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Funkübertragungsstrecke
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Information
zwischen einer ortsfesten Sendestelle und einer Empfangsstelle in einem spurgebundenen
Fahrzeug sowie Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens. Dabei ist gefordert,
daß ein Fahrzeug beim Überfahren einer ortsfesten Sendestelle aus dieser Information
erhält, ein im gewissen Abstand von der ortsfesten Sendestelle vorbeifahrend-es
Fahrzeug jedoch keine Information erhält.
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Besonders ist dabei an spurgebundene Fahrzeuge gedacht (z.
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B. Schienenfahrzeuge). Ein spurgebundenes Fahrzeug, welches die ortsfeste
Sendestelle passiert, erhält aus der ortsfesten Sendestelle Informationen, wobei
die ortsfeste Sendestelle beim Passieren des spurgebundenen Fahrzeugs aktiviert
wird.
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Die Information soll spurselektiv und richtungsselektiv sein, d. h.
ein auf einer Nachbarspur fahrendes Fahrzeug aktiviert die Sendestelle nicht, Ebenso
hängt die Information von der Fahrtrichtung des spurgebundenen Fahrzeugs ab, so
daß z. B. nur beim Passieren in einer Fahrtrichtung eine Informationsübergabe von
der ortsfesten Sendestelle an das spurgebundene Fahrzeug erfolgt oder aber in beiden
Fahrtrichtungen eine Informationsübergabe erfolgt, die Art der von der ortsfesten
Sendestelle an das spurgebundene Fahrzeug übertragenen Information jedoch von der
Fahrtrichtung abhängt.
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Für dieses Problem existieren insbesondere für Schienenfahrzeuge bereits
eine Reihe von Lösungen. Zum Beispiel kann die Information induktiv im Bereich niedriger
Frequenzen übertragen werden. Eine andere Lösungsmöglichkeit besteht in der scharf
gebündelten Funkübertragung im Mikrowellenbereich. Im Bereich einiger 100 Mflz können
Schlitzkabel-Antennen und ähnliche Antennenkonfigurationen (Trogantennen) verwendet
werden, wobei die Verkopplung von Sende- und Empfangsantennen im Nahfeldbereich
stattfindet.
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Durch die Verkopplung von Sende- und Empfangsantenne im Nahfeldbereich
wird eine Spurselektivität erzielt. Eine Richtungsselektivität läßt sich entweder
durch spezielle zusätzliche Aktivierungsmaßnahmen der Signalübertragungsstrecke
oder durch Ausnutzung des Richtkopplereffektes bei verkoppelten Nahfeldantennen
erzielen. Der einfachste Weg zur Erzielung einer ausreichenden Dämpfung zur Nachbarspur
und auch zur Erzielung einer ausreichenden Richtungsselektivität besteht in der
Verwendung von Nahfeldantennen und in der Ausnutzung der durch die Richtkopplereigenschaften
gegebenen Richtungsselektivität.
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FIG. 1 zeigt eine vorbekannte Anordnung zur Übertragung von Information
zwischen einer ortsfesten Sendestelle und einem spurgebundenen Fahrzeug. Das spurgebundene
Fahrzeug (1) befindet sich auf der Fahrspur (2). Im Fahrzeug befindet sich eine
Empfangsanlage (3). Die ortsfeste Sendestelle (4)überträgt beim Passieren des Fahrzeugs
(1) Information nach (3). Beim Passieren von (1) wird von (4) nach (3) Information
übertragen. Fahrspurselektivität wird dadurch erreicht, daß die Antenne der ortsfesten
Sendestelle (4) und die Antenne des Empfängers im Fahrzeug (3) so angeordnet sind,
daß beim Passieren des Fahrzeugs ortsfeste Antenne und Fahrzeugantenne über die
Nahfelder verkoppelt werden. Eine Verkopplung mit der ortsfesten
Nachbarspur-Antenne
ist wesentlich geringer, da die Nachbarspur-Antenne in größerer Entfernung passiert
wird. Nachbarspurselektivitäten von 40 dB sind möglich. Sind die Antennen in (3)
und (4) in bekannter Weise als Schlitzkabel-Antennen
oder als Trogantennenvausgebildet, so kann man den RichtRopplereffekt ausnützen,
welcher darin-besteht, daß eine in einer bestimmten Richtung in der Antenne von
(4) laufenden Welle in (3) nur eine in gleicher Richtung laufende Welle anregt.
