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Auswerteeinrichtung in Anlagen zur punktweisen Informationsübertragung
zwischen Eisenbahnfahrzeugen und der Strecke Die Erfindung bezieht sich auf eine
Auswerteeeinrichtung in Anlagen zur punktweisen Informationsübertragung zwischen
Eisenbahnfahrzeugen und der Strecke mit mindestens einem durch Wechselstrom gespeisten
Schwingkreis als Empfänger, der beim Passieren eines als Sender dienenden passiven
Schwingkreises mit gleicher Resonanzfrequenz beeinflußt wird, wobei der passive
Schwingkreis mit nach einem n - aus m - Code entsprechend der zu übertragenden Information
umgesetzten Frequenzen in seinem Wirkwiderstand moduliert auf den aktiven Schwingkreis
rückwirkt.
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Derartige Einrichtungen haben sich bei allen Bahnverwaltungen seit
vielen Jahren im Hinblick auf die Ubertragung einer einzigen Information in Form
einer Ja- bzw. Neinaussage gut bewährt. Meistens sind die Einrichtungen zur induktiven
Zugbeeinflussung so gestaltet, daß auf den Zügen ein oder mehrere Wechselstromgeneratoren
vorgesehen sind, von denen jeder eine vorgegebene Frequenz liefert. An jeden Generator
ist ein Schwingkreis angeschlossen, dessen Resonanzfrequenz mit der Frequenz dieses
Generators übereinstimmt.Die Induktivitäten der Schwingkreise werden durch Spulen
gebildet, die auf einem ferromagnetischen Kern in einem sogenannten Fahrzeugmagneten
angeordnet sind.
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Als passive Streckengeräte, die bei der induktiven Zugbeeinflussung
als Gleismagnete bezeichnet werden, werden ebenfalls
Schwingkreise
verwendet, die je nach der auf den Zug zu übertragenden Information, im einfachsten
Fall in Form einer Ja-Neinaussage,auf die eine oder andere Frequenz der Wechselstromgeneratoren
abgestimmt sind. Beim Passieren eines Fahrzeugmagneten an einem nicht kurzgeschlossenen,
also wirksamen Gleismagneten tritt zwischen diesem und dem Fahrzeugmagneten eine
Kopplung ein, derart, daß der Speisestrom des Fahrzeugschwingkreises, auf dessen
Resonanzfrequenz der beeinflussende Gleismagnet abgestimmt ist, abgesenkt wird.
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Infolge dieser Stromabsenkung spricht ein im Speisestromkreis des
Fahrzeugmagneten vorgesehenes Impulsrelais an.
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Dies ist als Ja-Information zu werten. Beim Passieren eines unwirksamen,
also kurzgeschlossenen Gleismagneten tritt die genannte Stromabsenkungnicht auf;
es erfolgt also keine Beeinflussung.
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Bei den oben geschilderten bekannten Einrichtungen (DT-PS 1 605 431),
die auch in der Weise arbeiten können, daß auf den Schienenfahrzeugen die passiven
Schwingkreise und an der Strecke die mit Wechselstrom gespeisten Schwingkreise vorgesehen
sind, kann durch die erwähnte Resonanzfrequenzumschaltung bei den passiven Schwingkreisen
nur eine begrenzte Anzahl von Informationen übertragen werden. Daher bestand der
Wunsch, bei kleinstem Aufwand eine Übertragung einer Vielzahl von Informationen
zu gestatten, ohne daß eine störende Verstimmung der Schwingkreise eintritt und
ohne daß eine Beschränkung in der Steuerleitungslänge zum Umschalten der passiven
Schwingkreise erforderlich wird.
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Zur Erhöhung der Anzahl der zu übertragenden Informationen ist es
aus der obengenannten Patentschrift bekannt, daß an jeden passiven Schwingkreis
ein Belastungswiderstand angeschlossen wird, der überwiegend den Wirkwiderstand
des betreffenden Schwingkreises in Abhängigkeit von zu Ubertragenden Informationen
ändert.
