Übertragungseinrichtung für ein simuliertes Einseitenbandsignal Die Erfindung bezieht sich auf eine Übertragungs einrichtung für ein simuliertes, d. h. nicht durch einen Modulationsvorgang erzeugtes Ein-Seitenband-Signal. Die Erfindung besitzt besondere Vorteile, wenn sie bei Signalsystemen, die aus Abfrageeinheiten und Antworteinheiten aufgebaut sind, angewendet wird, sie ist jedoch auch sehr zweckmässig bei gewissen Problemen der Fernmessung.
Ein verbessertes, aus Abfrageeinheiten und Ant worteinheiten aufgebautes Signalsystem ist -bekannt. Dieses System kann drahtlos ein Abfragesignal zwi schen einer Abfrageeinheit und einer von einer An zahl von passiven Antworteinheiten übertragen, wenn sich die beiden Einheiten relativ zueinander bewegen.
Aus dem aufgenommenen Abfragesignal erzeugt die Antworteinheit ein Antwortsignal, welches die be treffende Antworteinheit eindeutig identifiziert und/ oder einen oder mehrere der Antworteinheit zu geordnete Zustände anzeigt. Ein praktisches Anwen dungsgebiet eines solchen Signalsystems ist das Ge biet des Fahrzeug- oder Eisenbahnwesens, um einen einzelnen eine Antworteinheit tragenden Wagen zu identifizieren, der sich längs einer Spur bewegt, an der eine Abfrageeinheit angeordnet ist. Die Antwort einheiten können sehr klein und unaufwendig ge halten werden, und da sie passiv sind, benötigen sie keinen Netzanschluss oder Batterieanschluss.
Ein-Seitenband-Übertragungssysteme (ESB-Sy- steme) sind in zahlreichen Typen bekannt. Derartige Systeme sind im allgemeinen den Doppel-Seitenband- Systemen (DSB-Systeme) darin überlegen, dass sie zum erbertragen einer gleichen Menge an Information eine geringere Bandbreite benötigen. Diese Ein sparung-in der Bandbreite ergibt nicht nur zusätzliche Möglichkeiten bei der Radioübertragung, sondern steigert auch den Wirkungsgrad des betreffenden Systems, da eine Reduktion in der Bandbreite zu einem bemerkenswerten Leistungsanstieg in dem die übertragene Energie aufnehmenden Abstimmkreis führt.
Ein übliches DSB-System mit Amplituden modulation mit einer Trägerfrequenz von beispiels weise 200 kHz benötigt 10 kHz Bandbreite, falls Nie derfrequenzen zwischen 0 bis 5 kHz aufmoduliert werden sollen. Falls das System zu einem ESB-System umgewandelt wird, reicht eine Bandbreite von nur S kHz zum erbertragen der gleichen Informationen aus.
In dem eingangs erwähnten, bekannten System liefert eine Abfrageeinheit, im wesentlichen bestehend aus einem mit einem Modulator kombinierten Sender, an eine Sendespule ein Hochfrequenz-Abfragesignal. Dieses Signal besteht aus einem Träger mit einer An zahl von darauf modulierten NF-Signalen. Sobald sich eine Antworteinheit dem von der Sendespule aus gestrahlten Energiefeld nähert, d. h. sobald ein eine Antworteinheit tragender Wagen sich der Sendespule nähert, wird das Abfragesignal von der Antwortein heit aufgenommen und dort demoduliert. Die sich durch die Demodulation ergebende Energie dient zum Erzeugen eines Antwortsignales, das auf einer Hoch frequenz liegt, die von der Frequenz des Abfrage signales verschieden ist.
Jede Antworteinheit spricht ebenfalls auf die NF-Signale an; die sich durch die Demodulation des Abfragesignäles ergeben. Es wer den selektiv einzelne der Niederfrequenzen aus dem. Gemisch der NF-Komponenten ausgefiltert und an dere durchgelassen, so dass sich eine für jede be stimmte Anxworteinheit spezifische und eindeutige Gruppe von NF-Signalen ergibt, die als Modulationen des Antwort-Trägersignales erscheinen.
