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Drahtloses Nachrichtenübertragungssystem, besonders unter Verwendung
kurzer elektrischer Wellen Bei der Versorgung von flächenhaft oder linienhaft ausgedehnten
Gebieten mit drahtlosen Nachrichtenverbindungen ist es oft vorteilhaft, mehrere
Sendestationen in zweckmäßiger Verteilung so anzuordnen, daß an allen Stellen des
zu versorgenden Gebietes eine für den Empfang hinreichende und über das ganze Gebiet
möglichst gleichmäßig verteilte Feldstärke vorhanden ist. Diese Forderung ist bekanntlich
bei einer Mehrzahl günstig aufgestellter Sender mit einer wesentlich kleineren gesamten
Senderleistung erfüllbar als bei der Verwendung nur eines zentral aufgestellten
Senders. Bei der Verwendung kurzer elektrischer Wellen im Meterwellengebiet würde
die Versorgung durch einen einzigen zentralen Sender außerdem schon bei mäßiger
Größe des geforderten Wirkungsbereiches eine sehr hohe Aufstellung des Strahlers
erforderlich machen.
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Die Verwendung einer Mehrzahl von Sendern führt allerdings an den
Grenzen der Wirkungsbereiche der einzelnen Sender- zu Schwierigkeiten, wenn diese
die gleiche Trägerfrequenz benutzen. In den Übergangsgebieten vom Wirkungsbereich
einer Station zu dem einer anderen Station, wo also die einfallenden Feldstärken
beider Stationen sich nicht sehr stark voneinander unterscheiden, kommt es zu
Störungen
des Empfanges durch Interferenzerscheinungen der beiden mit gleicher Modulation
beaufschlagten Sender.
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Bei Vorversuchen zu einem drahtlosen Gegensprechverkehr mit Fahrzeugen
auf' Land- und Wasserstraße hat sich ergeben, daß bei Anwendung von Frequenzmodulation
und gleichen mittleren Frequenzen zweier ortsfester Stationen, deren Wirkungsbereiche
einander- benachbart sind, die Feldstärken wenigstens im Verhältnis 3 : i zueinander
stehen müssen, um eine gute Verständlichkeit unter allen Umständen zu gewährleisten.
Es ergeben sich daher an den Bereichsgrenzen bei dem zugrunde gelegten Gleichwellenbetrieb
breite Gebiete, in denen ein fehlerfreier Empfang nicht möglich ist.
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Man hat bereits von der Möglichkeit Gebrauch gemacht, die ortsfesten
Stationen mit aneinander grenzenden Wirkungsbereichen auf verschiedenen Trägerfrequenzen
bzw. im Falle der Frequenzmodulation auf verschiedenen mittleren Trägerfrequenzen
arbeiten zu lassen. Durch diese Maßnahme werden wohl die Interferenzstörungen vermieden,
jedoch ist nun beim Übergang eines Fahrzeuges von einem Wirkungsbereich einer ortsfesten.
Station in den Wirkungsbereich einer arideren ortsfesten Station eine Umschaltung
am Empfänger der ortsbeweglichen Station erforderlich, welche ihn auf die neue Frequenz
umstellt. Es ist also notwendig, dem Benutzer dieses Empfängers durch. sichtbare
Zeichen auf Land- bzw. Wasserstraßen die jeweils einzustellende Bereichsfrequenz
kenntlich zu machen und ihn zu veranlassen, diese Umstellung auch tatsächlich vorzunehmen.
Anderenfalls würden Anrufe für das Fahrzeug wirkungslos bleiben. Wenn man bedenkt,
daß bei dem Personal beispielsweise von Fernlastzügen die volle Aufmerksamkeit auf
die sichere Führung des Fahrzeuges gerichtet sein muß, so erscheint es nicht günstig,
den Fahrer zusätzlich noch mit der Pflicht des Umschaltgins der Empfangsfrequenz
an den Bereichsgrenzen zu belasten. Ein großer Teil der Anrufe an ein solches Fahrzeug
könnte -möglicherweise verlorengehen, weil der Fahrer vergessen hat, sein Gerät
auf. den richtigen Frequenzkanal einzustellen. Man muß sich dazu vorstellen, daß
eine solche Umschaltung unter Umständen alle 2o Kilometer nötig wäre.
