NO329135B1 - Datakommunikasjonssystem - Google Patents

Description

Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et system for å transmittere data, spesielt audio- og videosignaldata, til og fra et objekt i bevegelse.

Oppfinnelsens bakgrunn

For å gjennomføre sanntids kommunikasjon med audio-, video-og datasignaler mellom et kjøretøy i bevegelse og en fast jordstasjon, kan kjøretøyet være utstyrt med en antenne for å stråle et signal til et helikopter lokalisert over kjøre-tøyet. Helikopteret frigir så signalet fra kjøretøyet til og fra en fast jordstasjon. Dette systemet for å kommunisere data mellom et kjøretøy i bevegelse og en fast jordstasjon har vært spesielt nyttig i motorracing for å skaffe tilveie video-, audio- og datasignaler fra bilene, og for å gjøre det mulig å transmittere data- og audiosignaler tilbake til bilen.

Dagens ombordkameraer bruker et transmittersystem for mik-robølger for å kommunisere med helikopteret. Helikopteret retransmitterer så et signal på en annen mikrobølgefrekvens til den faste lokasjonen.

Det er flere ulemper tilknyttet et slikt system. Hvis en

bil som sender ut signaler ikke har en direkte frisiktslinje til helikopteret, for eksempel på grunn av høye trær eller bygninger ved siden av traseen, kan det mottatte signal bli svakt eller fullstendig sperret. I en slik situasjon er det nødvendig at helikopteret holder seg omtrent rett over

kjøretøyet for å opprettholde tilstrekkelig kontakt med bilen. Dette kan være vanskelig, spesielt i høyhastighetsra-cing, slik som i formel 1, der helikopteret ikke er i stand til å matche hastigheten til bilene det er ment å følge. Alternativt kan helikopteret fly med en større høyde for å unngå at objekter kommer mellom seg og bilen. Dette kan imidlertid igjen redusere signalkvaliteten mottatt av heli-

kopteret på grunn av økt avstand. Dette kan også føre til problemer med lufttrafikkontrollen. Et ytterligere problem med å bruke et helikopter til å videresende signaler er dets avhengighet av været. Hvis været hindrer flyvningen, er det ikke mulig å skaffe tilveie funksjonen for signalvi-deresending i det hele tatt.

En ytterligere begrensning i bruken av helikopteret for å

videresende signaler er den begrensede vekten som kan bæres av helikopteret for at det skal kunne forfølge bilene i lø-pet av racet. På samme måte er den begrensning for hvor mye effekt som kan forsynes for å holde radiofrekvenssystemene

gående.

Fra GB 2307375 er det kjent et mobilt system som omfatter en mobil stasjon som kommuniserer med en rekke faststående

antenner som er tilknyttet en basestasjon. Basestasjonen er i stand til å detektere hvilken av de faststående antennene som mottar det beste signalet, samt å svitsje kommunikasjo-nen til denne antennen.

Kort sammenfatning av oppfinnelsen

I henhold til den foreliggende oppfinnelse er det derfor tilveiebrakt et system som inneholder: • en videosignalkilde og transmitter plassert på et mobilt objekt for å generere og transmittere nevnte videosignal på i det minste en første bærefrekvens, • i det minste en første og en andre mottaker for å motta nevnte transmitterte videosignal på nevnte første bærefrekvens, hvor nevnte første og nevnte andre mottakere har i det minste delvis overlappende deteksjonsområder og er lokalisert på atskilte lokasjoner, • en posisjonsdetektor for å generere et posisjonssignal som indikerer posisjonen til nevnte mobile objekt ved å bruke indikasjoner på, i stedet for parametre for, det mottatte videosignal og bærer,

en kontroller, som ved respons på nevnte posisjonssignal, velger ett av videosignalene mottatt av nevnte første og nevnte andre mottaker og sender ut nevnte valgte signal, der nevnte kontroller er lokalisert utenfor nevnte mobile objekt.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse er det også tilveiebrakt en fremgangsmåte for å kommunisere et videosignal mellom et mobilt objekt og en stasjonær lokasjon, der nevnte fremgangsmåte omfatter: • å transmittere videosignalet på en første bærefrekvens fra en transmitter på det mobile objekt, • å tilveiebringe i det minste første og andre mottakere på atskilte lokasjoner for å motta signalet fra transmitteren på nevnte første bærefrekvens, • å bestemme lokasjonen til nevnte mobile objekt ved å bruke indikasjoner på, i stedet for signalparametre for, det mottatte signal eller dens bærer, og • å velge signalet mottatt av én av nevnte første og andre mottakere for å sende valgte signal ut på nevnte stasjonære lokasjon.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også ytterligere en fremgangsmåte for å etablere et kommunikasjonssystem for å kommunisere et videosignal mellom et mobilt objekt utstyrt med en transmitter for å transmittere videosignalet på en første bærefrekvens og en stasjonær lokasjon som omfatter en flerhet av mottakere som hver har et deteksjonsområde innenfor hvilket mottakeren er i stand til å motta signalet fra transmitteren på nevnte første bærefrekvens når transmitteren befinner seg i deteksjonsområdet, der nevnte fremgangsmåte omfatter følgende trinn:

• å plassere en første mottaker på en første lokasjon,

• å beregne en avstand fra nevnte første lokasjon der refleksjon fra en reflekterende overflate av et signal transmittert fra nevnte mobile objekt vil forårsake at det mottatte effektnivå ved nevnte første mottaker faller under et forhåndsdefinert nivå for å definere et første deteksjonsområde, • å bestemme en posisjon for hver påfølgende mottaker ved å kalkulere en avstand der refleksjon fra en reflekterende overflate vil forårsake at den mottatte effekten faller under nevnte forhåndsdefinerte nivå for å bestemme et deteksjonsområde og posisjonere nevnte påfølgende mottaker på en avstand fra den forrige mottaker, slik at deteksjonsområdet til den påfølgende mottaker overlapper deteksjonsområdet til den forrige mottaker, for på den måte å utforme en kontinuerlig stripe, innenfor hvilken signalet fra transmitteren er mottakbart av i det minste én av mottakerne, • å tilveiebringe midler hvorved det mottatte signal av nevnte mottaker kan skaffes til veie til nevnte stasjonære lokasjon, og • å tilveiebringe midler for å bestemme posisjonen til nevnte mobile objekt ved å bruke indikasjoner på, i stedet for parametre for, det mottatte signal og bærer, og for å kontrollere svitsjingen mellom mottakere på basis av den bestemte posisjon.

