NO154616B - Multippel (diversity) radio-transmisjonssystem. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører multippel (diversitet ) radio transmi-sjonssystemer for overføring mellom to terminalstasjoner av høyfrekvenssignaler modulert med den informasjon som skal overføres, når de to stasjonene ikke er i sikt for hverandre, idet radio-forbindelsen oftest sikres ved troposfærisk eller ionosfærisk bølgeforplantning.

Slike stasjoner oppviser en med tiden meget variabel forplant-ningsdempning. For å sikre stabil overføring av informa-sjonene er det ikke økonomisk rentabelt, og i mange tilfeller også praktisk talt umulig å sette inn utstyr med en tilstrekkelig transmisjonsmargin til å sikre en gitt minimal kommunikasjonskvalitet under en maksimal forplantningsdemp-ning som inntreffer under en liten prosentdel av transmisjons-tiden. Det blir derfor dannet flere transmisjonsveier i pa-rallell, hvis karakteristikker er tilstrekkelig adskilt til ikke å påvirkes samtidig av en og samme torplantningsdemp-ning. Man oppnår på denne måten en multippelvirkning der signalene i hver vei blir kombinert, etter automatisk jus-tert avveining, for i hvert øyeblikk å oppnå en kvalitet minst lik kvaliteten i den vei som oppviser den beste kvalitet.

Det er kjent, hver for seg eller i kombinasjon, å anvende vinkel-, rom-, frekvens-diversitet osv, og i den senere tid har man tatt i bruk tidsdiversitet, generelt anvendt på digitale datatransmisjoner, som sikrer overflødighet i informasjonsoverføringen ved tilstrekkelig adskilte tids-punkter til å dra nytte av de forskjellige forplantnings-forhold.

Selvsagt betinger dette en vesentlig økning av det utstyr

som anvendes, og følgelig av anleggsomkostningene.

Frekvensdiversitet, som oppfinnelsen spesielt passer for,

er en av de mest vanlig brukte transmisjonsmetoder.

For å iverksetteen orden N av frekvensdiversitet, må det ifølge tidligere kjent teknikk , foruten N mottagere, forut-

settes N sendere med tilstrekkelig høy effekt P av f.eks.

1 kW og forskjellige bærefrekvenser. Disse N sendere kan omfatte en enkelt felles effektforsterker, men dannet spisseffekt må da være lik N<2>P med tilstrekkelig stor lineari-tet til å unngå for høye nivåer av intermodulasjonsproduk-ter.

I en artikkel av D.D. Howard - Single Channel System of Frequency Diversity, publisert i Electronics i august 1954, er der beskrevet et transmisjonssystem beregnet for direkte sikt, men frekvensdiversitet for informasjonssignaler som amplitudemodulerer bærefrekvensene. Spektrallinjene blir dannet ved å frekvensmodulere en ren bærefrekvens. Men i dette system er alle spektrallinjene amplitudemodulert og sendt ut. Det er ingen seleksjon av spesielt valgte linjer som underlag for multippel (diversitet) transmisjonsveier, som derpå blir forsterket. Forøvrig melder ikke problemet med forsterkning seg fordi det dreier seg om transmisjon i direkte sikt.

Nærværende oppfinnelse tar sikte på et diversitets-trans-mis jonssystem for troposfære- eller ionosfæreforbindelser som krever effektforsterkning og må settes i verk med fre-kvensdiver sitet av orden N, og som er meget enklere og økonomisk enten det brukes alene eller kombinert med andre diversitetsmåter, heri innbefattet frekvensdiversitet av den vanlige type som spesielt bare krever de utstyr som normalt kreves for en enkelt vei, det vil si en enkelt laveffektsender, en enkelt effektforsterker, en enkelt antenne og på mottagersiden en enkelt mottager hvis høyfre-kvens- og mellomfrekvenskretser er felles for de N mottatte diversitetssignaler.