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Es sei erwähnt, daß es schon bekannt ist, einem angerufenen Fahrzeug
auf einem Rufkanal von der Zentrale aus eine durch Tonfrequenzen oder ähnliche Mittel.
gebildete Kennung zu; geben, auf Grund deren der Empfänger sich automatisch auf
den Empfang einer bestimmten Verkehrsfrequenz für das abzuwickelnde Gespräch einstellt.
Durch dieses Verfahren ist aber das oben umrissene Problem keineswegs gelöst, da
auch bei diesem bekannten Verfahren vorausgesetzt werden muß; daß in der sogenannten
Bereitschaftseinstellung alle ortsbeweglichen Empfangsstationen auf die gleiche
Frequenz eines gemeinsamen Rufkanals abgestimmt sind. Für diese Trägerfrequenz des
Rufkanals bestehen also prinzipiell die gleichen Schwierigkeiten weiter.
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Für die Nachrichtenübermittlung zwischen einer Mehrzahl von ortsfesten
Stationen und wenigstens einer ortsbeweglichen Station ist auch eine Anordnung bekanntgeworden,
in Welcher den ortsfesten Stationen drei voneinander verschiedene mittlere Trägerfrequenzen
in der Weise zugeordnet sind, daß gleiche Frequenzen nicht in räumlich aneinanderstoßenden
Ausbreitungsbereichen verwendet werden. Die ortsbewegliche Station besitzt einen
Empfänger mit drei selektiven Verstärkerteilen und Demodulatoren, von denen durch
eine selbsttätige, auf die gleichgerichtete Hochfreqüenzspannung ansprechende Umschalteinrichtung
jeweils der die größte Spannung liefernde Empfangsteil eingeschaltet wird, die anderen
beiden aber wirkungslos gemacht werden. Auf diese Weise wird zwar der Empfänger
einer ortsbeweglichen Station bei zunehmender Entfernung von einer ersten und Annäherung
an eine zweite ortsfeste Hauptstation selbsttätig umgestellt, jedoch erfordert die
zu diesem Zweck verwendete bekannte Anordnung einen hohen Aufwand, da umfangreiche
Teile des Empfängers in dreifacher Ausführung vorgesehen sein müssen. Dieser Aufwand
ist für eine ortsbewegliche Station besonders unerwünscht.
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In dem Nachrichtenübertragungssystem nach der Erfindung wird ebenfalls
eine selbsttätige Umstellung des Empfängers einer ortsbeweglichen Station auf eine
neue Empfangsfrequenz bewirkt, jedoch wird dabei der unerwünschte Aufwand mehrerer
parallel arbeitender Empfängerteile vermieden. Erfindungsgemäß wird -der Empfänger
dadurch auf den Empfang der mit größerer Feldstärke einfallenden bzw. derjenigen
Hauptstation eingestellt, an welche sich die ortsbewegliche Station annähert, daß
die Frequenz eines im ortsbeweglichen Empfänger vorhandenen Überlagerers derartig
beeinflußt wird, daß sich durch Mischung sowohl mit der mittleren Trägerfrequenz
der genannten ersten als auch mit der mittleren Trägerfrequenz der genannten zweiten
Hauptstation sowie gegebenenfalls mit weiteren Trägerfrequenzen im wesentlichen
die gleiche Zwischenfrequenz ergibt. Die AnUvendung der Erfindung kann sowohl für
den Rufkanal, auf den alle ortsbeweglichen Stationen in der Bereitschaftsstellung
abgestimmt sind, wie auch für den Dienstkanal erfolgen, auf welchem die Gespräche
abgewickelt werden.
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Es läßt sich, besonders im Gebiet kurzer Wellen, praktisch ermöglichen,
die Trägerfrequenzen der Hauptstationen derartig zu wählen und die vor der ersten
Mischstufe im Empfänger einer ortsbeweglichen Station vorgesehenen Selektionsinittel
für eine solche Durchlaßbreite zu bemessen, daß die genannten Trägerfrequenzen nebst
Seitenbändern ohne Abstimmsänderung bis zu der genannten Mischstufe durchgelassen
werden.
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Die Änderung der Empfängerabstimmung kann dann einfach durch Änderung
der Oszillatorfrequenz des Überlagerers bewirkt werden, so daß bei Anwendung der
Erfindung kein großer zusätzlicher Aufwand im Empfänger nötig ist.