Den foreliggende oppfinnelse er tilordnet slik at svitsjing mellom mottakere gjennomføres på basis av posisjonen til det mobile objekt. Mottakerne er fortrinnsvis tilordnet slik at området i hvilket de kan motta signaler på et ak-septabelt nivå overlapper med mottakeren i det korresponde-rende tilstøtende område.

Transmitterne på det mobile objekt kan være tilordnet til å være i stand til å transmittere på flere forskjellige frekvenser. På samme måte kan mottakerne også være tilpasset til å motta på flere forskjellige frekvenser. Frekvensene som benyttes av transmitterne og mottakerne kontrolleres fortrinnsvis av datameldinger sendt fra en sentral lokasjon til objektene i bevegelse og mottakerstasjonene. Hver frekvens kan bli mottatt av en dedikert antenne (for eksempel at hver mottaker har sin egen antenne) eller en enkeltan-tenne og en RF- (Radio Frequency) splitter kan brukes der en del av RF-signalet sendes til hver mottaker. Mottakeren velger de ønskede signaler i RF-signalet.

Videosignalet transmitteres fortrinnsvis fra det mobile objekt til mottakerne ved hjelp av en mikrobølgebærer. Denne er fortrinnsvis på 2,5 GHz. Andre data- og audiosignaler kan moduleres og legges på videosignalet, eller transmitteres på en separat frekvens, fortrinnsvis mellom 100 MHz og 40 GHz.

Den foreliggende oppfinnelse krever kun én enkelt frekvens for å transmittere et videosignal så lenge det ikke finner sted noe retransmisjon av signalet som tilfellet er i et helikopterbasert system. Dette muliggjør en dobling av antall signaler som kan transmitteres for et gitt antall frekvenser. Videre, fordi transmisjonen fra hver transmitter mottas av en mottaker på relativ kort avstand, kan transmi-sjonseffekten reduseres. Dette gjør det mulig at den samme frekvensen kan brukes samtidig mellom andre transmittere og mottakere på andre lokasjoner. Dette er ikke mulig i helikopterbaserte systemer, der alle signaler må gå via et helikopter, slik at bare en transmitter kan bruke en gitt frekvens for å unngå interferens.

Ved å skaffe til veie tilstrekkelig mange mottakere for å sikre at det transmitterte signal alltid mottas av i det minste én mottaker, blir det aldri brudd i transmisjonen. Fordi signalet blir transmittert stort sett horisontalt langs bakken til en mottaker ved siden av traseen, representerer trær og bygninger ingen hindring for signalveien.

Mottakerne plasseres fortrinnsvis i en mottakerstasjon ved siden av traseen. Stasjonen inneholder fortrinnsvis en antenne og eventuelt ytterligere mottakere.

En bestemt utførelse av den foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet ved hjelp av eksempler med henvisning til de vedlagte tegninger: Figur 1 viser et eksempel på en layout av mottakerstasjoner rundt en seksjon av en racerbane. Figur 2 viser en representativ innretning av mottakerstasjoner i forhold til hverandre og de respektive svitsjepo-sisjoner for å svitsje fra mottakerne i én stasjon til den neste. Figur 3 viser en skjematisk layout over innretningen i én av mottakerstasjonene i henhold til den foreliggende oppfinnelse . Figur 4 viser en skjematisk layout over signaloverførings-systemet i en utførelse av den foreliggende oppfinnelse. Figur 5 viser et skjematisk eksempel på en node som brukes i signaloverføringssystemet. Figurene 6A og B viser et eksempel på deteksjonsområdet til en antenne. Figur 7.1 til 7.4 er diagrammer det refereres til i forkla-ringen på hvordan kommunikasjonssystemet i henhold til den foreliggende oppfinnelse er satt opp. Figur 1 viser et eksempel over området rundt racerbane (1) og en passende innretning for mottakerstasjonene (2) (her-etter benevnt stasjonene) rundt et slikt baneområde for å gi kontinuerlig mottak av et videosignal fra et ombordkame-ra i en racerbil. Utførelsen av den foreliggende oppfinnelse som er beskrevet her, er relatert til et system for å tilveiebringe kommunikasjon av et videosignal fra en racerbil i bevegelse til en fast lokasjon slik som en utendørs kringkastingsenhet. Hver stasjon inneholder i det minste én antenne og én mottaker. Dette er fortrinnsvis en direksjo-nen antenne (for eksempel en helixantenne), men kan også være en omniantenne. De prikkede linjene i figur 1 gir en indikasjon på deteksjonsvinkelen for hver stasjon (2).

Signalet som mottas av antennen mates i mottakeren i stasjonen og mates så tilbake til en kontroller på en sentral lokasjon hvor det beste signalet fra én av mottakerne velges. Det valgte signal benyttes så for å skaffe tilveie et utgangssignal fra systemet, for eksempel for kringkasting.

Det er åpenbart at ved å skaffe tilveie tilstrekkelig stasjoner rundt baneperiferien, vil videosignalet som transmitteres av bilen alltid være mottakbar av i det minste én av stasjonene når bilen beveger seg rundt på banen.

