DE2817836C3

DE2817836C3 - Verfahren zur Mehrfachübertragung digitaler Signale sowie Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens

Info

Publication number: DE2817836C3
Application number: DE2817836A
Authority: DE
Inventors: Kenkichi Yokosuka Kanagawa Hirade
Original assignee: Nippon Telegraph & Telephone Public Corp Tokyo; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1977-06-20
Filing date: 1978-04-24
Publication date: 1981-04-23
Also published as: FR2395652B1; GB1602169A; DE2817836B2; US4223405A; FR2395652A1; CA1115776A; JPS547204A; JPS617061B2; DE2817836A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Mehrfachübertragung digitaler Signale zwischen fahrbaren Einrichtungen und festen Funkstellen in einem in mehrere Bereiche aufgeteilten Sendebezirk, wobei allen festen Funkstellen dieselbe Trägerwelle zugewiesen ist, sowie eine Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Aus dem Buch von L. Wiesner »Fernschreib- und Datenübertragung über Kurzwelle«, 1975, Seite 76, 77, 84, 85 ist ein Frequenzdiversity-System zur Mehrfachübertragung digitaler Signale bekannt, bei dem den digitalen Informationssignalen in benachbarten festen Funkstellen Wellen überlagert werden; dabei werden die HF-Trägerwellen durch die überlagerten Signale winkelmoduliert, und zwar in einer Frequenzumtastung, und gleichzeitig von mehreren festen Funkstellen in einem Sendebezirk gesendet Dadurch soll eine Verringerung von Schwunderscheinungen erreicht werden.

Bei der Mehrfachübertragung digitaler Signale wird bestimmten, festen Funkstellen diesselbe Trägerwelle zugewiesen, weil sich dadurch eine bessere Ausnutzung der vorhandenen Frequenzen erreichen läßt und außerdem keine Kanalumschaltung erforderlich ist, wenn die fahrbaren Einrichtungen sich von einem Sendebezirk zu einem anderen Sendebezirk bewegen. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß in einem Überlappungsbereich zwischen den Sendebezirken wegen der Interferenz der Trägerwellen Fading auftreten kann, so daß es zu Übertragungsstörungen kommt.

Ein weiteres herkömmliches Verfahren soll unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert werden; bei diesem Verfahren sind die Mittenfrequenzen benachbarter, fester Funkstellen in einem gemeinsamen Sendebezirk gegeneinander um eine vorgegebene Frequenz versetzt Das heißt daß den festen Funkstellen die Frequenzen /ri. fc2 und f_cs zugeteilt sind, die um Afa\s Mittenfrequenzen in einem gemeinsamen Band B versetzt sind. Bei diesem Verfahren müssen die Trägerwellen eine sehr exakt eingestellte Frequenz haben, damit Af innerhalb eines vorgegebenen Bereiches gehalten wird. Dies heißt also, daß bei der Überlappung von mehr als vier Sendebezirken die Frequenzstabilität extrem exakt (weniger als 1 · 10-⁷) sein muß. Aus diesem Grunde ist also eine sehr kostspielige Ausrüstung erforderlich. Darüber hinaus ist wegen der Unterschiede in den Mittenfrequenzen der Trägerwellen die Zuverlässigkeit der Signalübermittlung äußerst schwankend.

F i g. 2 zeigt ein zweites, herkömmliches Verfahren, bei dem alle Funkstellen die gleiche Mittenfrequenz haben, die Modulationsindizes der einzelnen Funkstellen jedoch versetzt sind. F i g. 2 stellt die Zuweisung des Spektrums für drei feste Funkstellen dar. Das heißt also, daß drei Funkstellen das gleiche Band S, die gleiche Mittenfrequenz £ und eine unterschiedliche maximale Frequenzabweichung A fdu Afdi bzw. Afλ zugeteilt ist. Bei diesem Verfahren muß die Frequenz der Trägerwelle ebenfalls äußerst exakt aufrechterhalten werden; dies gilt insbesondere dann, wenn mehrere Sendebezirke einander teilweise überlappen. Außerdem schwankt die Zuverlässigkeit der Signalübertragung von einer Funkstelle zur nächsten wegen der unterschiedlichen maximalen Frequenzabweichungen in dem jeweiligen Sendebezirk sehr stark.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Einrichtung der angegebenen Gattung zu schaffen, bei dem bzw. der keine hohen Anforderungen an die Frequenzstabilität mehr gestellt werden.

