av slike stasjoner står i forbindelse med en servicestasjon som er ansvarlig for dette område. Alle stasjoner anordnet langs gaten er ensartet og likeberettiget. I kjøretøyet skjer der hver gang en frekvens-omsetning, dvs. at der blir mottatt med én frekvens og sendt med en annen.

Til grunn for oppfinnelsen ligger den oppgave for et radiosystem av den innledningsvis beskrevne art å gi anvisning på en ytterligere løsning som dels oppviser radiosystemenes fordeler fremfor linjeledersystemer og i tillegg overvinner de vanskeligheter som skyldes den manglende bunting ved kjente radiosystemer.

Med utgangspunkt i et radiosystem til overføring av informasjoner mellom sende-mottagningsstasjoner som beveger seg langs fastlagte strekninger, og sende-mottagningsstasjoner som er anordnet i fastlagte avstander langs disse strekninger og virker i begge retninger langs dem, og hvor stasjonene på en strekning står i forbindelse med en sentral sende-mottagningsstasjon, og der langs den i avsnitt oppdelte strekning skjer et frekvensskift, blir den nevnte oppgave ifølge oppfinnelsen løst ved at strekningsavsnittene mellom de på hinannen følgende stasjoner som danner hovedstasjoner, er oppdelt med mellomstasjoner, at ennvidere hovedstasjonene som er forbundet med en og en sentralstasjon, er sammenfattet til overføringsavsnitt sammen med de respektive mellomstasjoner som ligger nærmest dem med hensyn til avstand, at mellomstasjonene sammen med de tilhørende hovedstasjoner såvel som hovedstasjonene danner motstasjoner for signalutvekslingen med de bevegelige stasjoner, at der for samtlige overføringsavsnitt bare er gjort bruk av to par forskjellige sende-mottagningsfrekvenser, som ligger i området over 1 GHz, og som for gjensidig avkobling av de på hinannen følgende overføringsavsnitt langs strekningen skifter alternerende fra overføringsavsnitt til overføringsavsnitt, og at de bevegelige stasjoner oppviser en fre-kvensomkoblingsinnretning for automatisk frekvensparskift ved overgangen for det respektive neste overføringsavsnitt.

Etter hva man har kunnet fastslå ved inngående undersøkelser og strekningsmålinger som ligger til grunn for oppfinnelsen, er det ved anvendelse av sende- og mottagningsfrekvenser over 1 GHz mulig med relativt liten påkostning å oppnå en god bunting av sendestrålingen. Som følge av dette fås ikke bare en sterk reduk-sjon av uheldige refleksjoner, men også en overføring som i det vesentlige er begrenset til den optiske synsvidde, og som er fri for bøyningsfenomener i strålingen. Med andre ord oppstår vanskeligheter som henger sammen med såkalte overrekkevidde-fenomener her praktisk talt ikke i det hele tatt.

Ved en første foretrukken utførelsesform skjer signalutvekslingen mellom en hovedstasjon og de mellomstasjoner som er tilordnet den, via forbindelseskabler, nemlig i form av parallell-kobling av hovedstasjonens inngangs- resp. utgangstilslutning med mellomstasjonenes utgangs- resp. inngangstilslutninger.

Ved en ytterligere foretrukken utførelsesform for opp-finnelsens gjenstand er mellomstasjonene utført som reléstasjoner og representerer signaloverføringskjeder til og fra de respektive hovedstasjoner som er tilordnet dem.

Hensiktsmessig skjer utvekslingen av signaler mellom de bevegelige stasjoner og de hoved- og mellomstasjoner som utgjør overføringsavsnitt, under anvendelse av tidspultipleksteknikk med flerdobbelt tilgjengelighet og med stiv tidsramme samt en adressekanalsynkronisering. På denne måte er det mulig å oppnå en høy tetthet av informasjonene som skal overføres, og det i forbindelse med optimal smidighet når det gjelder den kronologisk varierende informasjons-strømningsmengde. Samtidig kan adresseringen repre-senteres både som steds- og som individadresse.

Frekvensomkoblingsinnretningen kan anvende mottagningsni-vået som kriterium for omkoblingen. Med isteden kan den også

på gunstig måte manøvreres av et eksternt omkoblingsorgan, f.eks. av styresignalgivere anordnet ved overgangene mellom to overføringsavsnitt langs strekningen.

Oppfinnelsen vil bli belyst enda nærmere ved utførelses-eksempler som er anskueliggjort på tegningen.