For å sikre denne kontinuiteten, er det noe overlapp i de-teks jonsområdet til én stasjon og dens nabo. Denne overlappingen (fortrinnsvis minimum 20 meter) sikrer at bilen passerer gjennom et område hvor videosignalet transmittert fra bilen kan mottas av antennene til begge stasjonene når bilen beveger seg fra mottaksområdet til en stasjon til mottaksområdet til neste. Ved et eller annet punkt i dette området svitsjer systemet fra å benytte signalet fra den første radiostasjonen til å benytte signalet fra den neste. Figur 2 viser en skjematisk oversikt over et baneområde som viser antennene (A2, A3, A4, etc.) til et antall stasjoner. Når bilen kommer inn fra høyre, passerer den først posisjonen Pi. Initielt mottas signalet transmittert fra bilen av antenne A2. Når bilen fortsetter til punkt P2, entrer den mottaksområdet til neste antenne A3, ved hvilket punkt signalet som sendes ut mottas både av A3 og A2. Signalet som mottas av A2, er imidlertid fortsatt det som benyttes for å generere utgangssignalet. Når bilen passerer posisjon P3, svitsjer systemet fra å benytte signalet fra A2 til å benytte signalet fra A3, selv om signalet fra bilen fortsatt kan mottas av A2. Når bilen så fortsetter mot posisjon P4, vil antenne A2 etter hvert miste signalet fra bilen, slik at bare antenne A3 mottar signalet. Svitsjeprosedyren repeteres etter hvert som bilen fortsetter rundt på banen og forflytter seg fra ett mottaksområde til det neste. Slik det går ut fra figur 2, finner svitsjingen sted på en avstand D2, D3 eller D4 før bilen når antennen til stasjonen, som fortiden skaffer til veie videosignalet som benyttes. Dette sikrer at et signal av god kvalitet mottas fram til svitsjingen finner sted. Hvis svitsjingen forsinkes helt til bilen er på nivå med antennen, kan signalstyrken mottatt av antennen synke betraktelig når bilen beveger seg utenfor den optimale mottakssonen til antennen.

Den eksakte posisjonen der svitsjing finner sted er veldig viktig. Hvis svitsjingen finner sted for tidlig, for eksempel ved P2, kan signalstyrken mottatt av A3 være svak. Som beskrevet ovenfor, kan en for sen svitsjing føre til at signalet som mottas av A2 blir for svakt. Hvis det mottatte signal er svakt, ville utgangssignalet fremkomme som for-vrengt eller nedstøyet. For å bestemme det beste svitsje-punktet, er det imidlertid ikke tilstrekkelig å ganske enkelt måle signalstyrken mottatt ved hver mottaker og så velge den sterkeste av disse. Dette kan føre til en misvi-sende indikasjon på det beste signal, og dermed til en gal svitsjeposisjon. Én av grunnene for dette er interferens forårsaket av det transmitterte signal som ankommer antennen indirekte, det vil si ved at det er reflektert fra et annet objekt. Dette fenomen, kjent som flervei (multipath), resulterer i at det direkte og det indirekte signal har tatt forskjellige veier med forskjellige lengder for å an-komme mottakeren. Avhengig av forskjellen i veilengde, kan de to signalene interferere konstruktivt, dermed gi et sterkere signal, eller destruktivt, og dermed redusere signalstyrken. Når bilen er i bevegelse, kan denne forskjellen mellom veilengder videre bli forandret, og dermed kan signalstyrken variere mellom å være veldig svak og veldig sterk. Denne variasjonen gjør det vanskelig å bruke signal-styrke som den eneste nøyaktige indikator for hvilken mottaker som skal brukes for å skaffe tilveie utgangssignalet.

Systemet i den foreliggende oppfinnelse bestemmer det beste tidspunktet for å bytte fra én mottaker til den neste, basert på bilens posisjon relativt til antennen. Dette krever kunnskap om stasjonenes og bilens posisjon. Dette kan bestemmes på flere måter. På en racerbane kan dataene være tilgjengelig fra tidtakersystemet. Dette gjør det mulig å bestemme bilenes posisjoner nøyaktig til enhver tid. Det er imidlertid flere alternative måter å bestemme posisjonen på. I tillegg til velkjente systemer slik som GPS (Global Positioning System), vil det være mulig å bruke et skred-dersydd system for å skaffe til veie posisjonsinformasjon, for eksempel ved å benytte stasjonene i seg selv til å bestemme avstanden til bilene. Selv der nøyaktig posisjonsinformasjon ikke er tilgjengelig, er det fortsatt mulig å in-terpolere for å skaffe tilveie en estimert posisjon. I et racerbilløp følger bilene forhåndsbestemte posisjoner og baner, noe som muliggjør nøyaktig estimering av bilenes posisjon.

På en racerbane som kan være flere kilometer lang, kan stasjonene være langt fra hverandre og langt fra kontrolleren ved den sentrale lokasjon. Den enkleste måte å levere signalene mottatt av mottakerne til den sentrale kontrolleren på, er ved å koble hver mottaker direkte til kontrolleren, for eksempel via en kabel.

I et motorrace er det ønskelig å ha kameraer på mer enn én bil. Systemet kan gi flere biler muligheten til å sende ut videosignaler, ved at bilene transmitterer på forskjellige frekvenser. Der to eller flere biler befinner seg i mottaksområdet til samme stasjon, mottar antennen begge signalene .

Dette systemet kan videreutvikles til å åpne for flere kameraer selv om antall tilgjengelige frekvenser for transmisjon er begrenset, eller hvis det er et stort antall biler med i racet. Videre kan det være ønskelig å generere flere enn ett signal fra hver bil (for eksempel forover og bako-verutsyn eller et bilde av sjåføren). Under slike forhold kan det bli nødvendig med et stort antall kanaler. Hvis den tilgjengelige båndbredde er begrenset, er det mulig å benytte samme frekvens på forskjellige biler. Dette er mulig så lenge biler som transmitterer på samme frekvens er tilstrekkelig atskilt, slik at stasjonen som plukker opp signalet fra én bil ikke plukker opp en signifikant mengde av signalet fra en annen bil som transmitterer på samme frekvens. Dette kan oppnås ved å monitorere bilenes posisjoner, og der to biler som bruker samme frekvens står i fare for å komme så nær hverandre at de kan interferere med hverandre, vil kontrolleren instruere transmitteren på bilen til å bytte til en annen frekvens som ikke brukes av en annen bil i nærheten eller til å stoppe transmitteringen. Posisjonsinformasjonen som brukes til å bestemme svitsjingen mellom stasjonene, kan også bli brukt til å bestemme frekvensallokasjoner på transmitterne. På denne måten kan flere biler ved forskjellige posisjoner rundt på banen bruke den samme frekvens samtidig. Dette representerer en be-tydelig fordel i forhold til det helikopterbaserte system som bare kunne benytte en enkelt transmitter per frekvens. I tillegg benytter hver transmitter i den foreliggende oppfinnelse bare en enkelt frekvens i stedet for to, slik det kreves i helikoptersystemene, det vil si én for å transmittere til helikopteret, og én for å overføre til den jordba-serte mottaker.