Ifølge en utforming av oppfinnelsen tilveiebringes en anordning for radiooverføring mellom to terminalstasjo-

ner av høyfrekvenssignaler modulert med den digitale informasjon som skal sendes, i hvilket signalene sendes med frekvensdiversitet av orden N, der N er et helt positivt

tall større enn 1, idet en av terminalstasjonenes sendere for å generere de N bærefrekvenser, omfatter en oscillator med frekvens f som frekvensmoduleres av et signal med frekvens F avgitt fra en generator, karakterisert ved at, idet overføringen mellom terminalstasjonene foregår ved troposfærisk eller ionosfærisk spredning, senderen er utstyrt med midler for å bevirke at frekvensmodulasjonen av oscillatoren utføres med en bestemt modulasjonsindeks, slik at det, blant de spektrallinjer som dannes ved modulasjonen, oppnås N linjer med nær samme amplitude, en digital fasemodulasjonsanordning hvis signalinngang er forbundet til utgangen fra oscillatoren og hvis modulasjonsinngang påtrykkes de informasjonssignaler hvis høyeste frekvens er mindre enn F samt en effektforsterker med spisseffekt lik 2P forbundet til mo-dulas jonsanordningens utgang og som samtidig er innrettet til å forsterke de N linjer til en midlere effekt P/N, fulgt at et båndpassfilter med litt større båndbredde, enn (N-l)F, og en sendeantenne.

Ifølge en annen utforming av oppfinnelsen tilveiebringes en anordning for radiooverføring mellom to terminalstasjoner av høyfrekvenssignaler modulert med den digitale informasjon som skal sendes, i hvilket signalene sendes med frekvensdiversitet av orden N, der N er et helt positivt tall større enn 1, idet en av terminalstasjonens sendere for å generere de N bærefrekvenser, omfatter en oscillator med frekvens f, karakterisert ved at, idet overføringen mellom terminalstasjonene foregår ved troposfærisk eller ionosfærisk spredning, oscillatoren frekvensmoduleres av et sammensatt signal som oppnås ved addisjon i en adderer av et signal med frekvens F fra en generator og informasjonssignaler hvis høyeste frekvens er mindre enn F, midler for å bestemme den modulasjonsindeks som oscillatoren bibringes av generatorens utgangssignal i fravær av informasjonssignaler, slik at det, blant de spektrallinjer som dannes av frekvensmodulasjonen, oppnås N linjer med nær samme amplitude, samt en effektforsterker med spisseffekt lik 2P forbundet til utgangen på oscillatoren, og som samtidig er innrettet til å forsterke de N linjer til en midlere effekt P/N, fulgt av et båndpassfilter med litt større båndbredde enn (N-l)F, og en sendeantenne .

båndbredde enn (N-l)F, og en sendeantenne.

Oppfinnelsen vil bli forstått bedre ved hjelp av nedenstå-ende beskrivelse og tegning, der: figur 1 er et prinsippskjerna av en sender i transmisjonssystemet ifølge oppfinnelsen,

figur 2 er en variant av figur 1, som kan anvendes ved fre-kvensmodulasjon ved hjelp av informasjonssignalene,

figur 3 er et eksempel på et prinsippskjerna for en mottager i transmisjonssystemet ifølge oppfinnelsen.

På figur 1 frekvensmoduleres en oscillator 1 med en frekvens f ved hjelp av sinus-signalgenerator 2 med frekvens F. Oscillatorens utgang 3 er forbundet til bærefrekvens-inngangen på en modulasjonsanordning 10 hvis modulasjonsinngang 4 påtrykkes de informasjoner som skal overføres, og hvis utgang 5 er forbundet til en antenne 6 gjennom en forsterkerkjede 7 fulgt av et båndpassfilter 8.

Generatorens frekvensmodulasjonsindeks er i dette eksempel valgt lik 1,4 35. Herav følger på utgangen 3 et spekter av Bessel-striper A hvis midtstripe f og stripene for de første symmetriske sidebånd (f+ F) har samme amplitude og som i et bånd lik 2F konsentrerer 90% av den effekt som avgis fra generatoren 1.

Modulasjonsanordningen omfatter en vanlig digital fase-modulator 10, idet den informasjon som skal overføres påtrykkes den i form av binære pulstog hvis taktfrekvens er tydelig under F.

Erfaringen viser at på utgangen av modulatoren 10 er hver strek i Bessel-spekteret modulert som om den var alene, for å utgjøre spektret B, uten å endre det fore-trukne innbyrdes faseforhold, slik at forsterkeren 7 behandler dette spekter av modulerte striper på samme måte som et enkelt frekvensmodulert signal.

