CH637254A5 - Bewegbarer funkempfaenger mit einem befehlssignalgenerator fuer eine kanalauswahlanordnung. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Funkempfänger gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Funkverbindungssystem, dessen Funkempfänger mit ( einem Befehlssignalgenerator der obengenannten Art versehen ist, ist z.B. aus der DE-OS 2631517 bekannt. Das logische Signal, das angibt, ob der Pegel des empfangenen Signals eine bestimmte Schwelle überschreitet oder nicht, wird bei dieser bekannten Anordnung unmittelbar der Kanalauswahlanordnung als Befehlssignal zugeführt.

Zufolge der Tatsache, dass der Pegel des empfangenen Signals dem mittleren Wert der Empfangs-Feldstärke entspricht, ist diese bekannte Anordnung nicht besonders zuverlässig,

weil sie nur wenig empfindlich ist für durch kurze grundsätzlich zyklische Änderungen der Empfangs-Feldstärke verursachte Störungen, wie sie insbesondere bei den VHF/UHF-Sendefrequenzen, die in der Phasen- oder Frequenzmodulationsanordnung benutzt werden, auftreten, und die durch den Empfang von Komponenten verursacht werden, die verschiedene Fortpflanzungswege gegangen sind. Die Frequenz dieser zyklischen Änderungen der Empfangs-Feldstärke ist dabei nicht konstant, sondern der Geschwindigkeit der sich bewegenden Empfangsstation proportional, während die Dauer jeder dieser Störungen unterhalb einer bestimmten Stärke des Empfangsfeldes dieser Geschwindigkeit umgekehrt proportional ist.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, einen Funkempfänger mit einem Befehlssignalgenerator für eine Kanalauswahlanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Befehlssignalgenerator eine grössere Zuverlässigkeit besitzt, so dass vom Zeitpunkt des Erscheinens der möglichst geringen Störungen an die selbsttätige Kanalauswahlanordnung eingeschaltet wird und eine bestimmte Empfangsgüte in der Empfangsstation aufrechterhalten bleibt.

Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst.

Der erfindungsgemässe Funkempfänger mit Befehlssignalgenerator eignet sich besonders für Anwendung in einem Funkverbindungssystem zwischen einem Zug und entlang der Eisenbahn verteilten festen Sendestationen, wobei es sich zeigt, dass trotz den erheblichen Geschwindigkeitsschwankungen des Zuges eine derart gute Empfangsqualität im Zug aufrechterhalten blieb, dass die Verbindung auch für Datenübertragung benutzt werden kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine FM-Funkempfangsanordnung mit einem Befehlssignalgenerator;

Fig. 2 und 3 Diagramme des erhaltenen Feldes als Funktion des Abstands zwischen dem Empfänger und einer Sendestation je entsprechend zwei Einbaumöglichkeiten des Befehlsgenerators im Empfänger.

Der in Fig. 1 vereinfacht dargestellte FM-Empfänger ist mit einer Empfangsantenne 1 und einem Teil 2 ausgerüstet, der einen Verstärker für die Verstärkung des erhaltenen hochfrequenten Signals enthält und ebenfalls eine Umsetzungsstufe für das verstärkte hochfrequente Signal nach einer niedrigeren Frequenz enthalten kann. Diese erste Mittelfrequenz, die je nach der erhaltenen Frequenz verschiedene Werte haben kann (drei Werte im betreffenden Beispiel), wird nach einer zweiten festen Mittelfrequenz in einer Mischstufe 3 umgesetzt, der je nach der erhaltenen Frequenz eine von drei an Quarzoszillatoren 4, 5,6 abgegriffenen Frequenzen zugeführt wird. Der Ausgang der Mischstufe 3 ist mit einem Amplitudenbegrenzer 7 verbunden, der aus zwei Verstärkerstufen 8 und 9 mit grosser Leistung besteht. Der Ausgang des Begrenzers 7 ist mit einem Frequenzdiskriminator 10 verbunden, der ein Niederfrequenzsignal erzeugt, das in einem Filter 11 gefiltert und anschliessend in einem Verstärker 12 verstärkt wird. Das Durchlassband des Filters 11 erstreckt sich z.B. von 0 bis 3 kHz entsprechend dem Band des übertragenen Nutzsignals.