Durch De- modulation des Antwortsignales in einem Empfänger und durch eine Ermittlung derjenigen Niederfrequen zen, die anwesend sind bzw. die fehlen, kann die Identität der betreffenden Antworteinheit und da mit die Identität des diese Einheit tragenden Wagens bestimmt werden. Der Empfänger für das Antwort signal kann in der Nähe der stationären Abfrage einheit angeordnet sein, so dass die Identität der vorbeilaufenden Wagen an jeder der stationären Emp fängerstationen bekannt wird.
ESB-Signale sind bislang auf zwei verschiedene Weisen erzeugt worden. Die bekannteste Technik zum Erzeugen derartiger Signale liegt darin, eine Träger frequenz mittels eines üblichen Modulators zu modu lieren (wodurch sich DSB-Modulation ergibt) und sodann die unerwünschten Seitenbänder und/oder manchmal auch den Träger auszufiltern. Bei einer alternativen bekannten Technik wird der Träger in einem System balancierter Modulatoren moduliert, das so angeordnet ist, dass die unerwünschten Seiten bänder gar nicht erst im Ausgang des Systems er scheinen.
In beiden Fällen sind Modulatoren not wendig, d. h. selbst wenn man das Prinzip der ESB- Modulation auf das bekannte System übertragen wollte, würde man auch einen Modulatorkreis be nötigen, ebenso wie auch Oszillatoren zum Erzeugen der zum Modulieren benötigten NF-Signale.
Bei sämtlichen ESB-Techniken, die bisher be kannt geworden sind, wird ein kontinuierliches Band im Spektrum benützt, wahrscheinlich deshalb, weil die Übertragung von Sprache und Musik, die bei der artigen Systemen im allgemeinen im Vordergrund steht, ein solches kontinuierliches Band erforderlich macht.
Das bekannte System benötigt nicht die Ver wendung eines kontinuierlichen Bandes für die NF Signale, sondern im Gegenteil liegt ein wichtiges Merkmal des Systems zur Sicherstellung der Genauig keit der Identifizierung darin, dass Daten durch das System übertragen werden, die nur von der Gegen wart oder Abwesenheit zahlreicher diskreter und separater NF-Signale abhängen, nicht dagegen von dem Wert der Frequenz oder der Amplitude eines der NF-Signale.
Die mit der Erfindung vorgeschlagene Über tragungseinrichtung enthält einen Oszillator zum Er zeugen eines Trägersignales und eine Anzahl von Seitenband-Oszillatoren, deren Frequenzen sich von der Trägerfrequenz unterscheiden, sowie Bemessungs und Addiereinrichtungen zum Kombinieren der Ausgangssignale sämtlicher Oszillatoren zu einem zu sammengesetzten Ausgangssignal, das in eine Aus gangsleitung eingespeist wird, wobei das Trägersignal so bemessen ist, dass seine Amplitude grösser ist als die von irgendeinem Seitenbandoszillator gelieferte Amplitude.
Die Frequenz eines jeden der Seitenbandoszillato ren kann sich von der Frequenz des Trägersignales um einen unterschiedlichen Betrag unterscheiden. Weitere Einzelheiten und Vorteile werden nach folgend in Ausführungsbeispielen der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
In den Zeichnungen stellen dar: Fig. 1 ein Schaltdiagramm, teilweise in Block form, für die Anwendung eines ESB-Systems für das grundlegende, bekannte Signalsystem, Fig. 2 eine graphische Darstellung zur Erläute rung des Aufbaus des ESB-Signales, das in Fig. 1 ver wendet wird, Fig. 3 ein elektrisches Diagramm, teilweise in Blockform, für die Anwendung eines synthetischen ESB-Signales in Verbindung mit dem grundlegenden, bekannten Signalsystem, Fig. 4 ein elektrisches Diagramm, teilweise in Blockform, zur Erläuterung der Anwendung der Er findung für ein verbessertes Fernmesssystem.
Fig. 1 zeigt das grundlegende, bekannte System nach Modifikation mit bekannten ESB-Techniken zum Erzeugen' einer ESB-Übertragung. Eine Träger frequenz f, wird in einem Trägeroszillator 101 er zeugt und in den Eingangskreis eines klassischen van-der-Bijl-Modulators eingespeist, welcher sich innerhalb des gestrichelt angedeuteten Blocks 102 befindet. Eine Anzahl von NF-Trägern, die auf den Träger f, amplitudenmoduliert werden sollen, werden von einer entsprechenden Anzahl von NF-Oszillato- ren 104, 104 und 105 erzeugt. Die Ausgangssignale dieser Oszillatoren werden, indem sie in Serie ge schaltet werden, einander überlagert und dann in den Gitter-Kathodenkreis des Modulators 102 eingeführt.