Bei einem Verfahren der angegebenen Gattung wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei einer Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 6 angegebenen Merkmale gelöst

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß den digitalen Signalen periodische Wellen, beispielsweise sinusförmige Wellen, überlagert werden, wobei die Kennzeichnung der verschiedenen festen Funkstellen durch die jeweils eingeführte Phasenverschiebung der periodischen Wellen erfolgt

Zur Einführung dieser periodischen Wellen und zu ihrer Abtrennung vom empfangenen Signal ist kein großer apparativer Aufwand erforderlich, da hierzu bereits verschiedene Ausführungsformen von Geräten zur Verfügung stehen. Außerdem spielt auch die Frequenzstabilität der Signale keine große Rolle mehr, da sich durch die eingeführte Phasenverschiebung eine sehr genau zu erfassende Kennzeichnung der verschiedenen festen Funkstellen ergibt, also die verschiedenen festen Funkstellen sehr exakt voneinander getrennt werden können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichungen näher erläutert Es zeigen

F i g. 1 und 2 Darstellungen der Frequenz-Zuteilung zur Erläuterung herkömmlicher Systeme,

Fig.3 eine Kurvendarstellung zur Erläuterung des Grundprinzips der vorliegenden Erfindung,

F i g. 4 ein Blockdiagramm einer ersten AusführiLngsform eines Senders,

Fig.5 verschiedene Wellenformen zur Erläuterung der Funktionsweise der ersten Ausführungsform,

F i g. 6 ein Blockdiagramm eines Empfängers für die erste Ausführungsform,

F i g. 7 eine ausgesandte Welle,

Fig.8 das Verhältnis zwischen der Fehlerhäufigkeit und dem Wert C/N,

F i g. 9 das Verhältnis zwischen der Fehlerhäufigkeit und ^i

Fig. 10 ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform eines Senders,

F i g. 11 verschiedene Wellenformen zur Erläuterung der Funktionsweise dieses Senders,

Fig. 12 ein Blockdiagramm einer dritten Ausführungsform eines Senders,

Fig. 13 verschiedener Wellenformen zur Erläuterung der Funktionsweise dieses Senders und

Fig. 14 ein Biockdiagramm einer vierten Ausführungsform eines Senders.

Das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip wird unter Bezugnahme auf Fig.3 beschrieben, wo ein Zeitbereich (36,/dem digitalen Informationssignal »1« (Fig. 3a) zugewiesen ist Gemäß der Erfindung werden dem digitalen Informationssignal verschiedene Wellenformen in jeweiligen festen Funkstellen überlagert.

Zuerst wird die Überlagerung einer Sinuswelle beschrieben. Eine Sinuswelle wird ausgedrückt durch

)'sin(r»₀£ + Θ)

wobei

γ = Amplitude,
ίο ωο= Winkelfrequenz und
0 = Anfangsphase.

Diese Parameter γ, ωο, und Θ können in Abhängigkeit von der Anzahl der Funkstellen geeignet gewählt werden, aber zur Vereinfachung ist in F i g. 3 θ = 0 und 180°.

Die Oberlagerung einer Sinuswelle auf digitale Signale kann Verschlechterung in überlappten Bereichen vermeiden. Es sei angenommen, daß die von einer ersten Station ausgesandte Welle durch U\(t) und die von einer zweiten Station ausgesandte Welle durch U₂(t) ausgedrückt werden. Dann können die erhaltenen Wellen wie folgt ausgedrückt werden:

U₁ (t) = R₁ cos (,.,et+ QdI (m(t) + _n (ή) dt + G₁) (2) [Z₂(O = R₂ cos {,„et + ßdf (»n(0 + _n(t)) dt + G₂) (3)

wobei

ωό= Winkelfrequenz des Trägers,

Äi, Ri = Amplituden,

Ωά = maximaler Frequenzhub

m(t) = Grundbandsignal, das gleich +1 oder — 1 ist,

Q\(t), Q₂(t) = überlagerte Wellenformen und

0i,02 = Phasen.

Daher wird die vereinigte empfangene Welle in einem überlappenden Bereich durch

+ U₂(t)

ausgedrückt

Die mittlere Leistung ε von U₀(t)'m einem Zeitbereich wird durch

Jo (0 df

gegeben, wobei T= ein Zeitbereichintervall.