Der Empfänger ist ausserdem mit einer selbsttätigen Kanalauswahlanordnung 13 versehen, die die drei Quarzoszillatoren 4, 5 und 6 zyklisch einschaltet, wenn diese Kanalaus

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wahlanordnung an ihrem Eingang 14 ein Befehlssignal erhält. Der Zyklus und die Schaltmomente werden auf bekannte Weise ausgehend von den Impulsen des Taktgebers erzeugt.

Der Empfänger kann sich in bezug auf feste Stationen bewegen, die mit gegenseitig verschiedenen Frequenzen ausstrahlen (drei im herangezogenen Beispiel). Der Befehlssignalgenerator ist in Fig. 1 mit 16 bezeichnet und erzeugt das Befehlssignal am Eingang 14 der selbsttätigen Kanalauswahlanordnung 13, wenn die Qualität der Rundfunkverbindung mit einer festen Sendestation, von der sich der mobile Empfänger entfernt, zurück geht, um die Verbindung mit einer anderen festen Sendestation herzustellen, die der Empfänger anfährt. Wie oben bereits erwähnt, ist es wichtig, dass der Qualitätsrückgang des Empfangs möglichst schnell detektiert wird.

Der Befehlssignalgenerator basiert auf der Erscheinung, die nachstehend mit Hilfe des Diagramms in Fig. 2 näher erläutert wird. In diesem Diagramm stellt die Kurve Ci den Verlauf des Feldes H dar, das an der Empfangsantenne 1 als Funktion des Abstands erhalten wird, der zwischen dem Empfänger und der Sendestation liegt, die sich am Punkt 0 befindet. Das Feld H ist jedoch nur in der Nähe des Punktes A dargestellt, und nach welchem Punkt das Problem der Empfangsverschlimmerung auftritt. Es zeigt sich, dass bei den bei Frequenzmodulation benutzten Frequenzen VHF/UHF das Feld, das die Kurve Ci darstellt, im Mittel abnimmt, wenn der Abstand grösser wird, dass es aber ausserdem von kurzen Schwächungen in der Feldstärke durch Interferenzen beeinträchtigt wird, die dadurch verursacht werden, dass das Signal auf verschiedene Wege zwischen der Sendeantenne und der Empfangsantenne fortgepflanzt wird. Der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schwächungen in der Feldstärke ist theoretisch gleich Â/2 bei Interferenzen zwischen dem Signal, das dem direkten Weg, und dem Signal, das einen Weg über ein einziges reflektierendes Hindernis geht: beispielsweise X/2 = 33 cm bei einer Frequenz von 450 MHz. Es sei Hi das Feld, über dem der Begrenzer 7 des Empfängers nicht mehr gesättigt ist. Dann ist ersichtlich, dass bei und nach dem Punkt A das empfangene Feld H von der Kurve Ci dargestellt wird, die kurzzeitige Werte unterhalb Hi annimmt. Bekanntlich bringt dieser Vorgang die Erscheinung von Geräuschimpulsen am Ausgang des Begrenzers 7 und somit an den Ausgängen des Frequenzdiskriminators 10 mit sich. Da im Mittel das Feld H bei sich vergrösserndem Abstand ansteigt, ist ersichtlich, dass die Dauer der Geräuschimpulse ebenfalls mit dem Abstand bei einer bestimmten Entfernungsgeschwindigkeit grösser wird. Diese Geschwindigkeit kann aber stark schwanken (beispielsweise wenn der sich bewegende Körper ein Zug ist), und es ist klar, dass die Frequenz der Geräuschimpulse der Geschwindigkeit proportional ist, während die Dauer umgekehrt proportional dieser Geschwindigkeit ist. Der Befehlssignalgenerator benutzt diese Geräuschimpulse zum Erzeugen eines Befehlssignals zur Steuerung der selbsttätigen Auswahl der Frequenz, indem er sich in hohem Masse von der Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers unabhängig macht.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform des Emp-fängersnst der einen Teil hievon bildende Befehlssignalgenerator 16 mit dem Ausgang des Frequenzdiskriminators 10 verbunden. Der Befehlssignalgenerator 16 enthält eine Schaltungsanordnung mit einem Banddurchlassfilter 17, einer Gleichrichterschaltung 18 und einer Formierschaltung 19. Das Banddurchlassfilter 17 siebt das ausserhalb des Nutzsignalbandes des Filters 11 liegende Rauschen aus und hat ein Durchlassband, das sich beispielsweise von 3 bis 6 kHz erstreckt. Die Formierschaltung 19 gibt den durch die Gleichrichterschaltung 18 detektierten Geräuschimpulsen eine Rechteckform. Die Formierschaltung 19 erzeugt logische

Impulse, die den Geräuschimpulsen entsprechen und deren Wert «1» oder «0» ist, je nachdem ob das empfangene Feld H niedriger oder höher als ein gegebener Schwellenwert des Feldes Hi ist.