I dette eksempel avgir derfor forsterkeren en midlere effekt P, som er summen av effektene i hver av de tre striper, som tilnærmet er lik -Pj, med en toppeffekt lik 2P, mens den ville ha vært lik 6P dersom stripene skrev seg fra forskjellige generatorer og da var forskjellige 1 fase.

Hensikten med båndpassfilteret 8 er å begrense utstrål-ingen fra antennen 6 til bare de tre nyttige striper,

og dets båndbredde er derfor litt større enn 2F.

Alt som er nevnt gjelder også for en modulasjonsanordning omfattende en frekvensmodulator av kjent type. Også i dette tilfellet viser erfaringen at hver stripe i Bessel-spekteret blir modulert som om den var alene. Ved fre-kvensmodulasjon bekreftes dette eksperimentelle faktum av beregning ut fra den matamatiske utvikling av uttryk-ket for en frekvensmodulert bølge som moduleres av summen av stripene i Bessel-spekteret i forhold til et av signalene, idet hver tidligere nevnte linje frekvensmoduleres av det andre signalet.

Den følgende figur viser et eksempel på frekvensmodulert sending med anvendelse av denne egenskap angitt i det foregående.

På figur 2, der henvisningstallene er identiske med dem på figur 1 som vedrører de samme organer, er generatoren 2 koblet til oscillatoren 1 gjennom en adderer 11 som på en annen inngang 14 påtrykkes informasjonen som skal over føres.

Den følgende figur viser et eksempel på en mottager som tillater mottagning av de således utsendte signaler. Figur 3 viser en antenne 31 som gjennom et båndpassfilter 32 mater en blander 33 forbundet til en lokaloscil-lator 35. Blanderens 33 utgang 36 er gjennom en forsterker 37 fulgt av et filter 38, forbundet til inngang-ene på tre filter- og demodulasjonsanordninger 39 til 41 hvis respektive utganger er forbundet til en diversitet-kombinator 42 hvis utgang 43 gjenoppretter den over-førte informasjon.

Blokkene 32 til 38 inngår i en vanlig mottager der mel-lomfrekvenssignalene forsterkes innenfor et bånd som be-stemmes av filteret 38 med valgt båndbredde, eksempel-vis litt større enn 2F, som er båndet av det spekter som sendes ut av de ovenfor beskrevne sendere.

Blokkene 39 til 41 isolerer og demodulerer hver av kom-ponentene i de tre bærefrekvensers spekter C som mottas med variable relative amplituder som en funksjon av de separate og bestemte forplantnings-dempninger som de blir utsatt for. For å lette filtreringen er det anbragt et identisk filter for hver anordning, og foran dette en frekvensomformer, idet filtrenes båndbredde er litt stør-re enn hver stripes spekter.

Kombinatoren 42 er av vanlig type og adderer permanent de tre mottatte signaler med relativ avveining av deres nivåer som funksjon av kvaliteten.

Sender og mottager som er beskrevet ovenfor, danner et særlig enkelt og økonomisk system for overføring med fre-kvensdiver sitet , ettersom det inneholder kun få ekstra organer i forhold til en vanlig forbindelse med én bærefrekvens.

Diversitetsordenen N, som i det beskrevne eksempel er lik 3, kan være hvilken som helst, og spesielt lik 5

med en modulasjonsindeks med frekvensen F lik omtrent 1,8, idet i dette tilfelle de fem striper har nærrela-terte amplituder.

I praksis forutsetter et slikt system selvsagt at det blir anvendt for å bekjempe forplantningsforstyrrelser i ikke gjensidig avhengige forhold for forholdsvis små avstander i bærefrekvens, ellers blir systemet vanskelig å realisere, og blir uten interesse. Men studier som nylig er blitt foretatt på dette området, har øket spesialistenes kunn-skap, og de er nå i stand til med stor nøyaktighet å be-regne den nødvendige minste frekvensavstand og derved oppnå maksimalt utbytte av de beskrevne anordninger.

Et spesielt interessant og fordelaktig anvendelseseksem-pel vedrører forbindelser med forplantning gjennom ionos-færen, særlig i det dekametriske bølgebånd der hyppige selektiv fadingsvariasjoner er dekorrelert og med fre-kvensforskjeller som ofte er mindre enn båndbredden av en telefonkanal.

Systemets enkelthet tillater også anvendelse på radio-samband fra mobile kjøretøyer.

