DE2231308A1

DE2231308A1 - Nachrichtenuebertragungssystem mit einer zentralstation und mehreren unterstationen

Info

Publication number: DE2231308A1
Application number: DE2231308A
Authority: DE
Inventors: John Richard Featherston
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1971-06-30
Filing date: 1972-06-26
Publication date: 1973-01-11
Also published as: US3725787A

Description

Böblingen, 20. Juni 1972 heb-fr

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: SA 970 057

Nachrichtenübertragungssystem mit einer Zentralstation und mehreren Unterstationen

Die Erfindung betrifft ein Nachrichtenübertragungssystem mit einer Zentralstation und mehreren Unterstationen zur übertragung von mit digitalen Daten modulierten Signalen und insbesondere Duplexsysteme, in welchen Daten wechselseitig in zwei Richtungen zwischen einer mit Datenverarbeitungsanlagen ausgerüsteten Zentrale und einer oder mehreren Unterstationen oder Mobilstationen übertragen werden.

In den letzten 20 Jahren wurde zunehmend der Wert eines wirksam durch Verwendung von Funkgeräten gesteuerten Einsatzes von Fahrzeugparks und mobilen Fahrzeugen erkannt. Dazu wurden im allgemeinen FM-Sprachübertragungssysteme im 30 MHz-, 150 MHz- und 450 MHz-Band benutzt. Mit steigender Anzahl der Benutzer und zunehmendem Verkehrsaufkommen wurde die extrem hohe Verkehrsdichte besonders in den großen Städten ein immer ernsthafteres Problem. Viele Systeme waren nicht mehr in der Lage, den anfallenden Nachrichtenverkehr in vollem Umfang mit einer annehmbaren Verzögerung zu bewältigen. Die Verwendung zusätzlicher parallel betriebener Systeme wird durch den kritischen Mangel an verfügbaren Frequenzen und Frequenzbändern beeinträchtigt.

Bei den vorhanden Systemen herrschen zwei Merkmale vor. Einmal ist die Informationsflußgeschwindigkeit niedrig, da mit Sprech-

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funk gearbeitet und die effektive Geschwindigkeit nur bei ungefähr 3 Zeichen pro Sekunde im äquivalenten Sprachkanal liegt. Die Auslastung der verfügbaren Kanäle ist unwirtschaftlich, da die Übertragung unsicher ist und eine effektive Steuerung und Überwachung der Übertragung fehlt. Das gilt besonders für Funkverkehr von mobilen ünterstationen zur Zentrale (wobei ein typischer Wagenpark von 10 bis 100 Fahrzeugen reicht).

Anstelle der Sprachübertragung (Sprechfunk) wurde Datenübertragung mit Maschinensendern vorgeschlagen. Versuche haben ergeben, daß derartige Übertragungen ganz praktisch sind bei Verwendung einer synchronen Datenfolge von 1200 Baud mit aus 8 Bit bestehenden Zeichen. Die Kanalkapazität kann damit erhöht werden, jedoch nicht auf die notwendigen Geschwindigkeiten von 50 bis 150 Zeichen pro Sekunde.

Die wirksame Verkehrssteuerung konzentriert sich auf den Zwang zur Benutzung von Datenkanälen wechselnder Qualität und Zuverlässigkeit. Die Absorption oder Sperrwirkung im Ausbreitungsbereich von Bäumen, Gebäuden und anderen Objekten kann bekanntlich dazu führen, daß im Betrieb mit mobilen ünterstationen Bereiche mit einer sehr hohen Ausbreitungsdämpfung zwischen den Stationen auftreten. Die Ausbreitung über mehrere Bahnen ergibt über eine Interferenz stehender Wellen hohe Signalverzerrungen.

Diese Wirkungen können zwar durch mehrere Sender an der Zentrale oder die Anordnung von Spezialantennen reduziert werden, praktisch ist es jedoch unmöglich, ein brauchbares Signal an alle Stellen zu übertragen, die von Fahrzeugen erreicht werden können.

Bei den meisten konventionellen Autofunksystemen überträgt ein einzelner Sender Signale an Empfänger in einer großen Anzahl von Fahrzeugen, in denen die entsprechend große Anzahl von Sendern eine Zeitteilung beim einzigen Empfänger in der Zentrale erfordert. Dadurch ergibt sich bei der Steuerung eines effektiven Verkehrsflusses ein großes Organisationsproblem. Das ernsteste Pro- SA 970 057 2098 8 2/0781

blem liegt in der Steuerung des Funkverkehrsflusses vom Fahrzeug zur Zentrale. Offene Wettbewerbsschemata sind einfach und sehr wirkungsvoll bei niedriger Belastung, versagen jedoch, wenn sich die Übertragungen mehrerer Fahrzeuge anhäufen. Aufrufschemata vermeiden zwar eine solche Anhäufung, sind andererseits jedoch nicht sehr wirkungsvoll.

Der Stand der Technik im Zusammenhang mit diesen Problemen ist beispielsweise aus.den nachfolgend aufgeführten US-Patentschriften zu ersehen:

2	176	868	10/1939	Boswau	250-6
2	521	721	9/1950	Hoffmann	250-9
2	531	433	11/1950	Hoffman et al	250-9
2	616	080	10/1952	Homrighous	343-204
2	649	540	8/1953	Homrighous	250-6
2	731	622	1/1956	Doremus et al	340-163
2	932	729	4/1960	Yamato et al	250-6
2	987	615	6/1961	Dimmer	250-6
3	141	928	7/1964	Davey et al	178-50
3	358	233	12/1967	Reindl	325-55
3	418	579	12/1968	Hultberg	325-52
3	479	462	11/1969	Yamato et al	179-15
3	485	953	12/1969	Norberg	179-15
3	529	243	9/1970	Reindl	325-55

sowie aus der technischen Literatur:

J. R. Featherston, "Adaptive Order Wire System", IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 8, No. 12, Mai 1966, Seiten 1769-70.