5 Ein UND-Gatter 20 lässt die Impulse des Taktgenerators 15 durch, wenn die logischen Impulse, die die Schaltung 19 erzeugt, den Wert « 1 » haben, was auf das Auftreten von Geräuschen hinweist.

Die Impulse des Taktgebers 15 erreichen die Kaskaden-io Schaltung zweier Frequenzteiler 21 und 22, die Impulse erzeugen, die durch ein Zeitintervall x bzw. durch ein Zeitintervall nx voneinander getrennt sind, wobei n eine gerade Zahl ist.

Die vom Gatter 20 übertragenen Taktimpulse erreichen einen ersten Zähler 23, der durch jeden Ausgangsimpuls des 's Teilers 21 in die Anfangsstellung zurückgebracht wird, d.h. zu Zeitpunkten, die durch das Zeitintervall x voneinander getrennt sind. Ausserdem wird dieser Zähler 23 beim jeweiligen Erreichen eines vorgegebenen Werts N der Anzahl gezählter Impulse ebenfalls in seine Anfangsstellung zurückgebracht 20 und erzeugt dabei einen Ausgangsimpuls. Die Ausgangsimpulse des Zählers 23 gelangen an ein Flipflop 24 vom D-Typ, das zu den Zeitpunkten auf Null zurückgesetzt wird, die durch das Zeitintervall x voneinander getrennt sind, und das in einem Zeitintervall x nur einmal umkippt, und zwar dann, 25 wenn der Zähler 23 N Taktimpulse gezählt hat. Jeder Kippvorgang des Flipflops 24 bewirkt, dass der Inhalt eines zweiten Zählers 25 um eins erhöht wird. Der Zähler 25 wird durch jeden Ausgangsimpuls des Teilers 22 in die Anfangsstellung, d.h. zu den Zeitpunkten zurückgebracht, die durch das Zeitin-30 tervall nx voneinander getrennt sind. Wenn der Inhalt des Zählers 25 die Zahl n erreicht, erzeugt er einen Impuls, der über eine ODER-Schaltung 26 als Befehlssignal zur Steuerung der selbsttätigen Kanalauswahlschaltung 13 benutzt wird. Dieses Befehlssignal kann ebenfalls mit Hilfe eines dritten Zäh-35 lers 27 erhalten werden. Dieser Zähler erhält die Ausgangsimpulse des Zählers 23 und wird zu den Zeitpunkten in die Anfangsstellung zurückgesetzt, die durch das Zeitintervall x .voneinander getrennt sind. Wenn der Inhalt des Zählers 27 eine Zahl m erreicht, erzeugt er einen Impuls, der über die 4o ODER-Schaltung 26 als Befehlssignal der selbsttätigen Kanalauswahlanordnung 13 zugeführt wird.

Der beschriebene Befehlssignalgenerator 16 arbeitet wie folgt: das UND-Gatter 20 erzeugt eine Folge von Taktimpulsen. Die Anzahl der Impulse in einer Folge ist dabei von der 45 Dauer eines Geräuschimpulses abhängig. Die Frequenz dieser Impulsfolge ist der der Frequenz der Geräuschimpulse proportional.

Der Zähler 25 erzeugt ein Befehlssignal, wenn nach n aufeinanderfolgenden Zeitintervallen die Dauer des Geräusches so in jedem Zeitintervall grösser als oder gleich einer bestimmten Dauer a ist, die N Taktimpulsen entspricht. Dies bedeutet schliesslich, dass die kurzzeitigen Störungen in der Verbindung, wie sie in Fig. 2 definiert sind, nur dann zur Erzeugung des Befehlssignals mitzählen, wenn mindestens n aufeinander-55 folgende Störungen mit einer Dauer, die mindestens gleich er ist, auftreten.

Der Zähler 27 erzeugt ein Befehlssignal, wenn in einem Zeitintervall x die Dauer des Geräusches in diesem Intervall länger ist als eine bestimmte Zeit, die mN Taktimpulsen ent-60 spricht. Man kann beispielsweise die Zählschwelle m des Zählers 27 so wählen, dass das Befehlssignal nur dann gegeben wird, wenn das Rauschen im ganzen Zeitintervall x andauert. Das vom Zähler 27 erzeugte Befehlssignal ist früher als das des Zählers 25 und deutet auf eine sehr schlechte Verbindung 65 hin.