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Wenn nun die Wirkwiderstandsmodulation nicht nur mit Hilfe einer einzigen
niederfrequenten Wechselspannung erfolgt, sondern unter Anwendung eines n- aus m-Code
und einer Vielzahl von Frequenzen, so ergeben sich neue Probleme, die in einer geeigneten
Auswertung liegen. Da diese im Hinblick auf die einzelnen Frequenzen bei Geschwindigkeiten
über 200 km pro Stunde innerhalb weniger Millisekunden, denn länger dauert die Übertragung
nicht, erfolgen muß, reichen die bisher üblichen Empfänger wegen der dabei erforderlichen
schmalbandigen Filter nicht mehr aus. Diese Filter erfordern infolge von Einschwingzeiten,
die umso größer sind, je schmalbandiger die Filter gestaltet werden, mehr als zehn
Perioden des jeweils auszuwertenden Signales für ein sicheres Ansprechen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für Anlagen zur punktweisen,
induktiven Informationsübertragung zwischen Eisenbahnfahrzeugen und der Strecke
eine geeignete Auswerteeinrichtung anzugeben, die auch bei sehr hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten
die Übertragung einer Vielzahl verschiedener Frequenzen und deren Auswertung innerhalb
der kurzen, zur Verfügung stehenden Ubertragungszeit ermöglichen. Dabei sollen die
übertragenen Frequenzen sofort ausgewertet und nicht in irgendeiner Weise erst zwischengespeichert
werden, weil eine derartige Verfahrensweise einen unerwünschten zusätzlichen Schaltungsaufwand
bedeuten würde.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst,daß die n Frequenzen
in einer Anzahl von n verschiedenen Frequenzbändern liegen, denen empfangsseitig
je ein Bandpaß mit einer dem jeweiligen Frequenzband entsprechenden Bandbreite zugeordnet
ist, und der Bandpaß für eine Halbwelle einer in seinem Durchlaßbereich liegenden
Frequenz eine Torschaltung für einen Quarzoszillator öffnet, an den ausgangsseitig
ein
elektronisches Zählwerk angeschlossen ist, das bei der jeweils
folgenden Halbwelle der genannten Frequenz rückstellbar ist.
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Der besondere Vorteil der Anwendung des an sich bekannten Frequenzzählverfahrens
bei Anlagen zur induktiven Informationsübertragung in der oben angegebenen Art und
Weise hat den großen Vorzug, daß auf der Empfangsseite Filterschaltungen vorgesehen
werden können, die breitbandig sind und damit sehr geringe Einschwingzeiten aufweisen.
Ferner ergibt sich der besondere Vorteil, daß zur Erkennung von einer oder mehreren
gleichzeitig übertragenen Frequenzen - je nachdem, wie groß die Zahl n gewählt werden
muß, um auf eine vorgegebene Anzahl von während der kurzen ,Übertragüfgszeit wahlweise
übertragbaren Informationen zu kommen - nur eine einzige Halbwelle der zu erkennenden
Frequenzen ausgewertet werden muß.Das jeweilige Zählergebnis des Zählwerkes bzw.
der Zählwerke für mehrere Frequenzen repräsentiert die jeweils detektierte Frequenz.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Auswerteeinrichtung kann im Gegensatz
zu den bekannten Einrichtungen während der kurzen zur Verfügung stehenden Übertragungszeit
nicht nur eine Vielzahl von Informationen übertragen werden, sondern es steht in
vorteilhafter Weise sogar noch Zeit zur Verfügung für eine Mehrfachauswertung, z.B.
für eine Zweizyklenauswertung.
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Hierdurch ist die auf dem Eisenbahnsicherungsgebiet stets geforderte
hohe Sicherheit in einer ordnungsgerechten Informationsübertragung zusätzlich gesteigert.
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Weiterhin ist die Erkenntnis gewonnen, daß bei vorgegebenem Frequenzabstand
der zu übermittelnden Frequenzen bedenkenlos dann auf die Auswertung der Einerstelle
des jeweiligen Zählergebnisses der Zählwerke auf der Empfangsseite verzichtet werden
kann ohne Informationsverlust, wenn der Quarzoszillator eine hohe Frequenz, z.B.