Auf diese Weise läßt sich eine Rfchtungsselektivität erzielen.
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Richtungsselektivitäten von 15 dB sind damit erzielbar. Beim praktischen
Einsatz derartiger Ubertragungsanordnungen ist 5edoch zu berücksichtigen, daß durch
Verschmutzung, Schneefall und ähnliche Umwelteinflüsse starke Schwankungen der Ubertragungskämpfungen
eintreten können (einige 10 dB sind möglich).
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Sind diese Schwankungen größer als die angegebenen Werte der Richtungsselektivität
bzw. der Nachbarspur-Selektivität, so ist itti praktischen Einsatz die Richtungsselektivität
bzw.
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Nachbarspur-Selektivität nicht mehr gewährleistet.
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Ein Problem bei vorbekannten derartigen Anordnungen besteht darin,
daß die ortsfeste Sendestelle mit Energie versorgt werden muß. Aus der Notwendigkeit
der Energieversorgung ergeben sich Kosten- und Zuverlässigkeitsprobleme. 5 wird
daher erfindungsgemäß ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem die ortsfeste Sendestelle
(4) durch ein von der Empfangseinrichtung (3) zunächst abgesandtes Sendesignal während
des Passierens aktiviert und dabei gleichzeitig mit Energie versorgt wird. Das
Aktivierungssignal
wird in der @rrs@esten Sendestelle moduliert und an die Empfangsstelle zurückgesandt.
Die für die damit verbundene Signalverarbeitung de@ ortsfesten Sendestelle benötigte
Energie wird in der or@@festen Sendestelle aus dem empfangenen Aktivierungssignal
gewonnen.
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Fig 2 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Durchführung
des in der Erfindung vorgeschlagenen Verfahrens. Die Empfangseinrichtung (3) des
Fahrzeugs enthält einen Sender (5), welcher über eine NahfeLdantenne (6) ein Aktivierungssignal
aussendet. Die Nahfeldantenne (6) ist z.8. als (Fig. 5) Schlitzkabel- oder als Trogantenne/ausgebildet
und wird am Ende durch die Abschlußimpedanz (7) wellenwiderstandsmäßig abgeschlossen.
Ebenso ist die in der ortsfesten Sendestelle (4) befindliche Empfangsantenne (8}
als Schlitzkabel- oder rrogantenne ausgebildet und an einen Ende wellenwiderstandsmäßig
mit der Abschlußimpedanz (9) abgeschlossen. Eine in einer Richtung auf (6) laufende
reelle regt in der Enpfangsantenne (8) nur eine in der gleichen Richtung laufende
Welle an, so daß Richtungsselektivität gegeben ist Das Empfangssignal der Antenne
(@) gelangt an einen Demodulator (10) und einen Modulator (11). Im Demodulator $(10)
wird aus dem Empfangssignal eine Gleichspannung zur Energieversorgung der gesamten
ortsfesten Sendestelle (4) gewonnen. Diese Gleichspannung wird über die @eitung
(14) sowohl an die Signalverarbeitungseinheit (12) als auch an den Modulator (11)
weitergeleitet. Des weiteren gibt der Demodulator über die Leitung (13) ein definiertes
Aktivierungssignal an die Signalverarbeitungseinheit (12) weiter, welches mit einer
gewissen zeitlichen Verzögerung
nach Eintreffen des vom fahrzeug
ausgesandten Aktivierungssignals die Rückübertragung der Information einleitet.
Durch diese zeitliche Verzögerung wird bewirkt, daß bei 3eginn der Informationsüberagung
von der ortsfesten Sendestelle (4) zur Smpfangseinheit (3) bereits sämtliche Baugruppen
der ortsfesten Sendestelle (4) ausreichend .mit Energie versorgt sind.