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Für die Mittel zur selbsttätigen Einstellung des Fahrzeugempfängers
auf die neue Frequenz kommen entsprechend weiteren Gedanken der Erfindung
besonders
zwei grundsätzlich voneinander zu: unterscheidende Möglichkeiten in Betracht.
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Wenn die Trägerfrequenzen der Hauptstationen sich gerade nur so weit
voneinander unterscheiden, daß keine Interferenzstöru.ngen im Sprachfrequenzband
entstehen, wenn sie sich also beispielsweise ungefähr um den doppelten Wert des
maximalen Frequenzhubes voneinander unterscheiden, dann kann man die automatische
Umstellung des ortsbeweglichen Empfängers durch eine Nachlaufsteuerung bewirken,
welche in an sich bekannter Weise die Frequenz eines Überlagerers derartig beeinflul3t,
daß sich durch Mischung sowohl mit einer ersten wie auch mit einer zweiten Trägerfrequenz
sowie gegebenenfalls mit weiteren Trägerfrequenzen im wesentlichen die gleiche Zwischenfrequenz
ergibt. Die Frequenzänderung des Oszillators wird zweckmäßigerweise durch eine als
Blindwiderstand wirkende Röhre erzielt, welche durch :eine Regelspannung gesteuert
wird, die von einem auf die Zwischenfrequenz ansprechenden Diskriminator geliefert
wird.
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Wenn die Trägerfrequenzen der Hauptstationen sich um größere Beträge
voneinander unterscheiden und wenn insbesondere mehr als drei voneinander verschiedene
Trägerfrequenzen verwendet werden sollen, ist zweckmäßigerweise eine andere Methode
selbsttätiger Umschaltung anzuwenden. Entsprechend einem weiteren Gedanken der Erfindung
soll dann an den Bereichsgrenzen zwischen zwei Hauptstationen wenigstens ein Hilfssender
vorgesehen sein, welcher vorzugsweise bei oder längs der Bereichsgrenze ein im Vergleich
zu der Ausdehnung der von den Hauptstationen versorgten Bereiche verhältnismäßig
schmales Gebiet mit einer für Empfang ausreichenden Feldstärke versorgt und im Empfänger
einer ortsbeweglichen Station die Umstellung von dem Empfang der einen au,f den
Empfang einer anderen Hauptstation bewirkt. Besonders ist daran gedacht, mindestens
einen Hilfssender für den Übergang der ortsbeweglichen Station von dem Wirkungsbereich
einer ersten in den Wirkungsbereich einer zweiten Hauptstation und mindestens einen
weiteren Hilfssender für den Übergang in entgegengesetzter Richtung vorzusehen,
welche vorzugsweise stark bündelnde Antennen besitzen sollen.
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Abb. i zeigt in einer Kurvendarstellung den Verlauf der in Ordinatenrichtung
aufgetragenen Feldstärke in Abhängigkeit von der in Abszissenrichtwng aufgetragenen
Entfernung von dem Aufstellungsort des Senders. Bei i, 2 und 3 ist je eine Hauptstation
dargestellt, die untereinander gleiche Leistung, aber abwechselnd die-voneinander
verschiedenen Frequenzen f1 und f2 haben sollen. Bei der Stelle 6 zwischen den Stationen
i und 2 sind die Feldstärken gemäß dem Verlauf der mit unterbrochenen Linien gezeichneten
Kurven von den Stationen i und 2 einander gleich. Es sei angenommen, daß das Fahrzeug
8 aus dem Bereich der Station i in den Bereich der Station :2 übergeht. Der Fahrzeugempfänger
ist zunächst aurd den Empfang von f1 eingestellt; er überschreitet mit dieser Einstellung
die Bereichsgrenze bei 6. Die Abstimmung auf f1 bleibt aber jetzt nicht mehr lange
erhalten, denn die Feldstärkezunahme bei der Annäherung an die Station 2 von der
Frequenz,f2 bewirkt, daß von dem gemäß Abb.2 auf der Flanke der Zwischenfrequenzselektionskurve
io erscheinenden transponierten Träger f2 genügend Energie zum Diskriminator durchgelassen
wird, um das Umspringen auf die neue Abstimmung zu bewirken. Dies mag etwa bei der
Stelle 7 der Abb. i geschehen.