Die aus der vorstehenden Beschreibung des Standes der Technik indirekt hervorgehende Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein digitales übertragungssystem für Funknachrichten, welches eine Zentrale mit einer Datenverarbeitungseinrichtung zur übertragung von Zügen digitaler Datenzeichen, worin jedes Zeichen eine vorgegebene Bitanzahl umfaßt, ein an besagte Datenverarbei-

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tungseinrichtung gekoppeltes Sendegerät zur kontinuierlichen Ausstrahlung einer durch digitale Daten modulierten Funkwelle auf einer gegebenen Trägerfrequenz und ein auf den Empfang einer durch digitale Daten modulierten Funkwelle auf einer anderen Trägerfrequenz abgestimmtes Gerät, mindestens eine Unterstation mit einem auf den Empfang besagter durch digitale Daten modulierter Funkwelle einer gegebenen Trägerfrequenz abgestimmten Gerät und einem zur übertragung von durch digitale Daten modulierten Funkwellen auf besagter anderer Trägerfrequenz eingerichteten Gerät, enthält.

Eine derartige wirksame Steuerung für eine optimale Nachrichtenübertragung zwischen einer Zentrale und mehreren Unterstationen ist in einem Nachrichtenübertragungssystem gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß an den Unterstationen eine Detektorschaltung zur Messung der Feldstärke des von der Zentrale kommenden Signals vorgesehen ist und daß eine Sendesteuerschaltung vorgesehen ist, die die Aussendung von Signalen von der Unterstation zur Zentrale sperrt, wenn die Feldstärke des von der Zentrale kommenden Signals einen vorgegebenen Wert unterschreitet.

Vorteilhafterweise ist die Anordnung dabei so getroffen, daß die Detektorschaltung über eine Integrationszeitkonstante eine Ansprechverzögerung aufweist, um bei kurzzeitigen Schwankungen der Feldstärke bei sonst guten Ausbreitungsbedingungen ein Ansprechen des Detektors zu verhindern.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird anschließend näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen aufgebauten Zwei-Weg-Funknachrichtensystems für digitale Datenübertragung,

Fig. 2 eine Unterstation des in Fig. 1 gezeigten Systemes

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- 5 mit Drucker, Tastatur und Zentraleinheit,

Fig. 3 schematisch das zum beschleunigten Stationsauf

ruf gehörende Nachrichtenformat und die Impulszüge und

Fig. 4 ein ähnliches Diagramm für die Beantwortung eines

Aufrufs durch die Unterstation.

In den Abschnitten (a) und (b) der Fig. 1 sind die wesentlichen Teile einer Funkanlage gezeigt, die gemäß der Erfindung arbeitet. Einige Teile des Systems sind von üblicher Bauart für den Betrieb in Verbindung mit einer Datenverarbeitungsanlage. Eine Datenverarbeitungsanlage mit einer programmgesteuerten Zentraleinheit IO verfügt über eine Dateneingabeeinheit 12 und eine Datenausgabeeinheit 14. In der einfachsten Form wird eine elektronisch gesteuerte Eingabe-/Ausgabeschreibmaschine als Eingabeeinheit 12 und als Ausgabeeinheit 14 benutzt. Die Zentraleinheit 10 ist oft mit Eingabe-/Ausgabeeinheiten, Datei- und Speichergeräten und dgl. verbunden und/oder kann intern entsprechend geschaltet werden. Unter Programmsteuerung der Zentraleinheit 10 sorgt die Nachrichtensteuerschaltung 16 für die Nachrichtenmodulation des Senders 20 der zentralen Feststation. Die modulierte Trägerfrequenz F wird von einem Antennensystem 22 ausgestrahlt. Die Erfindung wird im Zusammenhang mit einem FM-System beschrieben. Die modulierte Trägerfrequenz wird durch eine Empfangsantenne 24 aufgenommen, die an einem Empfänger 30 der festen oder mobilen UnterStationen angeschlossen ist. Nachrichten werden an ein Pufferregister 32 geleitet und über einen Drucker 34 ausgedruckt. Dieser wird auch benutzt, um jede von der Unterstation an die Zentrale zu sendende Nachricht auszudrucken. Die auf der Tastatur 36 geschriebene Nachricht wird im Pufferregister 38 gespeichert und danach seriell in der Sendesteuerschaltung 40 zusammengesetzt. Danach wird die Nachricht auf einen Sender 44 der Unterstation gegeben, der eine zweite modulierte Trägerfrequenz F_ abstrahlt.

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Die von der Unterstation ausgestrahlte modulierte Trägerfrequenz Fj wird von einer Empfangsantenne aufgenommen, die an einem Empfänger 50 in der Zentrale angeschlossen ist. Die Ausgangssignale des Empfängers werden zur Verarbeitung an die Zentraleinheit 10 weitergeleitet. Insoweit handelt es sich hier um eine Anlage allgemein bekannter Art. Gemäß der Erfindung soll eine Nachrichtenübertragung von der Unterstation nur erfolgen, wenn die Ausbreitungsbedingungen zwischen der Unterstation und der Zentrale günstig sind. Ein Detektor in Form einer Schwellwert-Kippschaltung 52, z.B. eines Schmitt-Triggers, in dem Empfänger 30 der Mobilstation ist mit der automatischen Verstärkungsregelung gekoppelt.

An der Ausgangsklemme 54 der monostabilen Kippschaltung 52 liegt eine "1", wenn die Ausbrextungsbedingungen günstig sind. Dieses Ausgangssignal wird als ein Steuersignal der Sendesteuerschaltung 40 zugeführt. Das günstige Ausbreitungsbedingungen anzeigende Ausgangssignal der Schaltung 52 kann auch dem Nachrichtenpuffer 32 und/oder dem Drucker 34 zugeführt werden, um den Drucker nur bei günstiger Ausbreitung zu betätigen. In vielen Fällen ist jedoch ein .Ausdruck eines jeden Pufferinhaltes erwünscht.