Fig. 1 viser skjematisk et første utførelseseksempel på et radiosystem ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser skjematisk et annet utførelseseksempel på et radiosystem ifølge oppfinnelsen. Fig. 3 viser et typisk mottagningsnivå-diagram for et radiosystem i henhold til fig. 1 eller 2.

Radiosystemet på fig. 1 er langs overføringsstrekningen S oppdelt i overføringsavsnitt UA. Hvert overføringsavsnitt har en hovedstasjon HS, og slike hovedstasjoner følger på hverandre i avstander på omtrent 10 km langs strekningen. Hovedstasjonene HS er forbundet med en sentral stasjon ZS via ledninger eller også

med hverandre via radio. Mellom hovedstasjonene HS sitter mellomstasjoner, nemlig reléstasjoner RS, hvorav de reléstasjoner RS

som har korteste avstand til en hovedstasjon HS, er tilordnet denne og sammen med den danner et overføringsavsnitt OA. Overføringen av signalene skjer digitalt. Omfanget av informasjons-strømmen utgjør ca. 10 kbits. Ved anvendelse av en gangtidsut-jevning innen et overføringsavsnitt UA, referert til hovedstasjonen, er det også mulig å øke informasjonsstrømmen til maks. 30 kbits.

De reléstasjoner RS som er tilordnet hovedstasjonen HS, danner til og fra den respektive tilordnede hovedstasjon HS en signalover-føringskjede som tillike sammen med hovedstasjonen HS representerer motståsjonene for signalutvekslingen med den i kjøretøyet FZ anord-nede bevegelige stasjon BS med frekvensomkoblingsinnretningen FU. Av den grunn består hovedstasjonen HS og reléstasjonene RS i

hver overføringsretning av en og en sender S og en og en mottager E. Reléstasjonene RS på overgangsstedene mellom to overføringsavsnitt UA skiller seg fra de øvrige reléstasjoner RS ved at hvert av de

to sender-mottagerpar på disse reléstasjoner gjør bruk av et forskjellig frekvenspar avhengig av den retning hvori der sendes, resp. hvorfra der mottas. Tilsvarende gjelder med hensyn til to på hinannen følgende hovedstasjoner.

Videre skiller hovedstasjonene HS seg fra reléstasjonene RS ved at de for informasjonsutveksling dessuten er forbundet med sentralstasjonen ZS. De informasjoner som tilføres fra sentralstasjonen, blir fra hovedstasjonen HS utstrålt i begge retninger til de nærmeste reléstasjoner, som så gir dem videre overensstem-mende med organisasjonen av overføringskjeden. Informasjon ut-sendt av den bevegelige stasjon BS blir via den nærmest-liggende reléstasjon ledet videre til hovedstasjonen HS og derfra til sentralstasjonen ZS. Er den nærmeste stasjon for den bevegelige stajon BS en hovedstasjon HS, blir informasjonen direkte via hovedstasjonen gitt videre til sentralstasjonen ZS. Oppbygningen av hovedstasjonene og reléstasjonene kan være utført i vanlig teknikk, slik det lenge har vært kjent ved mellomstasjoner for retningsradiostrekninger. Modulasjonsteknikken kan være analog eller digital. Hensiktsmessig er den digital, nemlig i form av frekvens- eller fase-omtastede bæresvingninger. Rent eksempelvis skal der i den forbindelse henvises til verket William R. Bennett, James R. Davey: "Data Transmission", McGraw-Hill Book Comp., New York, San Francisco, Toronto, London, Sydney, Inter-University Electronics Series Vol.2, 1965, hvor der forekommer en inngående beskrivelse av denne teknikk.

Utførelseseksempelet på fig. 2 skiller seg fra det på fig.

1 ved at de mellomstasjoner ZS som er tilordnet hovedstasjonen HS og inneholder sende-mottagningsinnretninger S/E, får den informasjon de skal sende ut via forbindelseskabelen K, og også via den samme kabel gir informasjoner mottatt fra den bevegelige stasjon BS på kjøretøyet FZ, til hovedstasjonen HS. Herunder er samtlige mellomstasjoner ZS som er tilordnet hovedstasjonen HS, med sine utgangstilslutninger koblet parallelt med inngangstilslutningen til hovedstasjonen. Tilsvarende gjelder med hensyn til inngangs-tilslutningene til mellomstasjonene og utgangstilslutningen på hovedstasjonen. Forøvrig har tilsvarende elementer på fig. 1 og fig. 2 samme henvisningsbetegnelser, så en ytterligere redegjør-else for utførelseseksempelet på fig. 2 er overflødig.