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Die Wirkungsweise dieser selbsttätigen Umstellung auf f2 sei unter
Bezugnahme auf die Abb. 2 und 3 näher erläutert. Abb.3 zeigt das Blockschaltbild
eines Fahrzeugempfängers, in welchem die einzelnen durch Rechtecke angedeuteten
Teile, mit Buchstabensymbolen bezeichnet sind, welche auf ihre Funktion innerhalb
der Schaltung hinweisen. Im einzelnen erkennt man den 'Hochfrequenzverstärker HF,
die Mischstufe M, den Überlagerer bzw. Oszillator O, den Zwischenfrequenzverstärker
ZF, den Demoduilator Det, der je nach der Modulationsart ein einfacher Detektor
oder ein Modulationswandler und Detektor sein kann, den Niederfrequenzverstärker
NF mit dem Telephon T und den schon erwähnten Diskriminator
Dis. Der letztere hat die Aufgabe, eine von dem Frequenzfehler der Zwischenfrequenz
abhängige@Regelspannung zu liefern, welche die Tendenz hat, mittels der Röhre ii
die Frequenz des Oszillators 15 so zu ändern, daß die erzeugte Zwischenfrequenz
selbsttätig auf die Bandmitte des zwischenfrequenten Duirchlaßbereiches eingeregelt
wird. Dies wäre die Lage f,' in Abb. 2, wo die Kurve io mit der Durchlaßbreite B
die zwischenfrequente Durchlaßkurve darstellt. Die Röhre i i in Abb. 3 ist mittels
der Impedanzanordnung i2, 13, 14, welche als Spannungsteiler zwischen Anode, Kathode
und Gitter liegt, in an sich bekannter Weise als Blindwiderstand geschaltet, der
mit dem frequenzbestimmenden Teil des Oszillators O in Verbindung steht und dessen
Größe durch die vom Diskriminator kommende Regelspannung beeinflußt .,wird.
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In Abl@2 sind die Verhältnisse bezüglich der Selektion der einzelnen
Kanäle veranschauilicht. Ein auf der Trägerfrequenz f1 arbeitender Sender wird von
dem Empfänger bei einem maximalen Frequenzhub von 15 kHz mit der Bandbreite B so
lange einwandfrei empfangen, bis der auf der Frequenz f2 arbeitende Sender mit einer
Feldstärke einfällt, die um den durch die Dämpfung im Abstand von 30 kHz
gegebenen Faktor größer ist als die noch vorhandene Feldstärke von f1.
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Abb. i zeigt in ihrem rechten Teil zwischen den Hauptstationen 2 und
3 die Anordnung von Hilfssendern q und 5 in der Nähe der Bereichsgrenze für den
Zweck der selbsttätigen Umschaltung des Empfangskanales im Empfänger. In jeder der
beiden Richtungen, in denen sich die Station g bewegen kann, befindet sich unweit
hinter - der Bereichsgrenze ein Hilfssender mit vorzugsweise quer zur Fahrbahn angeordneter
Haup.tstrahlungsrichtung. Dabei braucht, die Hauptstrahlungsrichtung keines-
Wegs
senkrecht zur Fahrbahn ausgerichtet zu sein; zweckmäßig erscheint eine Aufstellung,
bei welcher das. Strahlungsbündel die Fahrbahn unter einem spitzen Winkel schneidet,
wobei die Strahlungsrichtung dem ankommenden Fahrzeug schräg entgegengerichtet ist,
so daß die Fahrzeugantenne etwas länger als bei senkrechter Orientierung des Strahles
zur Fahrbahn in dem Gebiet hoher Feldstärke des Hilfssenders verweilt. Mit besonders
geringer Hilfssenderleistung kann man auskommen, wenn der Hilfssender als Unterflurkonstruktion
in die Fahrbahn eingelassen wird, wobei eine besonders dichte- Annäherung der .Fahrzeugantenne
an den Hilfssender sichergestellt wird. In diesem Fall ist die Verwendung von Rahmenantennen
im Hilfssender .:möglich, so daß man zu einer Anordnung gelangt, welche ohne Schwierigkeiten
den besonderen Bedingungen des Unterflureinbaus angepaßt werden kann. Die Hilfssenderspule
kann in rechteckiger oder ähnlicher Form die ganze Fahrbahnbreite einnehmen und
mit ihrer Windungsfläche je nach der gewählten Polarisationsrichtung der Fahrzeugantenne
entweder parallel zur Fahrbahndecke oder senkrecht dazu ausgerichtet sein.
