FI67281C - Duplexmikrovaogsradiosystem - Google Patents

Description

I- r., KUULUTUSJULKAISU ^ΠΟΩ1 JÄ# w C*) UTLACGNING$SK«IFT 67281

Patent nieddolat ^ ^ (51) K»Jlc/lm.a.3 H Oi» B 1 /40 SUOMI—FINLAND (Μ) λ«··^-ι*-····μ* 782959 (22) —Aw8Wmi<4 28. 09.78 (23) ΑΜηφΙΜ—GHdfMcadag 28.09.78 (41) Tdht |«Mwlnl—BHrtt olwtfg 31.03.79 PMMCti. ja r«kisteritialli«i» Ν—νμ»— h b-Mutal-, p»m— 7, in fti,

Patent- och registerstyralsen ' 7 Aiweh— ad^rf odi «cLskriftM pwbHcT*» ^ 1 . 1 u. oh (32)(33)(31) ·οιοΛ·»ι*—8«flH prior** 30.09*77 30.09.77 Saksan Liittotasavalta-Förbunds-republiken Tyskland(DE) P 2744127.6, P 2744110.7 (71) Siemens Aktiengesel1schaft, Berlin/Miinchen , DE; Wittelsbacherplatz 2, 0-8000 Milnchen 2, Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) (72) Friedbert Becker, Munchen, Gunter Biethan, Neuried, Peter Kloeber,

Miinchen, Saksan Li i ttotasaval ta-Förbundsrepubl iken Tyskland(DE) (74) Berggren Oy Ab (54) Dupleksimikroaaltoradiojärjestelmä - Duplexmikrovagsradiosystem

Keksintö kohdistuu dupleksimikroaaltoradiojärjestelmään analogisten ja digitaalisten tietojen siirtämiseksi pitkin määrättyjä kulkuteitä liikkuvien lähetys-vastaanottoasemien ja pitkin näitä kulkuteitä määrätyin välein sijoitettujen molempiin kulkusuuntiin vaikuttavien lähetys-vastaanottoasemien välillä, jossa yhden kulkutien asemat ovat yhteydessä keskuslähetysvastaanottoasemaan, sekä menetelmään lähetys-vastaanottolaitteen lähetyshaarassa olevan mikroaalto-oskillaattorin stabiloimiseksi.

Tämän tyyppisillä radiojärjestelmillä on merkitystä erityisesti raideliikenteessä. Olemassa olevien rataverkkojen taloudellinen kuormittaminen ja tällöin tavoitteena oleva suuri junatiheys suurilla nopeuksilla edellyttävät lisääntyvää datan ja signaalien siirtoa junien ja kiinteiden ratalaitteiden välillä.

Julkaisusta "Elektrische Bahnen" 44 (1973) Heft. 4, sivut 83-92, on tunnettua toteuttaa informaationsiirto niin sanottuja linjajoh- dinjärjestelmiä käyttämällä. Linjajohdinjärjestelmissä rata-alueelle 67281 asetetaan induktiivisia johdinsilmukoita, jotka toimivat kiinteiden asemien lähetys-vastaanottoantenneina. Informaation siirto kulkuvälineissä olevien lähetys-vastaanottoasemien ja näiden kiinteiden asemien välillä tapahtuu taajuusavainnuksella 50 kHz taajuusalueella, jolloin maksimisiirtonopeus rajoittuu noin 1200 baudiin. Tämän informaatiovirran rajallisuuden lisäksi linjajohdinjärjestelmän suurena haittana on, että johdinsilmukat ovat erityisesti ratatöiden aikana suuressa määrin alttiina mekaaniselle vaurioitumiselle.

Mekaanisen vaurioitumisen vaara voidaan välttää tällaisissa radiojärjestelmissä siten, että luovutaan induktiivisia silmukoita käyttävästä siirrosta ja keskenään yhteydessä olevat asemat siirtävät informaationsa radion välityksellä. Tällaisia järjestelmiä tunnetaan esimerkiksi julkaisusta ETR (Eisenbahntechnische Rundschau), Heft 10, Okt. 1971, sivut 402-411.