Das Ausgangssignal des Empfängers 50 in der Zentrale wird an einen Detektor 56 angelegt, der die Verzerrung im Signal bestimmt. Ein anderer Detektor 58 ist an dem Empfänger 50 angeschlossen und stellt die Feldstärke des empfangenen Signales fest. Diese beiden Detektoren 56 und 58 sind mit der Nachrichten-Steuerschaltung gekoppelt. Diese Nachrichten-Steuerschaltung stellt den Wirkungsgrad des Empfanges fest und steuert entsprechend den von der Unterstation ausgehenden Verkehr. Außerdem stellt die Schaltung natürlich fest, ob der Empfänger 50 belegt ist. Durch Einfügen eines Signals in das modulierte Funksignal wird verhindert, daß andere Unterstationen senden, damit eine Interferenz durch deren modulierte Trägerwelle vermieden wird.

Ein gemäß der Erfindung aufgebautes System hält praktisch die

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volle Synchronisation aller im Betrieb befindlichen Unterstationen mit der Zentrale aufrecht. Ein Taktgenerator 60 wird von der Zentraleinheit 10 gesteuert und ist an die Nachrichten-Steuerschaltung 16 ebenso angeschlossen wie die Zeichentaktsignale, die von einer Zeichenzählschaltung 62 geliefert werden. Die Ausgangssignale dieser Teilerschaltung 62 werden einer weiteren Zähl- oder Teilerschaltung 64 zugeführt, die ebenfalls mit der Nachrichtensteuerschaltung 16 verbunden ist und die hier, der Zusammensetzung der verschiedenen für die Steuerung der mobilen Unterstationen ausgesendeten Nachrichten dient. Lediglich der nicht konventionelle Teil dieser Geräte wird noch im einzelnen beschrieben. Zwei Zeichengeneratoren 66 und 68 vervollständigen die Anlage in der Zentrale. Der Generator 66 ist ein Synchronisierzeichengenerator, der Generator 68 kann mehrfach vorhanden sein und erzeugt Betriebszeichen. In der Darstellung erzeugt der Generator 68 die Aufrufzeichen und arbeitet entsprechend der späteren Beschreibung. Die Generatoren 66, 68 sowie die Nachrichten-Steuerschaltung 16 für die digitalen Daten können unter Programmsteuerung der Zentraleinheit 10 stehen.

In der Unterstation werden die vom Empfänger 30 kommenden Daten in ein Schieberegister 70 geschoben. Sie können vom Schieberegister 70 bei einer zweiten Stellung des Schalters 72 anstelle der direkten Wiedergabe in das Pufferregister 32 geleitet werden. An den Empfänger 30 ist eine Null-Durchgangs-Detektor- und Impulsgeneratorschaltung 74 angeschlossen, die Impulse an das Schieberegister 70 liefert, um dessen Inhalt an die Sendesteuerschaltung 40 und die Zählschaltung 76 weiterzuleiten.

Die Impulserzeugerschaltung 74 dient der kontinuierlichen Erzeugung der Ausgangsimpulse auch während kurzer Intervalle, in denen kein Datensignal empfangen wird oder das von einem Unterstationssender 44 gesendete Signal kurzzeitig schwindet. Die Ausgangsimpulse kann man beispielsweise so erzeugen, daß mit den Nulldurchgängen der aufgenommenen Signale oder Impulse ein Synchronoszillator, wie z.B. ein freischwingender Multivibrator,

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phasengesteuert wird, dessen Frequenzstabilität ausreicht, daß die Bit oder Zeichensynchronisation nicht ausfällt, wenn die Synchronisierimpulse in einem Zeitraum von mehreren Minuten ausfallen.

Die Zählschaltung 76 zählt die vorgegebene Anzahl von Bits aller Zeichen im Datenzug. Die gebräuchlichste Zeichenlänge konventioneller Systeme liegt bei 8 Bits oder Baud, wobei der zuletzt genannte Ausdruck im Drahtfunk oder der drahtlosen Telegraphie, der zuerst genannte in der Datenverarbeitung benutzt wird. Die Zählschaltung 76 wird im wesentlichen durch eine weitere Zählschaltung 78 ergänzt, beide werden jedoch getrennt zurückgestellt. Die Zeichenzählschaltung 76 wird durch ein Ausgangssignal einer Zeichendetektorschaltung 80 zurückgestellt, während die andere Zählschaltung 78 durch ein anderes Ausgangssignal dieser Schaltung zurückgestellt wird. Die Detektorschaltung 80 ist mit dem Schieberegister 70 gekoppelt. Eine Zeichendetektorschaltung, die z.B. aus einem Paar von Mehrfach-UND-Gliedern besteht, erzeugt bei Übereinstimmung einen Impuls. Wenn also das Synchronisierzeichen im Schieberegister 70 steht, wird an den Anschlüssen 82 ein Impuls erzeugt, der an die Rückstellanschlüsse der Zeichenzählschaltung 76 geleitet wird. Auf diese Weise wird das System zeichen- und bitsynchron gehalten. Das Ausgangssignal der Zeichenzählschaltung 76 wird.zur Zeichenübergangszeit an die Sendesteuerschaltung 40 geliefert. Eine ähnliche Anordnung, die mit dem Synchronzeichendetektor gemeinsam geschaltet sein kann, liefert an den Anschlüssen 84 einen Rückstellimpuls für den anderen Zeichenzähler 78. Diese Zählschaltung 78 dient sowohl als Zählschaltung als auch als Datenregister. In dieser zuletzt genannten Funktion werden Daten von einem Adreßdetektor 90 genauso erkannt wie von der Kombination des Registers 70 und des Detektors 80. Hier wird z.B. die Adresse einer festen oder mobilen Unterstation erkannt. Die Detektorschaltung 90 besteht vorzugsweise aus getrennten Steckeinheiten für Stations- und Gruppenanruf. In der Zentrale ist ein Gestell für Steckeinheiten so mit der Nachrichten-Steuerschaltung 16 und eier Zentraleinheit

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verbunden, daß die Zentraleinheit die nicht in Betrieb befindlichen Unterstationen listenmäßig erfaßt. Wenn eine mobile Unterstation in Marsch gesetzt wird, werden Stations- und Gruppenrufmoduln aus dem Gestell herausgenommen, wobei diese Information automatisch an die Zentraleinheit 10 übertragen wird. Die Moduln werden dann im Gerät der Unterstation eingesteckt und die Bezeichnungsnummer des Fahrzeuges und die Benutzer wird durch die Funkleitstelle in das System eingegeben.