10 MHz aufweist. Etwaige Frequenzabweichungen werden hierdurch selbsttätig ausgeblendet.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird dieser Vorteil dadurch
erreicht, daß als Zählwerk ein aus mehreren hintereinander geschalteten Teilerblöcken
bestehender Frequenzteiler verwendet ist, von dem außer dem mit der Torschaltung
verbundenen Teilerblock alle übrigen Teilerblöcke eine Decodierschaltung steuern.
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Zur weiteren Erhöhung der Sicherheit im Hinblick auf eine ordnungsgerechte
Informationsübertragung ist es nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der
Erfindung zweckmäßig, daß an denSpeisestromkreis des mit Wechselstrom gespeisten
Schwingkreises über einen Demodulator ein Tiefpaß angeschlossen ist mit einem Durchlaßbereich
für Frequenzen, die unterhalb derjenigen liegen, die den Informationen zugeordnet
sind, und mit einer dem Tiefpaß nachgeschalteten Triggerschaltung, welche mindestens
die Torschaltung bei nicht beeinflußtem Schwingkreis sperrt.
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Hierdurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß etwaige Störspannungen,
die zur Unzeit über einen der Bandpässe die zugeordnete Torschaltung steuern könnten,
unwirksam bleiben.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 das Blockschaltbild einer streckenseitigen
Einrichtung zur induktiven Informationsübertragung auf vorbeifahrende Züge und Fig.
2 das Blockschaltbild von Fahrzeugeinrichtungen zum Empfang und Auswerten der übertragenen
Informationen.
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Das Blockschaltbild nach Fig. 1 zeigt sendeseitige Einrichtungen zur
induktiven Informationsübertragung als Streckeneinrichtung für von der Strecke auf
vorbeifahrende Züge zu übertragende Informationen. Beim Ausführungsbeispiel wird
davon
ausgegangen, daß zur Informationsübertragung beispielsweise gleichzeitig n = 3 Frequenzen
übertragen werden.
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Zu diesem Zweck ist ein quarzstabilisierter Generator QG1 vorgesehen,
dessen Signale dreikanalig weitergeleitet werden auf je einen Bandpaß BP1 bis BP3.
Von den drei Kanälen ist nur einer vollständig dargestellt und zeigt einen durch
den Generator QG1 gespeisten Frequenzteiler EFR, der mit Hilfe eines Frequenzwählers
FWR einstellbar ist. An den Frequenzteiler EFR ist eine bistabile Kippstufe FP1
mit dynamischem Eingang angeschlossen. Diese bistabile Kippstufe FP1 hat die Aufgabe,
die von dem einstellbaren Frequenzteiler EFR abgegebenen rechteckförmigen Signale
zu symmetrieren. Bei einem Frequenzteiler EFR mit bereits symmetrischen Ausgqngssignalen
kann die Kippstufe FP1 entfallen. Die von der bistabilen Kippstufe FPl ausgegebenen
Rechtecksignale gelangen auf den zugeordneten Bandpaß BP1, der die zugeführten Rechtecksignale
in sinusförmige umwandelt. Für die drei Bandpässe BP1 bis BP3 sind drei voneinander
verschiedene Frequenzbereiche vorgesehen, so daß auf den an die Bandpässe BPl bis
BP3 angeschlossenen Verstärker VR1 stets gleichzeitig drei verschiedene Frequenzen
gelangen können. An den Verstärker VR1 ist über einen Modulator MR der eine Schwingkreis
L2/C2 des Gleismagneten GT angeschlossen, dessen Wirkwiderstand durch den Modulator
MR im Sinne der jeweils drei eingestellten und eine vorgegebene Information repräsentierenden
Frequenzen moduliert wird.