Es sind zwar in Fig. 1 nur drei solcher Oszillatoren gezeigt, in der Praxis werden jedoch sehr viel mehr solcher Oszillatoren benutzt, in einem typischen Aus führungsbeispiel beispielsweise fünfzehn Oszillatoren zum Erzeugen von fünfzehn Kanälen oder einem fünf- zehnziffrigen digitalen Schlüssel.
Der Ausgang des Modulators 102 ist ein üb liches DSB-amplitudenmoduliertes Signal. Falls fn die höchste der als NF-Träger auf den Träger auf zudrückenden Niederfrequenzen ist, reicht das Aus gangssignal des Modulators 102 von einer unteren Grenze von (fc-fn) zu einer oberen Grenze von (fc+fn), so dass sich eine Bandbreite von 2f. ergibt. Um die unteren Seitenbänder zu entfernen, ist ein Filter 107 vorgesehen, das die Frequenzen zwischen f, und (fc-fn) sperrt. Der Träger und die oberen Seitenbänder werden sodann in einem üblichen Lei stungsverstärker 108 verstärkt und zu einer Sende spule 109 geleitet, von der aus eine Leistungsinduk tion in den Antworteinheiten erfolgt, sobald sich die Antworteinheiten in der Nähe der Sendespule befin den.
Zahlreiche andere Modulatoren können anstatt des hier gezeigten van-der-Bijl-Modulators benutzt werden, wie z. B. Anodenmodulation oder Gittervor spannungsmodulation oder Kathodenkreismodulation eines Klasse-C-Verstärkers.
Fig.2 ist eine graphische Darstellung des Fre- quenzspektrums des an dem Verstärker 108 angeleg ten Signales. In diesem Spektrum ist der ESB-Aus- gang in ausgezogenen Linien und das ausgefilterte untere Seitenband in gestrichelten Linien dargestellt. Der Bereich a zeigt die Bandbreite des den Träger und das obere Seitenband enthaltenden Teiles, der zum Verstärker 108 und zur Spule 109 gelangt, wäh rend der Bereich b die Bandbreite des durch das Filter 107 ausgefilterten Teiles wiedergibt.
Die Spule 109 liefert ein Energiefeld, das in der Lage ist, Signalspannungen in jeder Antworteinheit zu induzieren, sobald diese sich in das Energiefeld der Spule 109 hineinbewegt hat. Bei dem ESB-Signal, das die Abfrageeinheit nach Fig. 1 liefert, sollte der Schwingkreis 120 der Wiedergabeeinheit 121 so ab gestimmt sein, dass er den Träger und die oberen Seitenbänder erfassen kann.
Die über dem Kreis 120 vorhandene modulierte Trägerspannung wird mittels eines Dioden-Gleichrichters X-1 und eines Konden- sators C-1 gleichgerichtet, wodurch sich ein zusam mengesetztes Signal ergibt, das sämtliche in den NF-Oszillatoren der Abfrageeinheiten erzeugten Nie derfrequenzen enthält sowie weiterhin eine Gleich spannung, die aus der Demodulation des Trägers f, herrührt und der die NF-Signale überlagert sind. Ein in Serie geschaltetes Netz aus einem Widerstand R-1 und einem Kondensator C-2 kann dazu dienen, eine Abschneidung und eine Kreuzmodulation der NF Signale zu verhindern.
Die zusammengesetzte Spannung zwischen den Klemmen<I>A</I> und<I>B</I> wird mittels eines oder mehrerer Niederfrequenzfilter 124 und 125 verschlüsselt. Die Niederfrequenzfilter sind auf jeweils -eine bestimmte der vorhandenen Niederfrequenzen abgestimmt, um diese in der dem Oszillator 130 zugeführten Span nung zu unterdrücken. Die gleiche Spannung wird über den Oszillatorkreis 131 in den Kollektor-Emit ter-Kreis eines Transistors T-1 gegeben, wodurch ein Stromfluss durch den Transistor und den Schwing kreis hervorgerufen wird.