Wenn bei der Frequenzauswahl das Einschalten eines der Quarzoszillatoren 4, 5 und 6 ergibt, dass am Ausgang des Dis-kriminators 10 kein Rauschen mehr auftritt, wird die Auswahl

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gestoppt, und der Empfänger bleibt auf die betreffende Sendestation abgestimmt.

Durch eine geeignete Wahl der verschiedenen oben definierten Parameter, und zwar der Frequenz der Impulse des Taktgebers 15, des Zeitintervalls x, der Zahlen n, N, m kann man erreichen, dass das Erzeugen des Befehlssignals in hohem Masse von der Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers unabhängig ist. Diese Wahl muss nach Art der Anwendung durchgeführt werden, insbesonders in Abhängigkeit vom Verhältnis zwischen der maximalen und minimalen Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers.

Der Befehlssignalgenerator 16 ist in Fig. 1 mit dem Ausgang des Frequenzdiskriminators 10 verbunden. Es ist klar, dass der Befehlssignalgenerator 16 ebenfalls an den Ausgang des Amplitudenbegrenzers 7 angeschlossen werden kann, um bei Schwächung des empfangenen Feldes H unter die Feldschwelle Hi, bei der der Begrenzer 7 nicht mehr gesättigt ist, nahezu die gleichen Geräuschimpulse zu detektieren.

Aber es ist ebenfalls möglich, als Eingangssignal für den Befehlssignalgenerator 16 das Signal zu verwenden, das in einem Punkt auftritt, der zwischen den Verstärkunsstufen 8 und 9 liegt, die den Amplitudenbegrenzer 7 bilden. Diese Abwandlung ist in Fig. 1 gestrichelt eingerahmt. Die Anordnung 16', die analog der Anordnung 16 ist, ist mit dem Ausgang einer Spannungsvergleichsschaltung 28 verbunden. Ein Eingang dieser Vergleichsschaltung ist mit dem Punkt 29 zwischen den Verstärkungsstufen 8 und 9 verbunden, die den Begrenzer 7 bilden, und der andere Eingang der Vergleichsschaltung erhält eine Referenzspannung V2. Die Vergleichsschaltung 28 ist so eingerichtet, dass sie nur dann ein Signal erzeugt, wenn die Spannung an dem mit dem Punkt 29 verbundenen Eingang niedriger als die Referenzspannung V2 ist.

Diese Abwandlung basiert darauf, dass bei einem Signal am Eingang des Begrenzers 7, das so gross ist, dass Begrenzung erfolgt, die Verstärkungsstufe 8 im nichtlinearen Teil ihrer Verstärkerkennlinie arbeitet und im Punkt 29 ein verzerrtes Signal mit einem sehr breiten Spektrum auftritt. Wenn sich die Referenzspannung V2 in der Ausgangsspannungszone der s Stufe 8 befindet, in der das Signal gebildet ist, ist ersichtlich, dass, wenn die Spannung am Begrenzereingang, also das erhaltene Feld, niedriger als eine bestimmte Schwelle entsprechend V2 ist, am Ausgang der Vergleichsschaltung 28 ein Signal mit einem breiten Spektrum erscheint. Der Befehlssignal-10 generator 16', der dem Generator 16 identisch ist, enthält insbesondere an seinem Eingang ein Banddurchlassfilter, das einen Teil des Spektrums des Ausgangssignals der Vergleichsschaltung 28 auswählt.