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Bei einer Fahrzeugantenne für vertikale Polarisation des elektrischen
Feldvektors kommt eine Ausrichtung der Hilfssenderspule parallel zur Fahrbahndecke
bzw. eine horizontale Anordnung ihrer Windungsebene in Betracht; bei horizontaler
Polarisation ist entsprechend die vertikale Anordnung der Spule zu bevorzugen. Es
ist dabei auch möglich, die beiden Hilfssender 4 und 5 konstruktiv und elektrisch
miteinander zu vereinigen, besonders wenn wie bei den Autobahnen getrennte Fahrbahnen
für die beiden Fahrtrichtungen vorgesehen sind. In diesem Fäll kann .man die beiden
Hilfssenderspulen nebeneinander in die verschiedenen Fahrbahnen einlassen. Es wird
zweckmäßig sein, das Anhalten von Fahrzeugen an den entsprechenden Stellen durch
Aufstellen von Hinweistafeln zu verhindern.
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Die Trägerfrequenzen der Hilfssender 4 und 5 in Abb. i sind so bestimmt,
daß die Sendefrequenz eines Hilfssenders, beispielsweise des Senders 5, gleich derjenigen
Bereitsschafts- oder Verkehrsfrequenz f2 ist, welche für den Empfänger der ortsbeweglichen
Station g in dem Wirkungsbereich der Hauptstation 2 galt, den die ortsbewegliche
Station verläßt. Die Auslösung der selbsttätigen Umstellung auf den Empfang von
f1 erfolgt zweckmäßigerweise durch ein Relais, welches im Empfänger der ortsbeweglichen
Station vorgesehen ist. Der Hilfssender wird mit einer vorzugsweise tonfrequenten
Schwingung moduliert, und im Empfänger befindet sich ein auf die Tonfrequenz abgestimmtes
Selektivorgari, über welches das Relais zum Ansprechen gebracht wird.
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In Abb.4 ist ein Ausführungsbeispiel einer solchen Relaisanordnung
im Fahrzeugempfänger für die Umschaltung zwischen zwei Empfangsfrequenzen f1 und
f2 und ;unter der Voraussetzung getrennter und mit voneinander verschiedenen Tonfrequenzen
modulierter Hilfssender für die beiden Umschaltungsrichtungen dargestellt. Die einzelnen
hier -nicht besonders interessierenden Empfängerstufen sind wie in Abb. 3 in-Blockform
gezeichnet und mit den gleichen Buchstabensymbolen benannt. Als auf die Modulationsfrequenz
des Hilfssenders 5 abgestimmtes Seiektionsorgan ist der Serienresonanzkreis mit
der Spule 18 und den Kondensatoren ig und 2o an den niederohmigen Ausgang des Empfängers
angeschlossen; von dem Kondensator-2o wird über den Gleichrichter 2i die Wicklung
des Relais 22 mit Strom versorgt, wenn das Fahrzeug das Strahlungsgebiet des Hilfssenders
5 durchfährt. Das Relais 2:2 schließt die Arbeitsköntakte 23 und 24. Über 24 hält
sich das Relais selbst; während mit 23 der Kondensator 25 oder irgendein anderer
Wechselstromwiderstand zu dem frequenzbestimmenden Kreis des überlagerers 17 .zugeschaltet
wird. Es kann hier natürlich auch eine Umschaltung von Steuerquarzen vorgenommen
werden. Auch können mit weiteren Relaiskontakten hochfrequente Selektionskreise
im Empfänger umgeschaltet werden. Damit ist der Empfänger auf den Empfang von f1
umgestellt, und dies bleibt auch so nach Aufhören der Erregung des Kreises 18, ig,
2o, da der Kontakt 23 geschlossen bleibt. Verläßt das Fahrzeug nun wieder den Bereich
der gültigen Frequenz f1, so kommt es an der Bereichsgrenze in das Strahlungsfeld
eines Hilfssenders 4, der mit einer anderen Tonfrequenz moduliert ist, auf welche
der Selektionskrcis 26, 27, 28 anspricht. Über den Gleichrichter 2g wird das Relais
3o erregt, das seinen Anker 31 anzieht, wodurch die Wicklung von 22 kurzgeschlossen
wird, so daß die Anordnung wieder auf den Ausgangszustand und damit auf die Einstellung
für f2 zurückkehrt.