Ved å ha separate forbindelser mellom hver mottaker og den sentrale kontroller, fører dette til svært mange potensielt veldig lange kabler mellom mottakerne og den sentrale kontroller. Derfor, i en alternativ utførelse av den foreliggende oppfinnelse, brukes et felles bussystem som alle mottakerne er tilknyttet. I sin enkleste form består dette av to forbindelser: en A-linje og en B-linje, der hver linje er kapabel til å bære et videosignal. Disse to linjer er tilordnet til å koble den sentrale lokasjon til hver av et antall noder. I stedet for at linjen går fra den sentrale lokasjon til hver node, er imidlertid linjene koblet fra den sentrale lokasjon til den første node og så fra den første node til den andre node og så videre til den siste node som fortrinnsvis er koblet tilbake til den sentrale lokasjon, slik at det utformes en ring. Hver mottaker kan ha dens egen node eller en node kan betjene mer enn én mottaker. For et sett som for eksempel består av 20 mottakere, kan fem noder hver betjene fire mottakere som er direkte koblet til hver node.

Figur 5 viser et eksempel på hvordan en node, til hvilken to mottakere de to stasjoner mottaker signalene skaffet til veie av antenne A2 og A3, er koblet. Som vist skjematisk i figur 5, kan signaler fra hver mottaker kobles enten til A-linjen, B-linjen eller til ingen av dem (NC). Med henvisning til figur 2, når bilen ankommer posisjon Pi, mottas signalet transmittert fra bilen av A2 som, slik det er vist i figur 5, er koblet til A-linjen. Det mottatte signal forflytter seg så langs linjen fra node til node til signalet er mottatt av den sentrale lokasjon. Mens bilen fortsetter forbi P2, er signalet transmittert fra bilen så mottakbart hos A3, og svitsjen i noden kobler signalet fra mottakeren for antenne 3 til B-linjen. Det mottatte signal fra A3 går så fra node til node langs B-linjen igjen tilbake til den sentrale lokasjon. Dermed, mellom posisjonene P2 og P4, er den sentrale lokasjon forsynt med to videosignaler som til-svarer signalene mottatt av henholdsvis antenne A2 og A3. Som vist i figur 4, er den sentrale lokasjon utstyrt med svitsjemidler. Svitsjemidlene gir ut videosignalet fra A eller B-linjene i henhold til et kontrollsignal fra en kontroller. I denne utførelsen består kontrollsignalet av datameldinger sendt fra kontrollprogramvaren på en datama-skin. Programvaren velger hvilket av videosignalene på A-linjen og B-linjen som skal velges. Derfor kontrollerer programvaren initielt svitsjen til å velge signalet fra A-linjen, så når bilen passerer punkt P3, sender programvaren en melding til svitsjen slik at utgangssignalet korresponderer med signalet mottatt på B-linjen (det vil si det mottatt av antenne A3) .

To synkroniserere er også med for å sikre at synkronise-ringspulsene til videosignalene på A-linjen og B-linjen stemmer overens. Når en svitsjekommando er sendt, venter svitsjeren til neste blanke intervall i det pågående videosignal og svitsjer så mellom A-linjen, eller vice versa. For å unngå bildeforvrengning, slik som at bildet ruller, kan et rammelager benyttes når man svitsjer mellom å legge ut signaler fra én mottaker til den neste. Bruken av rammelager unngår problemene med at rammene i de to signalene ikke er synkronisert.

Mens bilen fortsetter, vil signalet fra A2 falle bort. Når bilen så kommer innenfor området til A4, vil noden til hvilken A2 er koblet bli koblet av fra A-linjen, og i stedet vil noden til hvilken A4 er koblet, koble signalet mottatt av A4 til A-linjen, slik at både A-linjen og B-linjen oversender signaler fra bilen. Ved riktig tidspunkt sender programvaren igjen en melding til svitsjen i den sentrale lokasjon om å svitsje fra å sende ut signalet på B-linjen til å sende signalet på A-linjen (som korresponderer med signalet mottatt av A4) . Denne prosessen repeteres mens bilen fortsetter rundt på banen ved at A-linjen og B-linjen alternerer med å skaffe tilveie utgangssignalet. Det nøyak-tige tidspunktet for å koble fra én mottaker (for eksempel A2) og koble på den neste mottaker til samme linje (for eksempel A4), er ikke essensielt så lenge signalet på denne linjen ikke benyttes. Frakoblingen av A2 fra A-linjen kan for eksempel forekomme så snart signalet mottatt av A2 er for svakt eller man kan vente til signalet fra A4 er tilstrekkelig sterkt.

Figur 5 indikerer at med en gang RF-signalet er mottatt, konverteres det til et basisbånd videosignal. A-linjen og B-linjen er derfor uavhengig av den mottatte frekvens, og kan derfor brukes til transmisjon av videosignaler fra mer enn én bil. A/B-linjeparet er imidlertid bare kapabel til å transmittere de to videosignaler som er påkrevet når man følger kun én bil rundt på banen. Derfor, for å gjøre det mulig å følge to forskjellige biler rundt på banene, kan man innføre et separat linjepar, for eksempel en C-linje og en D-linje.