Durch Einsetzung von Gleichung (5) in Gleichungen (2), (3) und (4) und Vernachlässigung der Glieder mit Doppelfrequenz erhält man

(K? +Rl) + ^² J cos [Ω d I₇₁ (f) - _f2 (t)} + (0, - <9₂)] dt

(6)

θι und 02 sind unabhängig voneinander und können beliebige Werte sein, und es können die besten Bedingungen erhalten werden, wenn die mittlere Leistung ε unabhängig von θι und 02 ist und nur von R\ und /?2 abhängt, denn je geringer die mittlere Leistung ε ist, desto höher wird die Fehlerhäufigkeit. Wenn die mittlere Leistung ε von θι und 02 abhängt, wird sie sogar bei großen Amplituden R\ und R2 niedriger. Es ereibt

sich eine Verschlechterung der Charakteristiken.

Die Bedingung dafür, daß das zweite Glied der Gleichung (6) unabhängig von den Werten Θ ι und 02 immer O ist, sind

J-

U Γ

di = O (7)

IO

sin [fid{_7Ϊ(O -92U))] al = 0 (8)

und Gleichungen (7) und (8) müssen gleichzeitig erfüllt sein. Die Bedingungen zur gleichzeitigen Erfüllung der Gleichungen (7) und (8) sind z. B.

15

? ι (O = ßsmw_ol

ψΐ(¹) = - β SlIlIn

(9)
(10)

20

25

= O
/o() = Besselfunktion nullter Ordnung

U)₀ = 2jt/T

Als nächstes wird eine erste Ausführungsform der Erfindung, die auf dem obigen zugrunde liegenden Prinzip basiert, unter Bezugnahme auf F i g. 4 beschrieben. Taktimpulse (s. F i g. 5(a)) von einem Taktgeber 10 werden von einem Trennverstärker Hi einer festen Funkstation verstärkt und in einen Tiefpaßfilter 12i gegeben, wo die Taktimpulse in eine sinusförmige Wellenform verwandelt werden (F i g. 5(c)). Danach wird die sinusförmige Wellenform mit einem Phasenschieber 13i verschoben und dann wird ihre Amplitude mit einem Regelverstärker 14] eingestellt und sie werden in einen Addierer 151 gegeben, in den ebenfalls die digitalen Informationssignale (F i g. 5(b)) aus einem Signalerzeuger 16 der digitalen Information gegeben werden. Daher wird die sinusförmige Wellenform den digitalen Informationssignalen, wie in F i g. 5(d) gezeigt, überlagert, und die digitalen Informationssignale, die durch die sinusförmige Wellenform überlagert sind, winkelmodulieren eine Trägerwelle in einem Signalerzeuger 17i und werden von einer Antenne I81 gesendet

Die Taktimpulse aus dem Taktgeber 10 werden auch in einen Trennverstärker H₂ einer anderen festen Funkstation gegeben, und der Ausgang des Trennverstärkers Ü2 wird in einem Tiefpaßfilter 122 in eine sinusförmige Welle umgewandelt und in einen Phasenschieber 13₂ gegeben. Der Ausgang des Phasenschiebers 132 ist zum Ausgang des Phasenschiebers 13] um 180° phasenverschoben (s. F i g. 5(c) und F i g. 5(e)) und wird durch einen Regelverstärker 142 in einen Addierer 152 gegeben. Vom Signalerzeuger 16 werden auch digitale Informationssignale an den Addierer 152 angelegt und durch die sinusförmigen Wellen, wie in F i g. 5(f) gezeigt, überlagert. Der Ausgang des Addierers 152 winkelmoduliert eine Trägerwelle in einem Signalerzeuger 172 und wird von einer Antenne I82 ausgesendet

Die derart modulierten und ausgesendeten Wellen werden von einer Antenne 19 einer beweglichen Station empfangen und in einen HF-Verstärker 20 eingegeben. Das Ausgangssignal des Verstärkers 20 wird in einem Mischer 21 mit dem Ausgangssignal eines Oberlagerungsoszillators 22 gemischt, und das Ausgangssignal des Mischers 21 wird über einen Bandpaßfilter 23 und eine Zwischenfrequenzstufe in einen Demodulator gegeben, der aus einem Amplitudenbegrenzer 24 und einem Diskriminator 25 besteht. Das Ausgangssignal des Demodulators wird durch einen Tiefpaßfilter 26 in einen Dekoder gegeben, der aus einer Schallung 27 zur Wiedergewinnung des Takts und einer Entscheidungsschaltung 28 besteht, und das Ausgangssignal wird an einer Ausgangsklemme 29 abgenommen.