Da die Spannung zwischen den Punkten C und D sämtliche Niederfrequenzen enthält, ausser den durch die Filtereinheit 124 und 125 ausgefilterten, ist das von dem Oszillator 130 ge lieferte Antwortsignal mit sämtlichen Niederfrequen zen, ausser den in der Antworteinheit ausgefilterten, moduliert. Der Oszillator 130 ist nur eine beispiels weise Ausführungsform. Die Spannung im Oszillator kreis wird über eine Rückkopplungsspule 135 zur Basis des Transistors T-1 zurückgekoppelt, um in be kannter Weise die Schwingungen bei der durch die Konstanten des Kreises 132 bestimmten Frequenz aufrechtzuerhalten.
Wenn eine Antworteinheit sich über einen be stimmten Abstand hinaus von der Sendespule entfernt hat, werden die in dem Eingangskreis 120 der Ant worteinheit induzierten Signale zu schwach, als dass sie noch den Oszillator speisen könnten. Bei etwas kürzeren Entfernungen kann dann zwar eine Er regung auftreten, jedoch können die Antwortsignale schwach unterbrochen oder unzuverlässig sein. Erst bei kürzeren und kürzesten Abständen wird genug Leistung in jeder Antworteinheit induziert, um zu bewirken, dass ausreichend leistungsstarke Antwort signale auftreten. Mittels automatischer Verstärkungs steuerung lässt es sich ermöglichen, dass sämtliche Antwortsignale so lange ignoriert bleiben, bis sie einen bestimmten Schwellenwert überschritten haben.
Bevor nun die Schaltung nach Fig. 3 besprochen wird, möge daran erinnert werden, dass ein konti nuierliches Bandenspektrum für den Betrieb des be kannten Signalsystems nicht notwendig ist. Aus die sem Grunde kann eine sehr einfache und verbesserte Abfrageeinheit benutzt werden, die ein gleichwirken des Signal ergibt, wie es die kompliziertere, in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung an die Sendespule liefert. Da die in einem Signalsystem der hier erläuterten Art verwendeten NF-Signale bekannt und unveränderlich sind und aus einer Serie von diskreten und gesonder ten Niederfrequenzen bestehen, kann das ESB-Signal der Fig. 2 auch nach Art der Fig. 3 erzeugt bzw. simu liert werden, wobei sich die erwähnten Vorteile er geben.
In der Darstellung der Fig. 3 werden die diskreten Frequenzkomponenten, die zusammen das simulierte ESB-Signal bilden, direkt durch Kristall oszillatoren 301, 303,- 304 und 305 gebildet. Der artige Kristalloszillatoren lassen sich sehr genau steuern und können mit besserer Genauigkeit und mit besserer Driftfreiheit hergestellt werden als NF-Oszil- latoren. Weiterhin benötigen Hochfrequenzoszillato ren kleinere und sehr viel leichtere Schaltungskompo nenten in ihren Abstimmkreisen, und darüber hinaus lässt sich ein gewünschter Q-Faktor bei einem Hoch frequenzkreis sehr viel leichter erzeugen als bei einem NF-Kreis.
Ein Oszillator, der die erwähnten Anforderungen erfüllt und an die Stelle der Oszillatoren 301, 303, 304 und 305 in Fig. 1 treten kann, ist bekannt, so dass auf das Ausführungsbeispiel eines solchen Oszil- lators hier nicht mehr eingegangen werden soll.
Die Ausgangssignale der Oszillatoren in Fig. 3 werden in einem Addierkreis, -der einen Rückkopp lungsverstärker 302 mit Rückkopplungsimpedanz R-302 enthält, summiert. Die Summier- oder Bemes sungswiderstände R-301, R-303, R-304 und R-305 sind relativ zueinander so ausgewählt, dass die ge wünschten relativen Amplituden zwischen der Träger frequenz und den Seitenbandfrequenzen auftreten, um die gewünschte prozentuale Modulation im Ausgangs signal zu erzeugen. Keine Modulatorstufe ist bei der Schaltung nach Fig. 3 notwendig.