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Ein weiterer passiver Schwingkreis ist im Gleismagneten GT durch die
Spule L1 und den Kondensator Cl gebildet. Dieser Schwingkreis ist auf eine andere
Resonanzfrequenz abgestimmt als der benachbarte Schwingkreis L2/C2. Der Schwingkreis
L1/C1 kann mit Hilfe einer symbolisch dargestellten Schalteinrichtung SG bedarfsweise
kurzgeschlossen werden, wodurch dieser Schwingkreis nicht mehr wirksam ist. Das
Unwirksamschalten kann beispielsweise in Abhängigkeit von der Stellung eines Signales
über die Leitung L10 erfolgen.
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Es ist aber auch denkbar, den Schwingkreis L1/C1 stets wirksam zu
belassen und diesen Kreis als Prüfkreis zu verwenden.
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Die beiden Spulen L1 und L2 befinden sich auf einem gemeinsamen Ferritkern
FN1 in einem nicht weiter bezeichneten und nur stilisiert dargestellten, elektrisch
leitenden Schutzgehäuse, das nach fünf Seiten eine Abschirmung bietet und nur in
Richtung eines zu steuernden Fahrzeugmagneten (FT in Fig. 2) nicht abgeschirmt ist.
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Das Blockschaltbild nach Fig. 2 zeigt wesentliche Baugruppen der Fahrzeugeinrichtung
zur punktförmigen, induktiven Informationsübertragung von der Strecke auf das Fahrzeug.
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Der Fahrzeugmagnet FT enthält zwei auf verschiedene Resonanzfrequenzen
abgestimmte Schwingkreise, die aufgebaut sind aus je einem Kondensator C3 bzw. C4
und je einer Spule L3 bzw. L4. Die letzteren sind auf einen gemeinsamen Ferritkern
FN2 gewickelt.
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Sowohl beim Gleismagneten GT (Fig. 1) als auch beim Fahrzeugmagneten
FT ist auf die Darstellung von in der Praxis vorhandenen Kompensationswicklungen
auf dem jeweiligen Ferritkern FN1 bzw. FN2 verzichtet worden.
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Der Schwingkreis C3/L3 im Fahrzeugmagneten FT wird gespeist durch
einen Generator G1, dessen Frequenz beispielsweise bei 50 kHz liegt. Im Speise stromkreis
dieses Schwingkreises ist ein Impulsrelais REL vorgesehen, das bei unbeeinflußtem
Schwingkreis L3/C3 und somit bei einem Speisestrom vorgegebener Höhe erregt ist.
Bei einer Beeinflussung durch den wirksam geschalteten Schwingkreis L1/C1 des Gleismagneten
GT wird der Speisestrom des Schwingkreises L3/C3 kurzzeitig auf einen geringeren
Wert herabgesetzt, und das Impulsrelais REL fällt während dieses Zeitraumes ab.
Mit Kontakten des Impulsrelais REL kann nicht nur die vorhandene Beeinflussung gemeldet
werden, sondern zusätzlich für auf dem Fahrzeug vorgesehene elektronische Einrichtungen
ein nützlicher PrUfkreis aufgebaut werden.
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Der zweite Schwingkreis L4/C4 des Fahrzeugmagneten FT wird durch einen
Generator G2 mit einer anderen Frequenz, z.B.
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91 kHz, über einen Transformator TR gespeist. Aufgrund der Speisung
durch die Generatoren G1 und G2 werden die im Fahrzeugmagneten FT vorgesehenen Schwingkreise
als aktive Schwingkreise bezeichnet, auf welche die an der Strecke vorgesehenen
passiven Schwingkreise einwirken können.
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In diesem Zusammenhang sei ergänzend erwähnt, daß die Schwingkreispaare
C1/L1 und C3/L3 bzw. C2/L2 und C4/L4 jeweils auf dieselbe Resonanzfrequenz abgestimmt
sind.