Igjen, fordi C/D-linjeparet er uavhengig av frekvens, kan de brukes til å transmittere videobilder fra en bil som transmitterer på en hvilken som helst frekvens i det bestemte mottaksbånd. Den andre bilen kan transmittere på samme frekvens som bilen som benytter A/B-linjeparet. Bilene må imidlertid befinne seg på forskjellige områder på banen, slik at RF-signalet fra de to bilene som når mottakeren ikke interfererer med hverandre.

Dermed fører innføringen av et ekstra linjepar til en øk-ning i systemkapasiteten med en bil. Ytterligere par (E/F-liner, etc.) kan også legges til for å åpne for en tredje bil som man kan følge rundt på banen. Det er imidlertid fortsatt mulig at flere biler transmitterer samtidig uten å ha et andre (C/D-linje) system. I dette tilfellet er det imidlertid bare mulig å overføre signalet fra én av disse bilene av gangen der signalene mottatt av andre antenner fra andre biler ikke er tilkoblet A- eller B-linjene. Alternativt, hvis to biler som bruker den samme frekvens kommer for nær hverandre på banen, kan én av disse biler få tilsendt en melding om at den skal bytte dens transmisjons-frekvens, for derved å unngå interferens. I en alternativ utførelse av den foreliggende oppfinnelse kan mottakerne være tilkoblet et nett (for eksempel LAN). Nettet kan linke alle mottakerne eller bare en del av dem mot andre nett. På denne måten kan den sentrale kontroller instruere hvilke mottakere som skal sende deres mottatte signaler.

Layouten til mottakerstasjonene rundt banen krever nøye planlegging for å gi den nødvendige dekning med et optimalt antall stasjoner. I teorien vil det være mulig å ganske enkelt plassere et stort antall stasjoner med like stor avstand fra hverandre rundt banen for å sikre at signalet fra bilene kan detekteres i det minste én av dem ved alle banens posisjoner. En slik layout introduserer imidlertid andre problemer i systemet. Hvis stasjonene er plassert for tett, vil, i tillegg til de unødvendige tilleggskostnadene med å ha flere stasjoner enn nødvendig, kompleksiteten i forbindelse med svitsjing og systemkontroll økes fordi signalet fra en transmitter kan plukkes opp av flere antenner på en gang. Motsatt, når man har for få basestasjoner, kan dette føre til at det i områder av banen kan være dårlig kvalitet på det mottatte signal eller ikke signal i det hele tatt. For å oppnå konsistent dekning av hele banen med et minimum mottakere, vil stasjonen bli lagt ut som følger.

En typisk helixantenne gir et dekningsområde som er et 30 graders segment av en sirkel med et maksimumsområde på omkring 200 meter. Dekningsområdets "cutoff"-område er fra 30-60 meter avhengig av antennens høyde over bakken (fra henholdsvis 1,5 meter til 3 meter).

30-graderssegmentet av en sirkel er beskrevet som strå-lingsvidden til antennen, og er en spesifikasjon som gis av antenneprodusenten. Maksimumsområdet bestemmes av den mak-simale avstand der det mottatte effektnivå er tilstrekkelig

høyt til at man kan produsere et videosignal som kan kring-kastes. Minimum mottatt effektnivå som kan brukes til å kringkaste kvalitetsbilder er -60 dB.

Dekningsområdets "cutoff"-område er avstanden foran antennen der videosignalet løser seg opp (breaks up). Oppløs-ningen av videobildet forårsakes av en rask reduksjon i det mottatte effektnivå som et resultat av at det direkte signalet er kansellert av en refleksjon av det samme signalet fra bakken. Avstanden fra antennen der dette oppstår er avhengig av høyden på transmisjonsantennen og høyden til mot-taksantennen over bakken. "Cutoff"-punktets posisjon vil også være avhengig av frekvensen til RF-signalet. Mengden refleksjon og dermed dens effekt er avhengig av overflaten bølgen forflytter seg over så vel som av signalets bølge-lengde. Følgende refleksjonsformel er gitt:

Der P er den mottatte effekt uten refleksjoner, det vil si under frisiktsforhold, hr og ht er mottaker- og transmit-terhøyder i forhold til refleksjonsoverflaten og d er distansen mellom mottakeren og transmitteren. Refleksjonsoverflaten trenger ikke å være jordoverflaten. Den kan for eksempel være en vegg eller et hinder. I et slikt tilfelle er verdiene hr og ht distansen mellom refleksjonsoverflaten og de respektive antenner.

En analyse av refleksjonsformelen indikerer at for å maksi-mere dekningsområdet i nærheten av antennen, er det fordel-aktig å montere antennen lavt i forhold til bakken. RF-signalet dempes imidlertid etter hvert som antennen nærmer seg bakken, noe som reduserer dekningsområdets areal. Demp-ningen er et resultat av at jordoverflaten dekker deler av første Fresnelsone. Fresnelsoner omslutter den direkte strålingsveien mellom transmitteren og mottakeren. Den første Fresnelsone er sonen som omslutter nærmest den direkte strålingslinjen. Denne sonen er definert på en slik måte at lengden til en stråle som er avbøyet mellom transmitteren og mottakeren er mindre enn en halv bølgelengde av lengden til den direkte strålen. Når den største delen av signaleffekten passerer gjennom den første Fresnelsone, vil alle objekter, inkludert jordoverflaten, som befinner seg i denne sone føre til demping av det mottatte signal. Det gjøres derfor et kompromiss når antennen monteres. Vanlig-vis er en Grand Prix-bane omgitt av metallbatterier, kjent som Armco, som er omtrent 1 meter høye, eller med inngjer-dinger som er omtrent 3 meter høye. Antennene monteres en halv meter over Armco-en, slik at RF-signalet ikke dempes fordi det befinner seg i nærheten av metallstrukturen eller med dekkveggen foran. Derfor, fordi antennene er montert ut i fra disse hensyn, er den vanligste monteringshøyden for antennene 1,5 meter og 3 meter. Antennemonteringen bestemmes ved å gjennomgå den fysiske layout på hvert sted og bestemme begrensningsfaktorer som kan hindre optimal lokalisering av hver krets eller utføre en på-stedet kretsgjen-nomgang.