Som allerede påpekt utmerker radiosystemet ifølge oppfinnelsen seg fremfor alt ved anvendelse av bærefrekvenser over 1 GHz. I dette frekvensområde hersker i tiltagende grad kvasi-optiske overføringsbetingelser, så stasjonære stasjoner som følger på hverandre langs strekningen, må arbeide i optisk synsvidde, og det ved tilstrekkelig nivåreserve med henblikk på dempning ved regn. Undersøkelser på De Tyske Forbundsbaners strekningsnett har vist at der under hensyntageiing til dempning ved regn og til traséføringen fås typiske avstander mellom på , hinannen følgende stasjonære stasjoner på 0,5 - 1 km.

Fig. 3 viser det typiske forløp av mottagningsnivået Pe i frekvensområdet mellom 20 og 30 GHz som funksjon av avstanden E. I nærområdet opptil 50.0 m sees sterkt utpregede minima (15 - 25 dB), som oppstår ved overlagring av direkte og på marken reflek-tert stråling. I det midlere område (0,5 -.1,5 km) er disse nivå-innbrudd redusert til 10 - 15 dB, da der stadig deltar flere an-deler av indirekte stråling i overlagring med den direkte stråling. I fjernområdet over 1,5 km blir nivåinnbruddene mindre og mindre, og målekurven (fullt opptrukken linje) nærmer seg den teoretiske utbredelseskurve (strekpunktert linje). Da den for-håndværende mottagerreserve i det nære og midlere område i et-hvert tilfelle strekker til for å overspenne disse nivåminima, er der med det foreslåtte system sikret en pålitelig overføring.

Så snart den optiske sikt mellom to stasjoner som står i signalutveksling med hverandre, ikke lenger foreligger, har den skarpe bunting av antennene, kombinert med den reduserte tilbøye-lighet til bøyning av sendestrålingens bølgefronter, til følge at mottagningsnivået raskt synker til så lave verdier at man kan se bort fra det. I nivådiagrammet på fig. 2 er dette kraftige fall under minimalnivået Pmin avmerket med stiplet linje.

Claims (4)

1. Radiosystem til overføring av informasjoner mellom sende-mottagningsstas joner som beveger seg langs fastlagte strekninger, og sende-mottagningsstasjoner som er anordnet i fastlagte avstander langs disse strekninger og virker i begge streknings-retninger, samtidig som stasjonene på en strekning står i forbindelse med en sentral sende-mottagningsstasjon og der langs den i avsnitt oppdelte strekning skjer et freksvensskift, karakterisert ved at strekningsavsnittene mellom de på hinannen følgende stasjoner som danner hovedstasjoner (HS), er oppdelt med mellomstasjoner (ZS, RS), at ennvidere hovedstasjonene som er forbundet med en og en sentralstasjon (ZT) , er sammenfattet til overf øringsavsnitt (t)A) sammen med de respektive mellomstasjoner som ligger nærmest dem med hensyn til avstand, at mellomstasjonene (ZS, RS) sammen med de til-hørende hovedstasjoner (HS) såvel som hovedstasjonene (HS) danner motstasjoner for signalutvekslingen med de bevegelige^ stasjoner (BS), at der for samtlige overføringsavsnitt bare er gjort bruk av to par forskjellige sende-mottagningsfrekvenser; som ligger i området over 1 GHz, og som for gjensidig avkobling av de på hinannen følgende overføringsavsnitt (UA) langs strekningen skifter alternerende fra overføringsavsnitt til overføringsavsnitt, og at de bevegelige stasjoner (BS) oppviser en frekvens-omkoblingsinnretning (FU) for automatisk frekvensparskift ved overgangen for det respektive neste overføringsavsnitt.

2. Radiosystem som angitt i krav 1, karakterisert ved at der for signalutvekslingen mellom en hovedstasjon (HS) og de mellomstasjoner (ZS) som er tilordnet den, er anordnet forbindelseskabler (K) mellom disse, nemlig i form av en parallell-kobling av hovedstasjonens inngangs- resp. utgangstilslutning med mellomstasjonenes utgangs- resp. inngangstilslutninger.

3. Radiosystem som angitt i krav 1, karakterisert ved at mellomstasjonene er utført som reléstasjoner (RS) og danner signaloverføringskjeder til og fra de respektive hovedstasjoner (HS) som er tilordnet dem.

4. Radiosystem som angitt i krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at der i de bevegelige stasjoner (BS) og de hoved- og mellomstasjoner (henholdsvis HS og ZS, RS) som danner overføringsavsnittene, er anordnet innretninger til signaloverføring i tidsmultipleksteknikk med flerdobbelt aksess og med en adressekanalsynkronisering.