Von den Ausgangs klemmen des Verstärkers 302 wird das ESB-Signal über einen linearen Leistungsverstärker geleitet. Der Verstärker arbeitet linear, um die Bemessungen der Trägeramplituden und der Seitenbandamplituden zu erhalten. Nach Verstärkung wird das Signal in die Sendespule 109 eingespeist. Das auf diese Weise er zeugte ESB-Signal kann hinsichtlich der Frequenz gruppierung identisch dem durch die Vorrichtung nach Fig. 1 erzeugten ESB-Signal sein, so dass die Antworteinheit 121 in der gleichen Weise, wie das bereits weiter oben beschrieben ist, auf ein solches Signal anspricht.
Es soll aber noch hervorgehoben werden, dass die sehr viel genauere Frequenzsteue rung, die in wirtschaftlich sehr leicht tragbarer Weise mit den Hochfrequenz-Kristalloszillatoren der Fig. 3 möglich ist, dazu führt, dass von der Antworteinheit sehr viel leistungsstärkere und zuverlässigere Antwort signale geliefert werden.
In einem speziellen Ausführungsbeispiel, das nach dem Prinzip der Fig. 3 ausgeführt wurde, wurde eine Frequenz von 90 kHz als Abfrageträgerfrequenz benutzt, der Hochfrequenzen von 90,500 kHz, 90;590 kHz usw. bis 92,195 kHz überlagert waren. Der Abstimmkreis auf der Eingangsseite der Antwort einheit war auf das Band von 90 kHz bis 92,195 kHz abgestimmt und speiste einen Oszillator auf der Aus gangsseite der Antworteinheit, der eine Trägerfre quenz von 235 kHz lieferte.
Ein DSB-amplituden- moduliertes Empfängersystem für den Antwortträger war auf eine Mittelfrequenz von 235 kHz mit einem Eingangspassband von 232,8 kHz bis 237,7 kHz ab gestimmt. Dieses Empfängersystem produzierte die folgenden NF-Signale, die, wie man erkennt, so<B>zu-</B> einander gestaffelt sind, dass sie in keiner harmoni schen Beziehung zueinander stehen: 500, 590, 695, 820, 965; 1140, 1340, 1580, 1865, bis 2195 kHz.
Die Antworteinheit des in Fig. l gezeigten Typs lässt sich sehr gut mit einer Übertragungseinrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung verwenden.
Durch die Demodulation der Trägerfrequenz und der verschiedenen Seitenbandfrequenzen in einem li nearen Detektor kann eine gewisse Störung auftreten, wenn ESB- anstelle von DSB-Übertragung benutzt wird. Daher wird bei der Antworteinheit der Fig. 1 und 3 eine gewisse Verzerrung in die NF-Signale, die eventuell auf den Antwortträger aufmoduliert sind, eingeführt. -Diese Verzerrung kann sehr gering ge halten werden, wenn die prozentuale Modulation klein gemacht wird, und bei den meisten Anwendungs gebieten ist die in solcher Weise eingeführte Verzer rung in keiner Weise kritisch.
Bei dem oben erwähn ten typischen Ausführungsbeispiel kann man einen momentanen Spitzenwert der prozentualen Modula tion von 45 1/o (mittlere prozentuale Modulation 11,60/o) als typisch ansehen. Eine derartige prozen tuale Modulation lässt sich erhalten durch eine Aus wahl der Bemessungswiderstände in solcher Weise, dass jedes der fünfzehn NF-Signale auf 3 0/o der Amplitude des Abfrageträgers begrenzt wird.
Während, soweit bekannt ist, sämtliche bisher bekannten ESB-Systeme sämtliche Seitenbandfrequen zen auf der gleichen Seite der Trägerfrequenz an geordnet hatten, ist die vorliegende Übertragungsein richtung auf eine solche Anordnung nicht beschränkt. In dem Vorliegenden soll der Ausdruck ESB-Über- tragungssystem auch solche Systeme einschliessen, bei denen die Seitenbänder zwar nicht symmetrisch um den Träger herum angeordnet sind, bei denen jedoch sowohl Seitenbänder von höherer Frequenz als auch von niedrigerer Frequenz als die Träger frequenz anwesend sind.