Når man har bestemt seg for antennehøyden, kan dekningsområdet, som ligger mellom antennerekkeviddens ytre grense (R4 - se figur 6) og indre grense (Ri, R2) , funnet ut fra det punkt der signal "drop out" oppstår, bestemmes. Etter å ha funnet dekningsområdet, er det nødvendig å også etablere en viss overlapp med dekningsområdet til tilstøtende stasjon for å sikre en myk overgang fra én stasjon til den neste. Det velges et område R3, som korresponderer til punktet der signalet fra den nærliggende antennen ikke lenger kan mottas, og et overlappingsområde mellom R3 og R4 defineres.

Når man i praksis bestemmer layouten til stasjonene rundt en bane, velges posisjonen til den første stasjon (Rxl) ved enden av en lang strekning, for eksempel start-/målstrekningen (se figur 7.1). Denne stasjon blir så etablert, hvis resultat gjør det mulig å etablere foregående (Rx34) og etterfølgende stasjon (Rx2).

I figur 7.1, er Rxl montert på en 3-meters høyde, og i henhold til refleksjonsformelen vil "drop out" punktet for denne stasjon være 60 meter foran antennen. Systemet er basert på en optimal overlappsone mellom mottakerne på 20 meter. Dette gjør det mulig for fluktuasjon i kjøretøyposi-sjonen ved det tidspunkt videosignalet svitsjes. Hvis ikke nøyaktig posisjonsinformasjon er tilgjengelig, kan over-lappsonene økes for å unngå muligheten for at signalet blir borte når det svitsjes fra én mottaker til den neste for tidlig eller for sent. Disse 20 meterne blir lagt til "drop out"-punktet, og etablerer punktet på banen der den neste stasjon kan skaffe til veie rene bilder (punktene A og B).

En linje blir så projisert fra den påfølgende stasjons opplukningspunkt på innsiden av banen (punkt A) i bildets kjøreretning, til sikkerhetsgjerdet ved maksimumsavstanden rundt banen. Den projiserte linje må representere en klar frisiktslinje fra transmitter til mottaker og må derfor ikke krysse noen hindringer slik som sikkerhetsgjerder, bygninger, trær eller andre objekter. Prosessen repeteres til punktet utenfor banen (punkt B). Som det kan ses i figur 7.1, kan den resulterende lokalisering være forskjellig fra den som allerede er funnet. Man bør også legge merke til at hvis mottaksstasjonen ble lokalisert ved posisjon A på sikkerhetsgjerdet, kunne man ikke oppnå en klar frisiktslinje for å plukke opp punkt B på grunn av sikkerhetsgjerdet på innsiden av sving 2 (turn 2).

Lokasjonen funnet gjennom denne prosessen må så evalueres for å oppnå en klar frisiktslinje gjennom hele det planlag-te dekningsområdet. Figur 7.1 indikerer at lokasjon C på sikkerhetsgjerdet er maksimumsavstanden rundt banen, hvor en klar frisiktslinje til punkt C på banen kan oppnås. Dette impliserer derfor at verken lokasjonene A eller B er brukbare for mottakerstasjonen. En siste sjekk er å sikre at lokasjon C fortsatt gir en klar frisiktslinje til det ønskede opplukningspunkt (pick up point). Når dette er be-kreftet, kan man etablere mottakerstasjonen på den ideelle geometriske lokasjon. Effekten av at strukturer i nærheten forårsaker at RF-signalet som reflekteres til mottakerstasjonen, må bestemmes ved å benytte refleksjonsformelen.

Denne effekten i forhold til stasjon RX1 må finnes før lokasjonen til foregående stasjon (RX34) kan bestemmes. Når man har beregnet maksimum opplukkingsavstand for mottakerstasjonen RX1, kan den foregående mottaker lokaliseres slik at den har et "drop out"-punkt 20 meter under denne avstanden (for å sikre korrekt overlapp). I figur 7.2 er RX1's foregående stasjon vist montert på 3 meters høyde, og må derfor lokaliseres ytterligere 60 meter under "drop out"-punktet. Figur 7.2 indikerer også prosedyren for å lokali-sere påfølgende mottakerstasjon RX2.

Figurene 7.3 og 7.4 indikerer hvordan refleksjonsformelen brukes i praksis. Man kan se klart i begge figurer at mot-takerantennehøyden (relativ til refleksjonsplanene - i dette tilfellet gjerdet) er en konstant verdi. I figur 7.3 er gjerdet som undersøkes (gjerde 1) parallell med kjøreret-ningen, og dermed blir også transmitterens høyde en konstant avstand. I figur 7.3 er den eneste variabel transmisjonsavstanden når det transmitterende kjøretøy beveger seg nærmere mottakerstasjonen. I figur 7.4 kan man se at høyden til senderantennen vil endres med transmisjonsavstanden, og derfor eksisterer to variabler. Refleksjonsformelen kompli-seres når man skal utføre beregninger relatert til avbøyde

gjerder (slik man må når man skal etablere mottakerstasjon RX3 i figuren). I dette tilfellet vil mottakerantennehøyden relativ til gjerdet også forandres kontinuerlig med trans-mis j onsavstanden, og derfor inneholder formelen 3 variabler .

Man bør legge merke til at "drop out"-avstandene som kalku-leres ut fra refleksjonsformelen, kan være veldig sensitive i forhold til små forandringer i antennehøyden relativt til det reflektive plan. Hvis transmitterhøyden for eksempel var 4 meter og mottakerhøyden 5 meter, vil det første "drop out"-punkt oppstå ved 333 meter (forutsatt en transmisjons-frekvens på 2,5 GHz). Hvis transmitterhøyden økes til 4,5 meter, vil det første "drop out"-punkt oppstå på 375 meter. Ut fra denne enkle kalkulasjon, kan det utledes at hvis kjøretøyet følger en annen vei rundt på banen, kan måten refleksjoner fra omgivelsene virker på mottakerstasjonen variere stort. Det indikerer også viktigheten av nøyaktig lokasjonsinformasjon for å sikre at den teoretiske system-planleggingen er så nøyaktig som mulig.