On aikaisemmin esitetty näihin tunnettuihin järjestelmiin verrattuna parannettu järjestelmä, jossa peräkkäisten pääasemina toimivien asemien väliset kulkutien osat on jaettu osiin väliasemilla, pääase-mat on yhdistetty niitä lähimpänä olevien väliasemien kanssa siirto-väleiksi ja väliasemat yhdessä niihin kuuluvien pääasemien kanssa ja pääasemat toimivat vasta-asemina liikkuvien asemien kanssa tapahtuvassa signaalien siirrossa.

Mikroaalto-oskillaattorin taajuusstabiilisuudelle asetetaan suuret vaatimukset, jotka johtuvat taajuuskaistan taloudellisen käytön välttämättömyydestä sekä vastaanottopuolen vt-suodatinyksiköiden vt-kaistaleveyksiin liittyvistä vaatimuksista.

Keksintö perustuu tehtävään aikaansaada johdannossa kuvatun tyyppiselle dupleksimikroaaltoradiojärjestelmälle ratkaisu, jossa kiinteiden ja liikkuvien asemien lähetys-vastaanottolaitteet on toteutettu teknillisesti yksinkertaisesti ja kustannuksiltaan edullisesti. Lähetys-vastaanottolaitteen lähetyshaaran mikroaalto-oskillaattori on tällöin voitava stabiloida yksinkertaisella tavalla.

Tämä tehtävä ratkaistaan keksinnön mukaisesti siten, että liikkuvat ja/tai kiinteät asemat (väliasemat) käsittävät lähetyshaaran, jossa on modulaatiotulo ja lähetys- ja vastaanottohaaroille yhteinen mikroaalto-oskillaattori, ja vastaanottohaaran, jossa on mikroaalto- 3 67281 sekoitin, demodulaattori ja modulaatiolähtö, että lähetys- ja vas-taanottohaarat on kytketty kiertoelimeen, jonka lähetyshaaraan ja vastaanottohaaraan kytkettyjen porttien välillä olevaan kolmanteen porttiin on kytketty 3-dB-kytkin, jolloin on yhdistetty kaksi antennia, joiden säteilysuunnat eroavat 180°, että lähetyshaarassa on stabilointikytkentä mikroaalto-oskillaattoria varten ja että kierto-elimen estovaimennuksen verran vaimentunut mikroaalto-oskillaattorin signaali syötetään kiertoelimen estosuuntaisen haaran kautta vastaan-ottohaaran mikroaaltosekoittimelle ja muunnetaan yhdessä vastaanotetun signaalin kanssa välitaajuudeksi, joka syötetään seuraaville vahvistimelle ja demodulaattorille, jonka lähtösignaali johdetaan signaalikaapelin välityksellä pääasemalle.

Keksinnön eräässä edullisessa toteutuksessa kaapelia pitkin siirretty digitaalinen modulaatio ohjaa mikroaalto-oskillaattorin taa-juusstabiilia ja taajuudeltaan avaineettavaa vertailulähdettä siten, että mikroaalto-oskillaattorin taajuus vaihtelee modulaatio-signaalin tahdissa kahden diskreetin, erittäin stabiilin tilan välillä ja asettuu vastaanottotilanteessa kolmanteen diskreettiin tilaan. Puolidupleksikäytössä lähetys- ja vastaanottotila vuorottele-vat määrätyssä järjestyksessä. Täysdupleksikäytössä, ts. samanaikaisessa lähetyksessä ja vastaanotossa eliminoidaan vastaanottohaarassa lähetysmodulaation vaikutuksesta syntyvät ei-halutut kombinaatiotaa-juudet signaalin vt-käsittelyssä, esimerkiksi lähettimen binäärisen modulaatiosignaalin ohjaamilla elektronisilla vaihtokytkimillä, joiden eteen on kytketty suodatinryhmä, tai vastaanottohaarassa olevan apuoskillaattorin ja lisäsekoittimen avulla.