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Im Modulator wird das Aktivierungssignal durch ein von (12) abgegebenes
Signal moduliert, Die Signalverarbeitung in der Signalverarbeitungseinheit (12)
erfolgt in bekannter Weise, ebenso sind zur Modulation des Aktivierungssignals im
.wodulator (1t) 1) eine Vielzahl bekannter Modulationsverfahren geeignet. Das Ausgangssignal
des Modulators (11) wird über die Leitung (15) an die Sendeantenne (16) der ortsfesten
Sendestelle (4) weitergeleitet. Die Rückübertragung erfolgt auf die Empfangsantenne
(18) der fahrzeug-Empfangseinheit (@).
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Die Antennen (16) und (18) sind wieder als Nahfeldantennen mit Richtkopplerwirkung
ausgebildet, wobei die Abschlußimpedanzen (17) und (19) die gleiche Wirkung haben
wie die AD-schlußimpedanzen (7) und (9) beim Antennenpaar (6) und (8).
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Das von der Antenne (18) empfangene Signal wird an den in der Empfangseinheit
(3) befindlichen Empfänger (20) weitergeleitet und dort in bekannter Weise demoduliert
z-d weiterverarbeitet.
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In einer vorteilhaften Weiterbildug der Anordnung nach Fig. 2 werden
sowohl in der Empfangsstelle (3) im fahrzeug als auch in der ortsfesten Sendestelle
(4) jeweils nur eine Antenne ver-vendet, welche sowohl als Sendeantenne als auch
als Empfangsantenne verwendet wird (Fig. 3). Der Sender (2@) der Enpfangs-
einheit
(3) des Fahrzeugs entspricht dem Sender (D) in Fig. 2 und sendet über die Antenne
(22) ein Aktivierungssignal aus, welches von der Antenne (23) der ortsfesten Sendestelle
omprangen wird und dann an den Demodulator (24) und den Modulator (25) der ortsfesten
Sendestelle weitergeleitet wird. Der Demodulator (24), der Modulator (25) und die
Signalverarbeitungseinheit (26) der ortsfesten Sendestelle (4) haben die gleiche
Funktion wie der Demodulator (10>, der Modulator (11) und die Signalverarbeitungseinheit
(12) der ortsfesten Sendestelle (4) in Fig. 2. Das Ausgangssignal des Modulators
(25) wird nun nieder in die Antenne (23) der ortsfesten Sendestelle eingespeist
und zurück auf die Antenne (22) der Empfangseinrichtung (3) übertragen. Aufgrund
der Richtkopplerwirkung läuft das Empfangssignal dann in den Empfänger (27), welcher
die gleiche Funktion wie der Empfänger (20) in Fig. 2 hat. Bei dieser Anordnung
kennen unter Umständen dadurch Probleme entstehen, daß das Aktivierungssignal in
der von der Antenne (23) und dem Modulator (25) gebildeten Schleife mehrmals kreist.
Dieses Problem kinn einerseits durch eine ausreichend hohe Signal dampfung in Modulator
(25) gelöst werden, andererseits ergibt sich die Möglichkeit. entsprechend Fig.
4 in einer vorteilhaften Weiterbildung durch Verwendung eines Einseitenbandmodulators
(25) und zweier 3andpässe (28) und (29) die Signalwege für Empfangs- und Sendefrequenz
in er ortsfesten Sendestelle (4) voneinander zu trennen. Fig. 5 zeigt die Trogantenne
mit Au@enleiter (31) und Innenleiter (32).
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Experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, daß die mit NahfeLdantennen
erzielbare Nachbarspur-Selektivität und Richtungsselektivität unter Umständen nicht
ausreicht, um die durch Umwelteinflüsse (Verschmutzung, Schnee) bewirkt@n Schwankungen
der Übertragungsdämpfung auszugleichen.