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Wenn eine selbsttätige Umschaltung zwischen nur zwei Frequenzen erforderlich
ist, kann auch ein einziger mit nur einer Tonfrequenz bzw. mit einer ähnlichen Kennung
modulierter Hilfssender die Umschaltung der Fahrzeugempfänger an den Bereichsgrenzen
bewirken. Es ist dann im Empfänger nur ein Selektionskreis, beispielsweise i$, ig,
2o, erforderlich. Von diesem wird ein Schrittschaltwerk oder eine Relaisanordnung
mit zwei stabilen Alternativeinstellungen betätigt, welche dem Fachmann an sich
bekannt sind. Bei dieser Vereinfachung kommt man zu einer wirtschaftlich sehr vorteilhaften
Ausführungsform der Erfindung.
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Es ist im allgemeinen erforderlich, die Frequenz der Überlagerers
im Fahrzeugempfänger mit verhältnismäßig großer Genauigkeit konstant zu halten,
so daß die Abstimmung auf den gewünschten Nachrichtenkanal ohne Nachstellung über
lange Zeit bestehenbleibt. Dazu ist es zweckmäßig; den Oszillatorteil dieses überlagerers
mit Ouarzstabilisierung zu versehen. Der gewonnene Vorteil einer erhöhten Frequenzkonstanz
scheint aber zunächst in Widerspruich zu stehen zu der entsprechend der Erfindung
vorzunehmenden Frequenzänderüng am Überlagerer.
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Es ist nun bereits eine kristallstabilisierte Oszillatorschaltung
vorgeschlagen worden (deutsche Patentschrift 9o7 19o), welche mit großem Vorteil
für die besonderen Zwecke der Erfindung bei dem
Überlagerer des
ortsbeweglichen Empfängers angewendet werden kann. Bei dieser Schaltung wird eine
hinreichende Modulierbarkeit bzw. Einstellbarkeit der Frequenz durch zugeschaltete
oder geänderte Blindwiderstände trotz Aufrechterhaltung einer genügenden stabilisierenden
Wirkung erzielt. In der Schaltung sind dem den Kristall, vorzugsweise Quarz, enthaltenden
bzw. dem von diesem gebildeten Schwingungskreis eine oder mehrere derartig bemessene
Impedanzen zugeschaltet, daß mittels zu- oder abgeschalteter Blindwiderstände oder
mittels-der als Blindwiderstand wirkenden Röhre eine zurr Umstellung von dem bevorzugten
(selektiven) Empfang einer ersten auf den bevorzugten (selektiven) Empfang einer
zweiten Hauptgtation ausreichende Frequenzänderung erzielt wird.
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Abb.5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den mittels einer Blindwiderstandsröhre
beeinfluß.ten Oszillatorteil des Empfängers unter Anwendung von Kristallstabilisierung.
Die Doppelröhre 32 ist in ihrem rechten Teil als Oszillatorröhre in Dreipunktschaltung
mit dem Schwingungskreis 33, 34 verbunden; der linke Röhrenteil bildet einen elektronischen
Blindwiderstand, der dem Schwingungskreis 33, 34 parallel geschaltet ist und durch
eine an der Klemme 39 angelegte Regelspannung in seiner Größe verändert werden kann.
An den Schwingungskreis 33, 34 ist der Quarzkreis induktiv angekoppelt. Er enthält
außer dem Quarz 36
die Parallelelemente 3-5, 37 und 38, mit deren Hilfe
und mittels der veränderlichen Kopplumg zwischen 33 und 3:5 es möglich ist, eine
Einstellung zu finden, bei der die äh sich starre Kristallstabilisierung in der
Frequenz genügend nachgiebig bzw. weich gemacht ist, daß-eine hinreichende Frequenzänderung
mittels der Blindwiderstandsröhre oder durch Z*-schaltelemente erreicht werden kann.