I troposfærisk forplantning der man ofte bruker en høy orden av diversitet, tillater det beskrevne system,

pga. dets enkle utskiftning av sender/mottagerenhetene i ethvert transmisjonssystem omfattende en eller flere forskjellige typer av diversitet, å multiplisere den opprinnelige orden av diversitet med N, for å øke kvaliteten av radiosambandet eller, med samme kvalitet,

å redusere de andre organers ytelser, som f.eks. send-ernes effekt eller antennenes vinning for å optimali-

sere omkostningene for utstyret. Det skal bemerkes at det beskrevne system er kompatibelt med vanlig frekvens-diversitet forutsatt at frekvensforskjellen er tilstrekkelig for sistnevnte.

Dette transmisjonssystem med frekvensdiversitet er godt egnet for samband som bruker kun en enkelt antenne pr. terminal.

Claims (5)

1. Anordning for radiooverføring mellom to terminalstasjoner av høyfrekvenssignaler modulert med den digitale informasjon som skal sendes, i hvilket signalene sendes med frekvensdiversitet av orden N, der N er et helt positivt tall større enn 1, idet en av terminalstasjonenes sendere for å generere de N bærefrekvenser, omfatter en oscillator (1) med frekvens f som frekvensmoduleres av et signal med frekvens F avgitt fra en generator (2), karakterisert ved at, idet overføringen mellom terminalstasjonene foregår ved troposfærisk eller ionosfærisk spredning, senderen er utstyrt med midler for å bevirke at frekvensmodulasjonen av oscillatoren utføres med en bestemt modulasjonsindeks, slik at det, blant de spektrallinjer som dannes ved modulasjonen, oppnås N linjer med nær samme amplitude, en digital fasemodulasjonsanordning (10) hvis signalinngang er forbundet til utgangen fra oscillatoren (1) og hvis modu-las jonsinngang (4) påtrykkes de informasjonssignaler hvis høyeste frekvens er mindre enn F samt en effektforsterker med spisseffekt lik 2P (7) forbundet til modulasjonsanord-ningens utgang og som samtidig er innrettet til å forsterke de N linjer til en midlere effekt P/N, fulgt at et båndpassfilter (8) med litt større båndbredde, enn (N-l)F, og en sendeantenne.

2. Anordning for radiooverføring mellom to terminalstasjoner av høyfrekvenssignaler modulert med den digitale informasjon som skal sendes, i hvilket signalene sendes med frekvensdiversitet av orden N, der N er et helt positivt tall større enn 1, idet en av terminalstasjonens sendere for å generere de N bærefrekvenser, omfatter en oscillator (1) med frekvens f, karakterisert ved at, idet overføringen mellom terminalstasjonene foregår ved troposfærisk eller ionosfærisk spredning, oscillatoren (1) frekvensmoduleres av et sammensatt signal som oppnås ved addisjon i en adderer (11) av et signal med frekvens F fra en generator (2) og informasjonssignaler hvis høyeste frekvens er mindre enn F, midler for å bestemme den modulasjonsindeks som oscillatoren (1) bibringes av generatorens utgangssignal i fravær av informasjonssignaler, slik at det, blant de spektrallinjer som dannes av frekvensmodulasjonen, oppnås N linjer med nær samme amplitude, samt en effektforsterker med spisseffekt lik 2P (7) forbundet til utgangen på oscillatoren (1), og som samtidig er innrettet til å forsterke de N linjer til en midlere effekt P/N, fulgt av et båndpassfi 1 ter (8) med litt større båndbredde enn (N-l)F, og en sendeantenne.

3. Anordning som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at mottageren omfatter i serie inngangs-trinn (32, 33, 35) og en mellomfrekvensforsterker (37) med båndbredde litt større enn (N-l)F, N kretser (39, 40, 41) for henholdsvis filtrering og demodulering av hver av de N linjer, og en diversitets-kombinator (42) forbundet til utgangen av hver av de N kretser.

4. Anordning som angitt i krav 3, karakterisert ved midler for å gjøre modulasjonsindeksen hovedsakelig lik 1,435 og N lik 3.

5. Anordning som angitt i krav 3, karakterisert ved midler for å gjøre modulasjonsindeksen hovedsakelig lik 1,8 og N lik 5.