Ergebnisse von durch die Erfinder durchgeführten Versuchen sind in F i g. 7,8 und 9 gezeigt, worin Δ fdder Frequenzhub relativ zu einer rechteckigen Welle eines digitalen Signals ist; Afdh der Frequenzhub relativ zur Amplitude einer sinusförmigen Welle; 4 die Signalisiergeschwindigkeit; und /b die Fading-Frequenz. Die Fadin-Frequenz /b = 40 Hz rührt von den Verbindungen mit dem Träger von 900 MHz bei einer Fahrzeuggeschwindigkejt von 50 km/h her. C/N ist das Verhältnis der Trägerleistung zur Rauschleistung.

F i g. 8 zeigt die Kurven der Fehlerhäufigkeit mit Afdh als Parameter. Im Vergleich zu dem Fall, wo keine Sinuswelle überlagert wird. d. h. wenn Afdh = 0, ist die empfangene mittlere Signalleistung, die zur Erreichung eines 10-³ Fehlerhäufigkeitsverhältnisses (B.E.R) benötigt wird, um ungefähr 10 dB vermindert.

In Fig.9 ist das Bit-Fehlerverhältnis (B.ER) an der Ordinate aufgetragen und die Frequenzdifferenz .4 fan der Abszisse mit Afdh als Parameter. Mit Afdh — ± 2 KHz kann die Verschlechterung des Fehlerverhältnisses um 2 gesenkt werden selbst wenn A /auf einen so hohen Wert wie 4 KHz erhöht wird. Die Frequenzstabilität ist ± 5 χ 10 ^b im 800 MHz Band. Demgegenüber benötigt das herkömmliche System mit Trägerfrequenzversetzung eine Frequenzstabilität, die so hoch wie ± 1 χ 10-Mst

In einer zweiten Ausführungsform, die in Fig. 10 gezeigt ist sind die dem digitalen Informationssignal in drei festen Funkstationen überlagerten sinusförmigen Wellen jeweils um 120° zueinander phasenverschoben. Darüber hinaus enthält die zweite Ausführungsform zusätzlich zur ersten und zweiten festen Funkstelle der ersten Ausführungsform eine dritte feste Funkstelle, die aus einem Trennverstärker II3, einem Tiefpaßfilter 12i einem Phasenschieber I33, einem Regelverstärker M₃, einem Addierer 153, einem HF-Generator 173 und einer Antenne I83 besteht Wie in F i g. 1 l(c), (e) und (g) gezeigt ist sind die sinusförmigen Wellen am Ausgang der Phasenschieber 13i, 132 und 133 um 120° gegeneinander phasenverschoben, so daß Ausgangssignale wie in Fig. 11 (d), (Q und (h) aus den Addierern 15i bzw. 15₂ bzw. 153 erhalten werden.

Anstelle von sinusförmigen Wellen werden auch rechteckige Wellen verwandt wie nachfolgend als eine dritte Ausführungsform in Verbindung mit Fig. 12 beschrieben wird. Taktimpulse von einem Taktgeber 30 werden in einen Regelverstärker 33i gegeben, so daß die Amplitude wie in Fig. 13(c) eingestellt wird. Das ■Ausgangssignal des Verstärkers 33i wird in einen Addierer 34i gegeben und vom Aiisgangssignal aus dem Digitalsignalgenerator 32 überlagert Das Ausgangssignal des Addierers 34] wie in F i g. 13(f) gezeigt wird an einen HF-Signalgenerator 35] zur Winkelmodulation angelegt und der Ausgang des Signalgenerators 35] wird von einer Antenne 36] ausgesandt