Die Ausgangssignale der Detektorschaltung 90 werden an eine mit zwei Eingängen versehene UND-Schaltung 92 geleitet. Das andere Eingangssignal dieser Schaltung' kommt von der Zählschaltung 78 an einer dem Stationsruf entsprechenden Stufe. Diese Verbindung ist vorzugsweise in der Steckeinheit fest verdrahtet. Beim Erkennen eines der Rufe kann die Unterstation als Antwort einen HF-Impuls abgeben. Eine Schaltung zur Weiterleitung dieses Impulses ist Teil der Sendesteuerschaltung 40. Um eine Interferenz an der Unterstation zu vermeiden, wird die Antwort durch eine monostabile Kippschaltung 94 um einige Zähltakte verzögert. Der verzögerte Impuls wird über einen Schalter 96 an die zentrale Steuerschaltung 40 weitergeleitet. In einer anderen Anordnung liefert eine UND-Schaltung 98 diesen Impuls zu einem späteren von der Zählschaltung 78 gelieferten Zähltakt. Diese Verbindung ist ebenfalls ein Teil der Stationsruf-Steckeinheit. Eine andere UND-Schaltung 100 ist vorgesehen, um das Vorhandensein eines vorbestimmten Bit in einem Zeichen festzustellen, wenn es zur Zeichenzeit im Pufferregister 32 auftritt. Die Existenz eines bestimmten Bit, z.B. einer binären 1, wird an die Sendesteuerschaltung 40 weitergeleitet und erfüllt die Forderung einer Instruktion von der Zentrale, daß diese durch eine andere Unterstation belegt ist und keine Sendung durch die örtliche Unterstation zur Zentrale erfolgen kann. Eine weitere nicht dargestellte UND-Schaltung ist vorzugsweise mit denselben Stufen verdrahtet, um durch eine binäre 0 eine zwangsläufigere Steuerung anzuzeigen.

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Für von einer Zentrale aus in Marsch gesetzte Mobilstationen sind konventionelle Systeme mit Datenübertragungskanälen aufgebaut, die mit 1200 Baud von und nach einer Unterstation arbeiten und ungefähr 95 % des Bereiches, in dem die Mobilstationen arbeiten, erreichen können. Wenn sich eine Mobilstation von der Zentrale aus in einen Bereich ungenügender Ausbreitung bewegt, verliert sie die Verbindung mit der Zentrale und von der Zentrale ausgehende Nachrichten gehen wahrscheinlich verloren. Das hat weitere Nachrichten sowohl von der Mobilstation als auch von der Zentrale zur Folge, wenn das Abreißen der Verbindung einmal bemerkt wurde, wodurch der Wirkungsgrad des Funknetzes weiter gesenkt wird. Ein Ausbreitungsfehler-Alarmsystem nach der vorliegenden Erfindung reduziert die Zeit auf ein Minimum, die die Mobilstationen in solchen Bereichen ungenügender Ausbreitung verbringen und schaltet außerdem die Verluste und Interferenz aus, die durch versuchte Übertragungen aus solchen Bereichen hervorgerufen werden.

Eine Schaltung überwacht die kontinuierliche Signalübertragung von der Zentrale und läßt auf der Bedienungskonsole der Mobilstation eine Warnlampe aufleuchten, die der Bedienungskraft anzeigt, daß sich die Mobilstation in einem Bereich unzureir chender Signalfeldstärke befindet. Da die Zentrale aus verschiedenen Gründen kontinuierlich sendet, kann das empfangene Signal daraufhin ausgewertet werden, ob das von der Mobilstation empfangene Signal auch Daten zu übertragen in der Lage ist.

Die Signalqualität wird ausgewertet auf der Basis von folgenden Kriterien:

a) der Strom im zweiten Begrenzer einesr'FM-Emp fange rs oder

b) der Signalpegel des aus dem Datensignal abgeleiteten Synchrontaktbits oder

c) die im Datensignal nach dem Detektor vorhandene Telegraphieverzerrung oder

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d) die aus einer Fehlererkennungsschaltung abgeleitete Zahl oder Häufigkeit der Nachrichtenfehler.

Diese Kriterien sind alle brauchbar und sind in der Reihenfolge verbesserter Wirkung und immer komplexerer Realisierung geordnet. Konventionelle Einrichtungen stehen für jeden Fall zur Verfügung. Nach der Darstellung in Fig. Ib schaltet ein Schwellwertdetektor in Form eines Schmitt-Triggers 52 um, sobald der Signalpegel einen notwendigen Mindestwert unterschreitet.

Eine Integrations-Zeitkonstante von mehreren Sekunden im Betrieb des Schwellwertdetektors liefert eine ausreichende Verzögerung, um ein willkürliches Ansprechen der Warnlampe bei vorübergehenden kleineren Signalschwankungen in guten Empfangsbereichen zu verhindern. Die Detektorschaltung 52 betätigt wiederum eine Alarmlampe 56, die der Bedienungskraft mitteilt, daß die Mobilstation wahrscheinlich nicht mehr mit der Zentrale in Verbindung steht. Dieser Vorgang läuft auch ab, wenn die Zentrale in dem betreffenden Moment nicht mit der in Frage kommenden Mobilstation in Verbindung treten will. So kann die ungünstige Stellung der mobilen Einheit korrigiert werden, bevor eine Nachricht tatsächlich verloren geht.