Wie bereits erwähnt, ist die vorliegende Über tragungseinrichtung nicht nur in Verbindung mit dem erwähnten, aus Abfrageeinheiten und Antworteinhei ten aufgebauten, Signalsystem nützlich, sondern auch bei zahlreichen Formen der Radiofernmessung. Fig. 4 zeigt einen ESB-Sender, der dem in Fig. 3 dargestell ten Sender entspricht mit der Ausnahme, dass die Oszillatoren 403, 404 und 405 nicht bei einer fest gelegten Frequenz kristallgesteuert sind, sondern frequenzvariabel nach Massgabe von drei Einzelheiten von zu übertragenden Daten gemacht sind.
Die über tragung erfolgt vermittels dreier Spannungen<I>d f 1,</I> <I>d</I> f2 und 4 f3, die von drei Eingangsklemmen 423, 424 und 425 her angelegt werden. Die Amplituden der Ausgangssignale der Oszillatorkreise 403, 404 und 405 werden nach Massgabe der Werte in drei weiteren Datenkanälen gesteuert, in die drei weitere Spannungen von den drei weiteren Eingangsklemmen 433, 434 und 435 aus eingeführt werden.
Damit wird sowohl eine Frequenzmodulation als auch eine Ampli tudenmodulation auf die durch die Oszillatoren 403, 404 und 405 erzeugten Hochfrequenzseitenbänder ausgeübt. Zahlreiche Methoden zum Steuern der Oszillatoramplitude und Oszillatorfrequenz nach Massgabe der variablen Eingangsspannungen sind bekannt, so dass sie an dieser Stelle nicht mehr in Einzelheiten erläutert zu werden brauchen.
Die frequenz- und amplitudenmodulierten Signale aus den Oszillatoren 403, 404 und 405 sowie das von dem Trägerfrequenz-Oszillator 401 gelieferte Signal werden über Bemessungswiderstände R-401, R-403, R-404 und R-405 an einen Rückkopplungsverstärker 402 geführt, der durch Summierung dieser Signale das gewünschte ESB-Signal bildet. Das Signal wird dann in einem linearen Verstärker 407 verstärkt und zur Ausgangsantenne 109 geleitet.
Das von der Empfangsantenne 411 aufgenom mene Signal wird verstärkt und, falls gewünscht, in dem Empfänger 412 umgesetzt und sodann einer Gruppe von selektiven Verstärkern zugeführt, von denen nur die Verstärker 413 und 414 in Fig. 4 ge zeigt sind. Jeder der selektiven Verstärker ist so aus gelegt, dass er das von einem der Seitenbandoszilla toren benutzte Frequenzband überdeckt. Beispiels weise verstärkt der selektive Verstärker 413 das Band zwischen<I>(f</I> ,+ f <I>1 +d</I> f <I>1)</I> und<I>(f</I> ,+ f <I>1-d f 1),</I> während der selektive Verstärker 414 das Band zwischen (f,+ f2+d f2) und (f,+ f2 -,J f2) verstärkt.
Der Aus gang aus einem jeden der selektiven Verstärker wird an einen Amplituden-Detektor, wie z. B. den Detek tor 416, zum Rückgewinnen der Amplitudenmodula- tion sowie an einen üblichen Begrenzer und Frequenz diskriminator 417 zum Rückgewinnen der Frequenz modulation angelegt. Die Modulationen, die beispiels weise an den Oszillator 403 von den Klemmen 423 und 433 aus angelegt sind, erscheinen daher beide als Ausgangssignale an den Klemmen 418 bzw. 419.
Durch simultane Verwendung von Amplituden- und Frequenzmodulation der Seitenbandoszillatoren ergibt. sich von Natur aus eine gewisse Kreuzmodula- tion. Das Ausmass dieser Kreuzmodulation lässt sich vermindern durch Verminderung der prozentualen Amplitudenmodulation und durch einen kleinen Fre quenzhub. Bei zahlreichen praktischen Anwendungs beispielen können die Modulationen so ausgelegt wer den, dass eine Kreuzmodulation etwa 30 db unter halb des Signalpegels des Informationssignals liegt, wodurch sich ein einzigartiges, sehr wirtschaftliches und in hohem Masse gebrauchsfähiges vielkanaliges Übertragungssystem im Fernmesswesen ergibt.