Et annet viktig punkt å ta hensyn til i refleksjonsformelen er RF-signalets bølgelengde og dermed også frekvensen. Hvis frekvensen ble satt ned til 2,4 GHz, ville det første "drop out"-punktet i eksempelet ovenfor oppstå ved 320 meter, som er en forskjell på 13 meter. Ut fra dette kan det utledes at systemoppsettet kan variere avhengig av transmisjonsfre-kvensen.

Når man har bestemt den teoretiske plassering til mottakerstasjonene ved å bruke passende RF-ligninger, er det også mulig å ta i betraktning de logistiske implikasjoner ved å installere stasjonene. Faktorer slik som plassering av pe-rimeteråpninger, generell tilgjengelighet, kabelavstander mellom mottakerstasjon og node, lokalisering av reklamepla-kater, lokalisering av strukturer der antennen kan monteres og sikkerhet ved stasjonene.

Figur 7.2 viser for eksempel at mottakerstasjonen RX34 er koblet til node 1 (NI). Kabelstrekket er omkring 40 meter, og vil gå relativt raskt å rulle ut, men det er et innkjø-ringspunkt like før stasjonen, slik at en grøft er nødven-dig for å grave ned kabelen for å beskytte den og for å gå klar av innkjøringen. Stasjonen kan ikke lokaliseres like før innkjøringspunktet fordi stolpen i gjerdet ville ha blokkert antennen. Derfor må mottakerstasjonen flyttes tilbake til omtrent samme lokalisering som node 1, slik at kabelen kan legges ut lett og over en kort avstand. Nettore-sultatet av dette ville være at man øker overlappingen med stasjon RX1, men redusere overlappen med RX33. Som dette eksempelet indikerer, må alle viktige faktorer tas hensyn til så tidlig i planleggingsprosessen som mulig, og fleksi-bilitet for mindre justeringer bør være bygget inn i plan-leggingen av systemet.

Den overfor nevnte innsiktingen av mottakerstasjonene er relatert til stasjoner som benytter antenner med smale de-teks jonsområder (for eksempel 30°) . Disse prinsipper kan imidlertid benyttes ved bruk av antenner som har større de-teks jons vinkler .

Hver stasjon består av i det minste én mottaker. Hver mottaker kan ha dens egne dedikerte antenne, eller stasjonen kan ha en enkelt antenne og en splitter for å separere de forskjellige frekvensene mottatt, for deretter å sende dem til de respektive mottakere. Stasjonene inneholder også filtre og demodulatorer (4), for å trekke ut videosignalet fra den mottatte mikrobølgetransmisjon. Videosignalet kan så sendes til den sentrale kontroller som et basisbåndsig-nal som inneholder videobildeinformasjon og audiosignaler modulert på separate underbærere. Alternativt kan systemet sende det signalet som faktisk ble mottatt av antennesta-sjonene, det vil si mikrobølgesignalet, tilbake til en sentral lokasjon hvor mottakerenhetene og demodulatorene ville vært lokalisert. Denne systemtypen ville kreve at RF-signalet ble modulert til fiberoptiske transportsystemer, og hver stasjon ville fortrinnsvis ha en dedikert fiberlink tilbake til den sentrale lokasjon.

Antennene er fortrinnsvis helixantenner, men disse kan er-stattes av hvilken som helst andre typer passende antenner (slik som beverhaleantenner, patcheantenner eller omnian-tenner) avhengig av lokasjonen og banens layout. For eksempel kan en omniantenne brukes til å dekke svinger, mens di-reksjonelle antenner brukes for rette strekninger. De di-reksjonene antennene har fortrinnsvis et vinkelområde mellom 30° og 120° avhengig av lokasjonen.

Selv om denne oppfinnelsen er beskrevet i forhold til ra-cerbaner, er den helt klart brukbar til andre forhold. Systemet kan brukes i en bane som ikke er lukket, for eksempel et "roadrace". Systemet kan videre benyttes i en hvilken som helst situasjon hvor transmisjon av video (eller andre bredbåndsignaler) fra et objekt i bevegelse til et stasjo-nært objekt er påkrevet. Et annet bruksområde kan være å transmittere bilder fra motorsykler eller biler (for eksempel politibiler) til mottakere i veikanten ved transmisjon til andre politibiler eller sentrale kontrollrom. Systemet kan til og med utvides til å tilveiebringe et mobilt video-kommunikasjons sys tem.

Selv om de ovenfor beskrevne utførelser refererer til kommunikasjon av videodata, er intensjonen at systemet også skal kunne brukes ved kommunikasjon av audio- og datasignaler og til og fra biler så vel som videosignaler tilbake til bilen. Når en kommunikasjonslink er etablert, som beskrevet ovenfor, er dette kun et spørsmål om å sende et signal til bilen gjennom den etablerte link i stedet for å motta fra den.

Claims (15)

1. Et kommunikasjonssystem, omfattende: en videosignalkilde og transmitter plassert på et mobilt objekt for å generere og transmittere nevnte videosignal på i det minste en første bærefrekvens, i det minste en første og en andre mottaker for å motta nevnte transmitterte videosignal på nevnte første bærefrekvens, nevnte første og andre mottaker har i det minste delvis overlappende deteksjonsområder og er lokalisert på atskilte lokasjoner,karakterisert ved• en posisjonsdetektor for å generere et posisjonssignal som indikerer posisjonen til nevnte mobile objekt og som bruker indikasjoner på, i stedet for parametre for, det mottatte videosignal og bærer, • en kontroller som respons på nevnte posisjonssignal, velger ett av videosignalene mottatt fra nevnte første og andre mottaker og legger ut nevnte valgte signal, der nevnte kontroller er lokalisert et annet sted enn i nevnte mobile objekt.