Derselbe hohe Grad von Korrelation zwischen der Qualität der Ausbreitungsbahnen von Zentrale zur Mobilstation und umgekehrt wird auch benutzt, um das Abreißen einer Verbindung wegen unzureichender Ausbreitungsbedingungen für die Sendungen von einer Mobilstation zur Zentrale zu verhindern, indem der Sender der Mobilstation gesperrt und dadurch eine Sendung verhindert wird, wenn sich die Mobilstation in einem Bereich schlechten Signalempfangs für Sendungen der Zentrale befindet. Dadurch wird jedoch keine wichtige Sendung von einer Mobilstation verhindert, die erfolgreich gewesen wäre, da die Ausbreitung von der Zentrale zur Mobilstation im allgemeinen wesentlich besser ist, weil die Sendeleistung der Zentrale üblicherweise .etwa 10 dB höher liegt als die Sendeleistung der Mobilstation. Die Empfänger sind in

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beiden Stationen gleich gut. Wenn also die Mobilstation so schlecht steht, daß der übertragungsweg Zentrale-Mobilstation schon fraglich ist, sollte nicht erst eine Übertragung von der Mobilstation zur Zentrale versucht werden, da die Wahrscheinlichkeit, daß die Mobilstation eine Interferenz mit anderen Mobilstationen verursacht, ein größeres Risiko darstellt, als die geringe Chance, bei einer versuchten Übertragung von der Mobilstation zur Zentrale eine Nachriicht durchzubekommen.

Nachfolgend werden andere Anordnungen für die Ausbreitungsauswertung betrachtet. Die Anschlüsse 56 sind mit dem Drucker 34 und/oder der Tastatur 36 und/oder der Steuerschaltung 40 verbunden, um diese Einheiten bei unzureichender Ausbreitung abzuschalten. Die Anschlüsse 54 sind andererseits verbunden, um eine positivere Steuerung zu ermöglichen. In gleicher Weise sind zwei Anzeiger, wie z.B. ein Lampenpaar, mit den beiden Ausgangsanschlüssen 54, 56 des Detektors 52 verbunden, um eine bessere Anzeige der Ausbreitungsmöglichkeiten zu liefern. Einer dieser beiden Anzeiger befindet sich vorzugsweise auf einer in Fig. 2 gezeigten Bedienungskonsole 102 zur Beleuchtung einer Betriebstaste 104, während der andere als Warnlampe 56' arbeitet.

Die dargestellte kompakte Bedienungskonsole 102 enthält die Tastatur 36' und den Drucker zusammen mit allen notwendigen Steuertasten 106, 108 und 110. Da in den meisten Fällen kein Rechner zur Verfügung steht, werden über diese Tasten die einzig veränderlichen Elemente im Nachrichtenumsetzer an der Unterstation betätigt. Der Drucker nimmt Aufzeichnungen auf einem Streifen 112 vor, der aufbewahrt wird.

Das in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Nachrichtensteuersystem erhöht die Kapazität des Nachrichtenflusses, indem die Zentralstation an Unterstationen gerichtete Nachrichten in drei Kategorien sendet:

a) Nachrichten für die selektive Übertragung an eine bestimmte

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Unterstation, z.B. nur an die Mobilstation 126 oder '

b) eine Nachricht für die selektive übertragung an jede einer vorgegebenen Untergruppe von Mobilstationen, z.B. ein jedes von 9 Fahrzeugen, die der Lagerhausüberwachung zugeteilt sind oder

c) eine an alle in Eetrieb befindlichen Mobilstationen adressierte Nachricht.

Der gleichzeitig im Einsatz befindliche Fahrzeugpark kann 10 bis 100 Fahrzeuge umfassen.

Eine Bestätigung des Nachrichtenempfanges hängt von den Erfordernissen des Benutzers ab. Eine Bestätigung ist in den meisten Fällen erforderlich, wenn ein Nachrichtenverlust aus irgendeinem Grunde wahrscheinlich ist. Zwei mögliche Gründe sind z.B., daß das Nachrichtensystem einmal eine vorliegende Nachricht erfolgreich an das adressierte Fahrzeug abgegeben hat, oder daß das Fahrzeug besetzt ist und daher wahrscheinlich in einer Position, von welcher eine Antwort auf eine Betriebsanforderung erwartet werden kann.

Bei der Nachrichtenübertragung von der Mobilstation zur Zentrale kann jede Mobilstation die Nachrichtenübertragung einleiten und der Betrieb des Empfängers an der Zentrale wird so auf die Einzelstationen aufgeteilt, daß eine im ungünstigsten Falle noch tragbare Verzögerung und trotzdem ein großer Wirkungsgrad des Systems sichergestellt sind. In einem typischen System kann die Nachrichtenübertragung von der Zentrale zur Mobilstation für 98 % des Bereiches, von der Mobilstation zur Zentrale in 90 % des Bereiches und bei den Mobilstationen untereinander in 50 % oder weniger zufriedenstellend sein. Der Nachrichtenverkehr in beiden Richtungen wird von der Zentrale gesteuert. Die beiden übertraungsrichtungen sind im wesentlichen einerseits voneinander unabhängig, beeinflussen sich jedoch insofern, als eine in einer Richtung gesendete Nachricht durch Nachrichtenübertragung in . der Gegenrichtung bestätigt wird.

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Ein Vorläufer mit Synchronisierungsinformation wird bei jeder Nachrichtenübertragung von der Zentrale geliefert. Fig. 3a zeigt eine typische Zeiteinteilung für eine Nachricht mit einem solchen Vorläufer. Der Vorläufer besteht im allgemeinen aus einem der kurzen Intervalle für die Bit-Synchronisierung, der die Zeichensynchronisation folgt. Der auf den Vorläufer zurückzuführende Zeitverlust hängt von der Häufigkeit ab, mit welcher die Synchronisation neu hergestellt werden muß. Bei häufigen kurzen Nachrichten kann dieser Verlust sehr groß sein, der Sender 20 in der Zentrale arbeitet jedoch kontinuierlich. Wenn keine Nachrichtendaten gesendet werden, bilden die Synchronisationszeichen alleine den Datenzug. Bei Bedarf kann auch ein periodischer Anruf stattfinden. Dadurch wird die Neusynchronisierung nach einem Abreißen der Verbindung bei Wiederaufnahme des Betriebs oder wenn ein Signal- der Zentraleinheit dadurch verloren ging, daß der Sender 44 der Mobilstation in Betrieb war und dadurch der zugehörige Empfänger 30 gesperrt wurde, auf ein Minimum reduziert. Der zuletzt genannte Ausfall wird durch die oben beschriebene Anordnung verhindert, in welcher eine Mobilstation mit Nachrichtenverkehr dann vom Sendebetrieb ausgeschlossen wird, wenn der Empfänger der Mobilstation den Nachrichtenverkehr aufnimmt. Wenn ein Empfänger in einer Mobilstation unter diesen Bedingungen den Betrieb wieder aufnimmt, erscheinen kon- ' tinuierlich isochrone Daten vom Sender der Zentrale bis der Empfänger 30 wieder vollständig synchronisiert ist oder das nächste Synchronisationszeichen erscheint. In jedem Fall ist das der Zeitpunkt für die erste nutzbare Nachricht.