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In einer vorteilhaften yeiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird daher vorgeschlagen, durch Vergleich der an beiden Enden der Antennen durch
den Empfang der jeweiligen Sendesignale des Fahrzeugs bzw. der ortsfesten Sendestelle
hervorgerufenen Signale, entsprechend der Auswertung von hin-und rUcklaufender Welle,
die Richtungsselektivität auch bei schwankenden Pegeln der empfangenen Signale zu
verbessern.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemä3en Verfahrens
wird daher vorgeschlagen, das vom spurgebundenen Fahrzeug ausgesandte Aktivierungssignal
so zu wählen, daß es in der ortsfesten Sendestelle die Rücksendung eines Signals
an das spurgebundene Fahrzeug bewirkt, welches in der Weise vom durch das spurgebundene
Fahrzeug ausgesandten Aktivierungssignal beeinflußt ist, daß es nur von dem betrefenden
spurgebundenen Fahrzeug weiterverarbeitet werden kann und in anderen, z.B. auf einer
Nachbarspur gleichzeitig vorbeifahrenden spurgebundenen Fahrzeugen sowohl keine
Reaktion auslöst als auch die Informationsübertragung zwischen einer auf der Nachbarspur
angeordneten ortsfesten Sendestele und dem gleichzeitig
auf der
blachbarspur passierenden spurgebundenen Fahrzeug nicht stört Die erfindungsgemäße
Lösung besteht in einem Verfahren, bei welchem von einem spurgebundenen Fahrzeug
aus ein codiertes Signal zur ortsfesten Sendestelle ausgesandt wird, welches von
einer Antenne der ortsfesten Sendestelle empfangen wird, so daß in der ortsfesten
Sendestelle aus dom Empfangssignal die Energie für die Weiterverarbeitung des Signals
abgeleitet wird und darüber hinaus in der ortsfesten Sendestelle das Empfangssignal
mit der von der orts festen Sendestelle zum spurgebundenen Fahrzeug zu übertragenden
tnformation moduliert wird und daraufhin das modulierte Signal wieder über die Antenne
der ortsfesten Sendestelle bzw.
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eine getrennte Sendeantenne der ortsfesten Sendestelle an das spurgebundene
Fahrzeug zurückbertragen wird und dort demoduliert und decodiert wird. In einer
vorteilhaften Weiterbildung dieses Verfahrens wird das vom spurgebundenen Fahrzeug
ausgesandte Aktivierungssignal fahrzeugspezifisch codiert, so daß die in der ortsfesten
Sendestelle aufmofulierte Information nur in dem Fahrzeug decodiert werden kann,
welches das Aktivierungssignal ausgesandt hat In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung
dieses Verrahrens erfolgt durch die fahrzeugspezifische Codierung des Sendesignals
des spurgebundenen Fahrzeugs eine 3andspreizung des Sendesinals und bei der Decodierung
des von der ortsfesten Sendestelle an das Schienenfahrzeug zurückgesandten Signals
eine Rückfaltung des Signals, so daß das gewünschte Signal wieder auf die ursprüngliche
Bandbreite reduziert wird, störende Signale (z.B das Sendesignal
eines
gleichzeitig auf der Nachbarspur befindlichen Fahrzeugs) durch den RL.ckfaltungsvorgang
aber eine Bandspreizung erfahren und damit ihre in die Nutzbandbreite fallende Störleistung
reduziert wird, was eine gute Unterdrückung von unerwünschten Signalen zur Folge
hat. Bandspreizende Verfahren sind aus der Literatur bekannt (z.B. W.F. Utlaut:
Spread-spectrum principles and possible application to spectrwm utilization and
allocation; Telecommunication Journal - Vol. 45, 1978, S. 20-32.).
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Die fahrzeugspezifische Codierung (Hilfsmodulationssignal) erfolgt
vorteilhafterweise durch einen einzigen Codegenerator in der Empfangsstelle 3 im
Fahrzeug. Der Codegenerator erzeugt zum einen im Sender 5 bzw. 21 die Vormodulation
des abzustrahlenden Sendesignals, zum andereren auch das Korrelationssignal für
den Empfänger 20 bzw. 27. Die Tatsache, daß nur ein Codegenerator verwendet wird,
erspart aufwendige Synchronisierungen und führt zu sehr einfachen Realisierungen.
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Als Codegenerator kann dann in besonders vorteilhafter Weise eine
Rauschquelle (z. B. eine Diode) verwendet werden, deren Rauschsignal bandbegrenzt
und digitalisiert wird.
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L e e r s e i t e