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An den Transformator TR ist ein Demodulator DR angesdhlossen, der
die Aufgabe hat, den bei einer Beeinflussung im Speise stromkreis des Schwingkreises
C4/L4 abgesenkten und im Takte der drei übertragenen Frequenzen modulierten Speisestrom
zu demodulieren. Entsprechend den für das AusfUhrungsbeispiel zur Übertragung angenommenen
n=3 Frequenzen sind an den Demodulator DR drei Auswertekanäle angeschlossen, von
denen nur ein einziger wegen einer besseren Ubersichtlicheit der Zeichnung vollständig
dargestellt ist. Im Wesentlichen gelangen die vom Demodulator DR abgegebenen Signale
auf drei Bandpässe BP4, BP5 und BP6 sowie auf einen Tiefpaß TP. Die Bandpässe BP4
bis BP6 haben im Einzelfall eine Bandbreite, die derjenigen des jeweils zugeordneten
Bandpasses BP1, BP2 bzw. BP3 der Streckeneinrichtung nach Fig. 1 entspricht. Hierdurch
wird erreicht, daß eine aus einer Gruppe von Frequenzen übertragene Frequenz wiederum
eine feste Zuordnung zu einem der drei Auswertekanäle erhält.
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Der nachfolgend näher beschriebene Auswertekanal, der praktisch mit
dem Bandpaß BP4 beginnt, enthält weiterhin einen Begrenzerverstärker BVR, der die
Aufgabe hat, das vom Bandpaß BP4 abgegebene sinusfdrmige Signal in ein
rechteckförmiges
umzusetzen, das geeignet ist, eine Torschaltung TG1 zu steuern, die im geöffneten
Zustand einen allen Auswertekanälen gemeinsamen quarzstabilisierten Generator QG2
mit einem Frequenzteiler FTR verbindet.Dieser steuert eine Decodierschaltung DG,
die ihre ermittelten Daten auf einen Speicher SR gibt, der eine Mehrzyklenauswertung
beinhalten kann. Über die Leitung L11 erfolgt die Ausgabe einer Teilinformation,
die zusammen mit denjenigen der anderen Auswertekanäle in einer nicht dargestellten
weiteren Schaltung kombiniert werden.
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Die Torschaltung TG1 besteht aus zwei bistabilen Kippstufen FP2 und
FP3, jeweils mit dynamischem Eingang, derart, daß die bistabile Kippstufe FP3 stets
beim Übergang des steuernden Signals vom Begrenzerverstärker BVR vom Zustand "o
in den Zustand 3 der dargestellten Grundstellung in die andere Lage gesteuert wird,
während die bistabile Kippstufe FP2 bei einer Eingangsignaländerung vom Zustand
i in den Zustand 0" den Schaltzustand ändert.
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Der Ausgang der bistabilen Kippstufe FP2 bzw. derjenige der Kippstufe
FP3 ist mit dem dynamischen Eingang der bistabilen Kippstufe FP3 bzw. im anderen
Fall mit dem dynamischen Eingang der Kippstufe FP2 verbunden. Hierdurch wird erreicht,
daß die bistabile Kippstufe FP3 nicht erst nach einer vollen Periode des steuernden
Signales wieder in die Grundstellung zurückgestellt wird, sondern bereits nach einer
halben Periode. Als Schalter für die vom quarzstabilisierten Generator QG2 abgegebenen
Fortschaltsignale dient ein UND-Glied UD, dessen einer Eingang mit dem Ausgang derjenigen
bistabilen Kippstufe FP3 verbunden ist, die jeweils nach einer halben Periode des
steuernden Signales ihre Schaltlage ändert.
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Der Frequenzteiler FTR besteht aus vier hintereinander geschalteten
Teilerblöcken FTR1 bis FTR4. Jeder der Teilblöcke teilt die Frequenz von beispielsweise
10 NHz des
quarzstabilisierten Generators QG2 im Verhältnis 1:10.