Wie anhand der Fig. 3 erläutert werden kann, ermöglicht 15 es diese Abwandlung, das Befehlssignal in einen früheren Zeitraum zu erhalten, und zwar vor dem Erscheinen der Geräuschimpulse am Ausgang des Frequenzdiskriminators, also gerade vor dem Zeitpunkt, zu dem der Empfang gestört wird. In dieser Fig. 3, die der Deutlichkeit halber Fig. 2 gegenüber-20 gestellt ist, stellt die Kurve C2 das erhaltene Feld in der Nähe eines Punktes B dar, dessen Abstand OB zur Sendestation, die im Punkt O liegt, kürzer als der Abstand OA in Fig. 2 ist. Diese Kurve C2, die einen gleichen Verlauf wie die Kurve Ci in Fig. 2 hat, wird durch die gleichen Störungen beeinträchtigt, aber 25 im Mittel ist das Feld Hi, das diese Kurve C2 darstellt, grösser als das von der Kurve Ci dargestellte mittlere Feld. Das Feld H2 entspricht der Schwellenspannung V2, die der Spannungsvergleichsschaltung 28 zugeführt wird. Dieses Feld H2 ist grösser als das Feld Hi in Fig. 2. Wenn das erhaltene Feld H 30 schwächer und kleiner als das Feld H2 wird, bekommt man am Ausgang der Vergleichsschaltung 28 Impulse, die den Geräuschimpulsen analog sind, die im Befehlssignalgenerator 16' zum Erzeugen des Befehlssignals für die Steuerung der selbsttätigen Kanalauswahlanordnung 13 benutzt werden.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Funkempfänger für Frequenz- oder Phasenmodulation, der sich in bezug auf feste Sendestationen, die Signale mit gegenseitig verschiedenen Frequenzen aussenden, bewegen kann, mit einem Befehlssignalgenerator (16) für eine selbsttä- 5 tige Kanalauswahlanordnung, welcher eine Schaltungsanordnung (17, 18, 19) zur Bildung eines logischen Signals enthält, das angibt, ob der Pegel des empfangenen Signals eine bestimmte Schwelle überschreitet oder nicht, dadurch gekennzeichnet, dass der Befehlssignalgenerator (16) mit einem Gat- io ter (20), das die Impulse eines Taktgebers (15) durchlässt,

   wenn das logische Signal den Wert darstellt, der angibt, dass der Pegel des erhaltenen Signals die erwähnte Schwelle unterschreitet, und mit einer Auswerteschaltung (21 bis 27) versehen ist, die in Abhängigkeit von der Anzahl der vom Gatter 15 während mindestens einem vom Taktgeber hergeleiteten Zeitintervall t durchgelassenen Taktimpulse ein Befehlssignal erzeugt, und zwar entweder wenn in einer Folge einer vorgegebenen Anzahl von Zeitintervallen x die Anzahl der in jedem Zeitintervall x durchgelassenen Taktimpulse einen ersten vor- 20 gegebenen Zahlenwert erreicht, oder wenn die Anzahl der in einem Zeitintervall x durchgelassenen Taktimpulse einen zweiten vorgegebenen Zahlenwert erreicht, der höher als der erste Zahlenwert ist.
2. 2. Funkempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- 25 net, dass der Befehlssignalgenerator (16) zum Empfangen des Ausgangssignals eines Frequenzdiskriminators (10) angeschlossen ist und das logische Signal ausgehend vom Ausgangssignal eines Filters (17) gebildet wird, welches das Rauschen am Ausgang des Frequenzdiskriminators ausserhalb des 30 Bandes des übertragenen Nutzsignals aussiebt.
3. 3. Funkempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Befehlssignalgenerator (16') zum Empfangen eines Signals an einen zentralen Punkt (29) eines Verstärkungskreises (7), der den Amplitudenbegrenzer des Empfän- 35 gers bildet, über eine Schaltung (28) angeschlossen ist, die das genannte Signal unter einer bestimmten Schwelle überträgt.
4. 4. Funkempfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Befehlssignalgenerator (16) einen ersten Zähler (23) enthält, welcher die vom Gatter (20) 40 übertragenen Taktimpulse zählt, dass ferner die Zustands-änderung eines Flipflop (24), der am Ende jedes Zeitintervalls x zurückgesetzt wird, gesteuert wird, wenn der erste Zähler (23) zum erstenmal seinen Zählinhalt im Zeitintervall x erreicht, und dass der Befehlssignalgenerator (16) einen die 45 Zustandsänderungen des Flipflop (24) zählenden zweiten Zähler (25) enthält, der am Ende von Zeitintervallen mit einer Dauer eines vorgegebenen Vielfachen der Dauer des Zeitintervalls x zurückgesetzt wird, und der ein Frequenzauswahlbe-fehlssignal erzeugt, wenn er seinen Zählinhalt erreicht hat. 50
5. 5. Funkempfänger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Befehlssignalgenerator (16) einen dritten Zähler (27) enthält, welcher die am Ausgang des ersten Zählers (23) bei Erreichen seines Zählinhalts erzeugten Impulse zählt, welcher ferner am Ende jedes Zeitintervalls x zurückgesetzt wird 55 und welcher ein Befehlssignal erzeugt, wenn er seinen Zählinhalt erreicht.

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