Ein Teil der den Vorläufer erfordernden Synchronfunktion wird auf den in der anderen Richtung laufenden Datenstrom übertragen. In manchen Fällen wird durch den Sender der Zentrale die Struktur des Zeichenformates abgestrahlt. Wenn Nachrichten mit nur geringem Informationsgehalt, z.B. bei einer Bestätigung, benötigt werden, werden sie in dieser Formatstruktur codiert. Bei Beendigung einer solchen Nachrichtenübertragung kann der ungünstigste Fall größter Verkehrsdichte auftreten»- da alle Mobilstationen

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- 15 gleichzeitig ihre Bestätigung abgeben wollen.

Das Aufrufverfahren wurde traditionell als unwirksam angesehen, da jede Mobilstation sich melden muß, Bit- und Zeichensynchronisation festlegen und dann wiederum ihre Bestätigung senden muß.

Die Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Nachrichtenzustandes relativ hoher Mehrfachanforderung enthält ein praktisches Rufschema erster Ordnung mit automatischer Aufrufrückgewinnung aus der Masse der rufenden Stationen, das sowohl zuverlässig als auch wirkungsvoll ist. Nach dem Erfindungsgedanken erfolgt ein automatischer Aufruf sequentieller Adressen im Dienst befindlicher Mobilstationen durch die Zentrale am Ende einer eine Bestätigung erfordernden Nachricht. Dazu ist pro Fahrzeug nur ein Zeichen erforderlich, welches etwa 1/150 Sekunde bei 1200 Baud oder 6,6 Millisekunden/Fahrzeug für ein 8 Bit Zeichen benötigt (7 Bits mit Binärwerten für die Identifizierung und 1 Bit für die anschließend beschriebene Steuerung des mobilen Funkverkehrs).

Fig. 3a zeigt zeitliche Zuordnung für einen typischen Datenzug. Die Zeitabschnitte hinter dem Aufrufabschnitt sind die Adressen mobiler Funkstationen. Die Funk-Adreß-Signale für die Mobilstationen 02, 07 und 22 sind durch die Kurven 121, 122, 123 in den Fign. 3b, 3c und 3d dargestellt. Fig. 3e ist eine zeitlich gedehnte Version der Zeitabschnitte nur für die Mobilstationen 07 und 22. Die Kurve 124 in Fig. 3f stellt den Adreßerkennungsimpuls dar, der im Adreßdetektor der Mobilstation 07 abgeleitet wird, während die Kurve 125 in Fig. 3g den entsprechenden Impuls am Ausgang der Verzögerungsschaltung 94 darstellt. Die Steuerschaltung 40 in der Unterstation erzeugt daraus einen Sendesteuerimpuls 126, dargestellt in Fig. 3h, und einen Modulationssteuerimpuls 127, in Fig. 3i, zur Abstrahlung eines Antwortimpulses 128 in Fig. 3j. Die drei Impulse 126, 127 und 128 fallen in den Zeitabschnitt für die als nächste adressierte Mobilstation. In der Praxis können diese Impulse bei Bedarf um ein geringes Viel-

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faches der Zeitabschnitte verzögert werden. Am Empfänger 50 der Zentrale erscheint das durch die Kurve 129 in Fig. 3k dargestellte Diskriminatorausgangssignal. Der Erkennungstorimpuls 130 in Fig. 31 wird in üblicher Weise in der Nachrichtensteuerschaltung unterstützt durch die Zentraleinheit 10 erzeugt und läßt programmgemäß einen erwarteten Bestätigungsimpuls 131 durch (Fig. 3m), der durch Differentiation aus dem Impuls 129 abgeleitet wird.

Fig. 4 zeigt schematisch die Arbeitsweise des Empfängers in der Mobilstation 07 mit einer größeren Zeitverzögerung, die von der Verzögerungsschaltung 94 geliefert wird. Fig. 4a zeigt wieder ein Aufrufschema. Fig. 4b zeigt den am Ausgang der Zählschaltung 76 abgeleiteten Zeichentaktzug 141. Die Fign. 4c-g entsprechen den Fign. 3f-j.

Der Nachrichtenverkehr zwischen der Mobilstation und der Zentrale wird teilweise dadurch gesteuert, daß die Zentrale eine Zustandsanzeige in Form eines periodisch in den Datenstrom eingefügten Bits aussendet, das den Nachrichtenverbindungszustand zwischen Mobil- und Zentralstation anzeigt. Diese Anzeige wird aus einer aus dem Zentralempfänger 50 kommenden Information abgeleitet. Dieses periodisch eingefügte Bit je Zeichen tritt alle 6,6 Millisekunden auf. Andere Möglichkeiten für die Kombination von mehreren Bits zu derartigen Steuerzwecken sind ebenfalls denkbar.