In einer zweiten festen Funkstelle werden die Taktimpulse vom Taktgeber 30 durch einen Inverter 37 umgekehrt und in einen Regelverstärker 332 gegeben,

wo die Amplitude wie in Fig. 13(d) gezeigt eingestellt wird. Das Ausgangssignal des Verstärkers 322 wird an einen Addierer 34| angelegt, so daß das Signal wie in Fig. 13(f) gezeigt, erhalten wird. Das Ausgangssignal vom Addierer 34j wird in einen HF-Signalgenerator 352 zur Winkelmodulation gegeben, und das Ausgangssignal des Signalgenerators 352 wird von einer Antenne 362 gesendet. Sowohl die erste als auch die zweite feste Funkstelle benutzen dieselbe Träger-Mittenfrequenz f\ in den HF-Signalgeneratoren 35i und 352.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 14 eine vierte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, die eine Mehrzahl von feste Funkstellen einschließt. Das heißt, die vierte Ausführungsform umfaßt eine dritte Sendestation, die im wesentlichen im Aufbau der ersten Sendestatiop. die ir. Fi g. !4 gezeigt ist, gleich ist, außer daß die Amplitude des Ausgangssignals eines Regelverstärkers 323 sich von der Amplitude des Ausgangssignals

des Verstärkers 32| der ersten Sendestation unterscheidet. In gleicher Weise gleicht eine vierte Sendestation im Aufbau im wesentlichen der zweiten Sendestation, außer daß die Amplitude des Ausgangssignals eines Regelverstärkers 324 sich von der Amplitude des Ausgangssignals aus dem Verstärker 32₂ der zweiten Sendestation unterscheidet. Daher sind die Ausgangssignale von den Regelverstärkern 32|, 322, 32₃ und 324 von unterschiedlicher Amplitude.

Es ist ersichtlich, daß mehr als vier feste Funkstellen bzw. Sendestationen benutzt werden können, wenn die Amplituden der Ausgangssignale der Regelverstärker in den jeweiligen Sendestationen verändert werden.

Die gleichen Vorteile, wie sie oben beschrieben wurden, können dann erreicht werden, wenn ohne irgendeine Änderung oder Umwandlung der digitalen Signalwellen die Modulationsindizes innerhalb eines Zeitbereiches verändert werden.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Mehrfachübertragung digitaler Signale zwischen fahrbaren Einrichtungen und festen Funkstellen in einem in mehrere Bereiche aufgeteilten Sendebezirk, wobei allen festen Funkstellen dieselbe Trägerwelle zugewiesen ist, dadurch gekennzeichnet, daß den digitalen Signalen periodische, zu den digitalen Signalen synchrone Wellen überlagert werden, deren Wiederholungs-Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches der Frequenz der digitalen Signale und deren Phasen jeweils für eine bestimmte, feste Funkstelle charakteristisch sind, und daß die Trägerwelle durch die überlagerten Signale winkelmoduliert und gleichzeitig von den festen Funkstellen ausgestrahlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als periodische Wellen zueinander phasenverschobene Sinus-Wellen verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als periodische Wellen Sinus-Wellen mit jeweils unterschiedlicher Amplitude verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als periodische Wellen Rechteck-Wellen verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als periodische Wellen Rechteck-Wellen mit jeweils unterschiedlicher Amplitude verwendet werden.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit Anordnungen zur Übermittlung von digitalen Signalen zu mehreren festen Funkstellen in einem in mehrere Bereiche aufgeteilten Wellenbezirk, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (10, 30) zur Übermittlung von Taktimpulsen zu den festen Funkstellen, durch eine für jede feste Funkstelle vorgesehene Anordnung (11,, 12,, 13,, 14,; H₂, 12₂, 13₂, 14₂; 33,; 37; 33₂, 333, 334) zur Umwandlung der erhaltenen Taktimpulse innerhalb eines vorgegebenen Zeitabschnittes der digitalen Signale in eine Welle, die sich von den Wellen der anderen festen Funkstellen unterscheidet, durch Addierer (15i, 152, 15₃, 34,, 34,, 34₂, 34₂, 34_3> 34₄), die den digitalen Signalen die von den Umwandlungsanordnungen abgegebenen Wellen überlagern, und durch Anordnungen zur Winkelmodulation der Ausgangssignale der Addierer bei gleichem Modulationsindex.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlungsanordnung ein Tiefpaßfilter (12,, 12₂, 12₃) zur Umwandlung der Taktimpulse in eine Sinus-Welle und einen Phasenschieber (13|, 13₂,13j) für die Sinus-Welle aufweist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlungsanordnung einen Frequenzteiler und einen Regelverstärker (33,, 33₂, 333, 334) zur Umwandlung der Taktimpulse in eine Rechteck-Welle aufweist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Regelverstärker für die Einstellung der Amplitude der Rechteckwelle.

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