2. System i henhold til krav 1, karakterisert ved at kontrolleren endres fra å motta signalet mottatt fra nevnte første mottaker til nevnte andre mottaker når nevnte mobile objekt befinner seg ved en forhåndsdefinert avstand fra nevnte første mottaker.

3. System i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at første og andre mottaker har spiralformede antenner.

4. System som angitt i krav 3, karakterisert ved at antennene er arrang-ert ved en høyde i området fra 1,5 meter til 3 meter relativt til jordoverflaten.

5. System som angitt i et av kravene 1-4, karakterisert ved at transmitteren kan styres til å transmittere selektivt på flere frekvenser.

6. System som angitt i krav 5, karakterisert ved at transmisjonsfrekven-sen til transmitteren styres av kontrolleren.

7. System som angitt i hvilke som helst av de foregående krav, karakterisert ved at nevnte posisjonsdetektor bestemmer posisjonen til nevnte mobile objekt basert på informasjon skaffet tilveie av tidtakersystemet til en racerbane.

8. System som angitt i hvilke som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det omfatter i det minste én ytterligere transmitter plassert på i det minste ett ytterligere mobil objekt, der hver transmitter transmitterer videosignaler simultant til én eller flere av nevnte mottakere.

9. System som angitt i hvilke som helst av de foregående krav, karakterisert ved at mottakerne og kontrolleren er koblet sammen gjennom et nett.

10. System som angitt i krav 9, karakterisert ved at • nettet inneholder en første og en andre signallinje, • utgangen fra hver av mottakerne kan kobles, under kont-roll av nevnte kontroller, til den første, den andre eller ingen av nevnte signallinjer, slik at utgangen fra én av nevnte mottakere er koblet til den første signal-lin jen, og utgangen fra en annen av mottakerne er koblet til den andre signallinjen, og • nevnte kontrollmiddel legger ut signalet på signallinjen som er koblet til mottakeren som mottar det ønskede signal .

11. System som angitt i krav 10, karakterisert ved at kontrollmiddelet inneholder en ytterligere utgang koblet til signallinjen som ikke er koblet til den ønskede mottaker.

12. Fremgangsmåte for å kommunisere et videosignal mellom et mobilt objekt og en stasjonær lokasjon, hvor fremgangsmåten omfatter følgende trinn: å transmittere videosignalet på en første bærefrekvens fra en transmitter på det mobile objekt, å tilveiebringe i det minste første og andre mottaker på atskilte lokasjoner for å motta signalet fra transmitteren på nevnte første bærefrekvens,karakterisert ved trinnene • å bestemme lokasjonen til nevnte mobile objekt ved å bruke indikasjoner på, i stedet for signalparametre for, det mottatte signal eller dens bærer, • å velge signalet mottatt av en av første og andre mottaker for utlegging på nevnte stajsonære lokasjon på basis av lokasjonen til nevnte mobile objekt som funnet i nevnte trinn for å bestemme lokasjonen til nevnte mobile objekt.

13. Fremgangsmåte for å etablere et kommunikasjonssystem for å kommunisere et videosignal mellom et mobilt objekt utstyrt med en transmitter for å transmittere videosignalet på en første bærefrekvens og en stasjonær lokasjon som består av flere mottakere som hver har et deteksjonsområde for hvilket mottakeren er i stand til å motta signalet fra transmitteren på nevnte første bærefrekvens når transmitteren befinner seg i deteksjonsområdet, karakterisert ved følgende trinn: • å plassere en første mottaker på en første lokasjon, • å beregne en avstand fra nevnte første lokasjon, ved hvilken refleksjon fra en reflekterende overflate av et signal transmittert fra nevnte mobile objekt vil forårsake at det mottatte effektnivå ved nevnte første mottaker faller under et forhåndsdefinert nivå for å definere et første deteksjonsområde, • å bestemme en posisjon for hver påfølgende mottaker ved å beregne en avstand ved hvilken refleksjon den reflekterende overflate vil forårsake at det mottatte effektnivå faller under nevnte forhåndsdefinerte nivå for å bestemme et deteksjonsområde, og posisjonere nevnte på-følgende mottaker på en avstand fra den foregående mottaker slik at deteksjonsområdet til den påfølgende mottaker overlapper med deteksjonsområdet til den foregående mottaker for derved å utforme en kontinuerlig stripe, innenfor hvilken signalet fra transmitteren er mottakbar for i det minste én av mottakerne, • å tilveiebringe midler hvorved signalet mottatt av nevnte i det minste ene mottaker kan tilveiebringes til nevnte stasjonære lokasjon, og • å tilveiebringe midler for å bestemme posisjonen til nevnte mobile objekt ved å bruke indikasjoner på i stedet for parametre for det mottatte signal og bærer, og å kontrollere svitsjingen mellom mottakerne på basis av den bestemte posisjonen.

14. Fremgangsmåte for å etablere et kommunikasjonssystem som angitt i krav 13, karakterisert ved at nevnte reflekterende overflate er jordoverflaten.

15. Fremgangsmåte for å etablere et kommunikasjonssystem som angitt i krav 13, karakterisert ved at posisjonene til hver mottaker er bestemt av: • å bestemme en første sone med mulige posisjoner for mottakeren basert på en forhåndsdefinert mengde overlapp av deteksjonsområdene til den aktuelle mottaker og foregående mottaker, • å bestemme en delmengde av den første sone med mulige lokasjoner for mottakeren for å bestemme en andre sone med praktiske lokasjoner for å montere mottakeren, • å eliminere de lokasjonene i den andre sone, i hvilken deteksjonsområdet til mottakeren ikke dekker alle de nødvendige lokasjoner til transmitteren ved å ta hensyn til jordoverflatetopologien i deteksjonsområdet til mottakeren og alle obstruksjoner deri for å definere en tredje sone, og • å plassere mottakeren i den tredje sone.