Wenn mehrere Mobilstationen gleichzeitig betrieben werden, besteht eine nur begrenzte Möglichkeit dafür, daß zwei oder mehr Fahrzeuge gleichzeitig sich um die Bedienung durch den Zentralempfänger in einem einzigen Zeitabschnitt bemühen, was eine erfolgreiche Signalabgabe aller Stationen an den Zentralempfänger verhindert. Das hier beschriebene System ist also grundsätzlich wirksam und neigt nicht zu einer Häufung von Anrufen der Unterstationen. Da ein solcher Vorfall ernsthafte Folgen haben kann, wäre noch eine automatische Möglichkeit aufzuzeigen, bei der das System sich aus einer solchen Anhäufung von Anrufen befreit.

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Somit wird eine durch den gleichzeitigen Anruf von zwei oder mehr Fahrzeugen verursachte Anhäufung durch die Signalanalyseschaltung im Zentralempfänger 50 erkannt. Diese Schaltung stellt den Unterschied in der Datenstruktur zwischen einem hereinkommenden Signal (einschließlich eines Signales mit Grenzwertqualität) und mehreren Signalen fest. Die gewünschte Unterscheidung wird getroffen teilweise durch Bezugnahme auf den Strom im zweiten Begrenzer des Zentralempfängers 50. Dieses Maß der empfangenen Signalamplitude wird zum Trennen eines Signals, das so stark ist, daß es dann, wenn es nur von einem Fahrzeug kommt, ein Datenausgangssxgnal mit geringer Verzerrung liefert, von einem so schwachen Signal benutzt, das, wenn es von einem einzigen Fahrzeug (und keiner anderen Überlagerung) stammen sollte, wahrscheinlich ein Datenausgangssignal mit beträchtlicher Verzerrung erzeugen würde.

Der zweite Teil der Unterscheidung erfolgt durch Bezugnahme auf die Telegraphieverzerrung der am Demodulator im Zentralempfänger 50 erzeugten Daten. Dieses Maß der Datenverzerrung wird relativ zu einem vorgegebenen Sehwellwert als hoch oder niedrig bewertet, um ein Signal, dessen Verzerrung so niedrig ist, daß eine Wiedergewinnung richtiger Daten sichergestellt ist, zu unterscheiden von einem Signal, dessen Verzerrung so hoch ist, daß eine einwandfreie Wiedergewinnung der Daten unwahrscheinlich ist.

Die Eigenschaft von FM-Detektoren, die den Fangeffekt ausnutzen, wird zur Auswertung der Signalstärke herangezogen, wobei das Signal-zu-Störverhältnis nach der Gleichrichtung für Signale, die eine vorgegebene Amplitude überschreiten, verbessert wird gegenüber dem Signal-zu-Störverhältnis vor der Gleichrichtung.

Umgekehrt wird für Eingangssignale mit kleiner Amplitude unterhalb dieses Schwellwertes das Signal-zu-Störverhältnis hinter dem Detektor im Vergleich zum Signal-zu-Störverhältnis vor dem Detektor verschlechtert. Diese bekannte Eigenschaft von FM-Detektoren wird hier zur Bewertung der Signalamplitude ausgenutzt.

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Der arithmetische Mittelwert der Telegraphie-Verzerrung aus dem Demodulator-Datenausgang wird durch bekannte Einrichtungen ausgewertet. Der Betriebszustand der Zentrale läßt sich jetzt aus einem Vergleich herleiten, der in der nachfolgenden Tabelle aufgestellt ist.

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Kanalzustandsanalyse

Antennens igna1s tarke.

.Maximum

O %

Distortion

50 %

Belegt pegel	Exnzel- pegel	schwache Grenzsignale	typische starke Signale (starke Begrenzung)
reiner Störbereich	(Belegtanzeige Mobil-Zentralstation)	starke Signale liefern gute Daten mit wenig Verzerrung
Bedingung tritt · nicht auf		richtiger normaler Empfang
	Grenzempfang	starke Signale liefern verzerrte Ausgangssignale
kein Stationsruf	Belegtanzeige Mobil-Zentral station	Ansammlung mehrerer rufen der Mobilstationen
Leerlaufanzeige Mobil-Zentral- station	kann nicht auf nor male Anhäufung von Mobil-Rufen zurück zuführen sein	Aufrufeinleitung zur Identifizierung der anrufenden Stationen
Zentrale sendet Kennzeichenbit zur Aufforderung zu mobilem Funkverkehr

Belegt pegel

Einzelpegel

OJ CD CO

Der Parameter der Stärke des empfangenen Signales wird ausgewertet durch Vergleich mit zwei in der Tabelle durch vertikale Linien dargestellten Schwellwerten. Der untere Schwellwert ist die Belegtschwelle und liegt etwas höher als die nur in seltenen Fällen überschrittene Obergrenze des allgemeinen Störpegels. Dieser Schwellwert für die zur Erzeugung brauchbarer Ausgangsdaten erforderliche Signalstärke ist niedrig und entspricht bei Sprechfunk einer Squelch-Einstellung, die bei Störungen gelegentlich und häufig bei Signalen öffnet, die so schwach sind, daß sie stark verzerrt erscheinen.

Der höhere Schwellwert für die Signalstärke liegt bei dem Mindest-Einzelsignal für niedrige Verzerrung. Dieser Wert wird durch die normalen Sendesignale des Fahrzeuges überschritten und in der ersten Begrenzerstufe des Empfängers 50 begrenzt, da bei diesem Wert das Signal-zu-Störverhältnis am Ausgang bei weiterer Verstärkung des Eingangssignalpegels nicht wesentlich verbessert wird.

Durch die horizontale Linie in der Mitte über der Tabelle ist ein Verzerrungs-Schwellwertpegel dargestellt. Dieser Pegel ist auf einen Wert eingestellt, der etwa für Verzerrungen bei normaler Signalstärke typisch ist und ungefähr am Einsatzpunkt des ersten Begrenzers liegt (oberhalb des Knicks der Gleichrichterkennlinie) .

Keine der oben erwähnten Schwellwerteinstellungen ist irgendwie kritisch oder erfordert eine Nachregelung während des Betriebes. Der Bereich der Veränderlichen ist gewöhnlich groß und die Entscheidungsbereiche sind klar abgegrenzt.