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Der für die Einerstelle des Zählergebnisses zuständige Teilerblock
FTR1 ist unmittelbar mit dem die Fortschaltsignale durchschaltenden UND-Glied UD
verbunden und gibt jeweils nach dem Abzählen von zehn Fortschaltimpulsen einen Impuls
an den nachfolgenden Teilerblock FTR2. Ausschließlich an die drei letzten Teilerblöcke
FTR2, FTR3 und FTR4 des Frequenzteilers FTR ist die Decodierschaltung DG mit drei
Baugruppen DGl bis DG3 angeschlossen.Auf diese Art und Weise werden nur die Zehner-,
hunderten und Tausenderstelle des durch den Frequenzteiler FTR ermittelten Zählergebnisses
weiter ausgewertet.Da sic zwei unmittelbar benachbarte Frequenzen im Frequenzband
des Bandpasses BP4 soweit unterscheiden, daß sich diese Tatsache auch noch in der
Zehnerstelle des Zählergebnisses bemerkbar macht, kann auf die Auswertung der durch
den Teilerblock FTR1 ermittelten Einerstelle des Zählergebnisses verzichtet werden,
mit dem Vorteil, daß sich eventuell vorhandene geringe Frequenzabweichungen im'Zählergebnis
beim Auswerten ein und derselben übertragenen Frequenz im Rahmen einer Mehrzyklenauswertung
nicht schädlich auswirken können.
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Der Grundstellungsausgang FP31 der bistabilen Kippstufe FP3 ist mit
je einem Rücksetzeingang der Teilerblöcke FTR1 bis FTR4 sowie mit Je einem Freigabeeingang
der drei Baugruppen DGl bis DG3 der Decodierschaltung DG verbunden.
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Hierdurch wird erreicht, daß nach jeder Halbperiode eines in seiner
Frequenz zu bestimmenden Signals in der jeweils folgenden Halbperiode desselben
Signales die einzelnen Teilerblöcke FTR1 bis FTR4 in eine Grundstellung zurückgestellt
werden und die Decodierschaltung DG ausgelesen wird.
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Für den Tiefpaß TP ist ein Durchlaßbereich mit einer Frequenzlage
vorgesehen, die unterhalb der Frequenzbänder liegt, die den Bandpässen BP1 bis BP6
zugeschrieben sind.
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An den Tiefpaß TP ist eine Triggerschaltung TSG angeschlossen, die
mit ihrem Ausgangssignal die beiden bistabilen Kippstufen FP2 und FP3 der Torschaltung
TG1 in der dargestellten Grundstellung verriegelt und außerdem beim Speicher SR
eine Informationsausgabe verhindert. Entsprechendes gilt sinngemäß natürlich auch
für die anderen Auswertekanäle, die an die Bandpässe BP5 und BP6 angeschlossen sind.
Eine Freigabe der genannten Einrichtungen erfolgt erst dann, wenn infolge einer
Beeinflussung des Schwingkreises C4/L4 und damit eine Speisestromabsenkung erfolgt,
wobei dann die Triggerschaltung TSG kein Ausgangssignal abgibt. Hierdurch wird erreicht,
daß etwaige Störsignale über den Demodulator DR während einer Zeit, in der keine
Beeinflussung durch eine Streckeneinrichtung erfolgt, nicht ausgewertet werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel wurde angenommen, daß zur Informationsübertragung
gleichzeitig n=3 verschiedene Frequenzen auf einen fahrenden Zug übertragen werden.
Untersuchungen haben gezeigt, daß dabei im Rahmen der vorgegebenen Frequenzbänder'je
Kanal bei ausreichendem Frequenzabstand 20 verschiedene Frequenzen zur Verfügung
stehen.
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Hieraus ergibt sich durch Berechnung des Binomialkoeffizienten, daß
durch entsprechende Frequenzkombination theoretisch 1.140 verschiedene Informationen
übertragen werden können. Diese Zahl erhöht sich noch erheblich, wenn beispielsweise
gleichzeitig n=6 Frequenzen gesendet werden, wenn man berücksichtigt, daß dabei
pro Kanal noch zehn verschiedene Frequenzen zugelassen werden können.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die Anwendung des beschriebenen
dekadischen Zählers, sie kann auch in Verbindung mit anderen Zählerarten, z.B. Dual-Zählern,
ausgeführt werden. Dabei ist nur die Schrittzahlzir Ausblendung von Frequenzungenauigkeiten
entsprechend festzulegen.