Wenn ein Mobilkanal eine hohe Verzerrung und starke Signale aufweist (rechter unterer Sektor), liegt mit großer Wahrscheinlichkeit eine Anhäufung von Anrufen im Wettbewerb zweiter Ordnung vor, bei welcher die Mobilstationen unter Steuerung des vom Zentral-

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sender 20 an alle Mobilstatiönen abgegebenen Frei-Belegtkennzeichens im Wettbewerb um Beachtung durch den Zentralempfänger 50 stehen. In diesem Fall verhindert ddie Zentralstation einen weiteren Wettbewerb durch Änderung des Steuerbits von frei auf belegt und Aufruf aller im Einsatz befindlichen Mobilstationen durch die Frage "haben sie Nachrichten abzusetzen".

Im zugeordneten Antwortzeitabschnitt antwortet dann jede Mobilstation, die Nachrichten abzusetzen hat, in der bereits beschriebenen Weise.

Der erfindungsgemäß abgewickelte Stationsaufruf erzielt eine Antwort von jedem einer großen Anzahl von Fahrzeugen in sehr kurzer Zeit. Bei früheren Lösungen dieses Problemes ist dies grundsätzlich unmöglich/ da die Mobilstationen für jede Sendung erst die Bit- und Zeichensynchronisation herstellen müßten.

Eine starke Einschränkung der Wirksamkeit bisher bekannter Anlagen liegt in der Verzögerung von mehreren zehntel Millisekunden für Ein- und Ausschaltzeit konventioneller Mobilstationen, wodurch das Aufrufverfahren in einem unerträglichen Maß verlangsamt wird. Gemäß der Erfindung wird diese Verzögerung dadurch ausgeschaltet, daß jede Mobilstation in einem Zeitabschnitt antwortet, der gegenüber dem Empfangszeitabschnitt für die Fahrzeugadresse hinreichend verzögert ist, damit von Empfang auf Sendung umgeschaltet werden kann. Eine zusätzliche hochfrequenzmäßige Torsteuerung des Senders ermöglicht eine echte Beschränkung des abgestrahlten Hochfrequenzimpulses auf 3 bis 5 Millisekunden.

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Claims

- 22 PATENTANSPRÜCHE

1.' Nachrichtenübertragungssystem mit einer Zentralstation und mehreren Unterstationen, die zur Nachrichten- oder Datenübertragung mit Sendern, Empfängern, Umsetzern und Synchronisiereinrichtungen ausgerüstet sind, dadurch gekennzeichnet, daß an den Unterstationen eine Detektorschaltung (52) zur Messung der Feldstärke des von der Zentrale kommenden Signals vorgesehen ist und daß eine Sendesteuerschaltung (40) vorgesehen ist, die die Aussendung von Signalen von der Unterstation zur Zentrale sperrt, wenn die Feldstärke des von der Zentrale kommenden Signals einen vorgegebenen Wert unterschreitet.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung (52) über eine Integrationszeitkonstante eine Ansprechverzögerung aufweist, um bei kurzzeitigen Schwankungen der Feldstärke bei sonst guten Ausbreitungsbedingungen ein Ansprechen des Detektors zu verhindern.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zentralstation eine Detektorschaltung (56) vorgesehen ist, die zur Feststellung der Signalverzerrung dient.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zentralstation eine weitere Detektorschaltung (58) vorgesehen ist, die zur Feststellung der Feldstärke der von den Unterstationen kommenden Signale dient.

5. Anordnung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltungen (56, 58) in der Zentralstation mit der Nachrichtensteuerschaltung (16) verbunden sind und bei ausreichender Signalfeldstärke und Verzerrungsfreiheit eines von einer Unterstation kommenden

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Signals die Aussendung eines Signals an alle anderen Unterstationen bewirkt, das die Aussendung von Signalen der anderen Unterstationen zur Zentralstation sperrt.

6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Unterstation mit dem Empfänger (30) ein Schieberegister (70) gekoppelt ist, daß an dem Empfänger (30) ein Nulldurchgangsdetektor (74) angeschlossen ist, der ausgangsseitig zwei hintereinander liegende Zählschaltungen (76, 78) und das Schieberegister (70) mit dem Bittakt ansteuert und daß mit dem Schieberegister eine Zeichendetektorschaltung (80) verbunden ist, die über Ausgänge (82, 84) die Rückstellung der Zählschaltungen (78, 76) steuert.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit der zweiten Zählschaltung (78) eine Adressen-Detektorschaltung (90) zur Feststellung von Stations-Gruppen- oder Sammelanrufen verbunden ist, und daß bei Feststellung eines solchen die Unterstation betreffenden Anrufs über logische Schaltungen (92, 94) die Aussendung eines Kennimpulses durch die Unterstation nach der Zentrale bewirkt wird.

6Wf# Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zählschaltung (78) und die Adressendetektorschaltung (90) über ein UND-Glied (92) mit einer Verzögerungsschaltung (94) verbunden sind, um zur Vermeidung von gegenseitigen Störungen die Aussendung eines Kennsignals über die Sendesteuerschaltung (40) zu verzögern .

9. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Unterstation beim Auftreten eines vorbestimmten Bits in einer vorbestimmten Bitposition im Pufferregister (32) und am Ausgang der einen Zählschaltung (76), welches

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den Belegtzustand der Zentrale im Verkehr mit einer anderen Unterstation anzeigt, die Sendesteuerschaltung (40) über eine logische Schaltung (100) veranlaßt wird, das Aussenden von Nachrichten für die Dauer des Belegtzustandes der Zentrale zu sperren.

10. Anordnung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Unterstation mit dem Pufferregister (32) für ankommende Nachrichten ein Drucker (34) oder eine andere Ausgabeeinheit verbunden ist, daß ferner eine Tastatur (36) und ein zweites Pufferregister (38) für abgehende Nachrichten vorgesehen sind und daß die. über die Tastatur (36) und das Pufferregister (38) eingegebenen Nachrichten auch über den Drucker (34) ausdruckbar sind, wenn die Aussendung von Nachrichten durch die Unterstation zeitweilig gesperrt ist.

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