Mikroaalto-oksilaattori stabiloidaan edullisesti siten, että FM-tai FSK-moduloitua signaalia (mikroaalto-oskillaattorin vertailu-signaalia) verratan ensimmäisessä vaiheenvertailupiirissä sopivalla tekijällä jaettuun korkeampitaajuisen vapaastivärähtelevän viritettävän oskillaattorin signaaliin ja muodostetulla säätöjännitteellä säädetään vapaastivärähtelevää oskillaattoria, että vapaastivärähtelevän oskillaattorin stabiloidun signaalin taajuus kerrotaan ja syötetään harmoniselle sekoittimelle, jolle syötetään samalla osa stabiloitavan mikroaalto-oskillaattorin tehosta, että sekoittimessa syntyvää välitaajuutta verrataan toisessa vaiheenvertailupiirissä vapaastivärähtelevän stabiloidun oskillaattorin taajuuteen ja toisen vaiheenvertailupiirin lähtöjännitteellä säädetään mikroaalto-oskillaattoria .

4 67281

Oskillaattorin synnyttämän vertaussignaalin FM- tai FSK-modulointi voidaan tällöin suorittaa edullisesti asianomaisilla väliasemilla tai kidestabiloitu vertailusignaali modulaatiovälin väliasemia varten voidaan synnyttää pääasemalla ja siirtää FM- tai FSK-modulaatiol-la väliasemille.

Keksintöä selitetään yksityiskohtaisesti seuraavassa piirustuksissa esitettyihin suoritusmuotoihin liittyen.

Piirustuksissa esittää kuvio 1 toistinaseman tai liikkuvan aseman lähetys-vastaanottolai-tetta lohkokaaviona, kuviot 2 ja 3 lähetys-vastaanottolaitteen mikroaalto-oskillaattorin stabilointikytkentöjä, ja kuviot 4 ja 5 kytkentää modulaatiotaajuuksien jakamiseksi toistin-asemille ja pääaseman kideohjattua generaattoria, jossa on kolme eri taajuutta.

Kuviossa 1 on esitetty toistinaseman tai liikkuvan aseman lähetys-vastaanottolaite lohkokaaviona. Lähetys-vastaanottolaitteessa on modulaatiotulo I, joka on kytketty lähetyshaaraan ja modulaatio-lähtö II, joka on kytketty vastaanottohaaraan. Modulaation syöttö ja vastaanotetun demoduloidun signaalin vastaanotto tapahtuu tois-tinasemalla tai liikkuvalla asemalla signaalikaapeleiden (modulaa-tiokaapeleiden) 1, 2 välityksellä. Lähetyshaaraan sisältyy mikroaalto-oskillaattori 3 ja sen stabilointia varten seuraavassa lähemmin selitettävä stabilointikytkentä 4. Vastaanottohaaraan sisältyy mikroaaltosekoitin 5 (vastaanottosek.oitin) ja vahvistin ja demodu-laattori 6, jossa mikroaaltosekoittimessa 5 syntyvä välitaajuus ilmaistaan. Lähetyshaara ja vastaanottohaara on kytketty kiertoelimen 7 välityksellä toisiinsa siten, että lähetyshaara on kytketty kierto-elimen 7 erääseen porttiin ja vastaanottohaara päästösuunnassa katsottuna sitä seuraavaan porttiin. Näiden väliin jäävä kiertoelimen 7 portti on kytketty aaltoputkitekniikalla toteutettuun 3-dB-haa-roittimeen 8» johon on kytketty kaksi torviantennia 9, 10, joiden säteilysuunnat muodostavat 180° kulman.

Mikroaalto-oskillaattorin 3 synnyttämä signaali kulkee kiertoelimen 7 kytkentätien kautta ja jakautuu 3-dB-haaroittimessa yhtä suuriksi osiksi torviantenneille 9, 10 ja se lähetetään kahteen säteilysuun- 5 67281 taan, jotka muodostavat keskenään 180° kulman. Torviantennien 9, 10 vastaanottotapauksessa saamat mikroaaltosignaalit yhdistetään 3-dB-haaroittimessa ja ne kulkevat kiertoelimen 7 toisen kytkentätien kautta mikroaaltosekoittimelle 5.

Kiertoelimen 7 estosuuntaisen haaran (esitetty kuviossa katkoviivoin piirretyllä nuolella) kautta vastaanottohaaran mikroaaltosekoitin 5 saa kiertoelimen estovaimennuksen verran vaimentuneen lähetyshaaran mikroaalto-oskillaattorin 3 signaalin ja se muuntaa paikallisoskil-laattorisignaalina toimien vastaanotetun mikroaaltosignaalin alempi-taajuiseksi vt-signaaliksi. Tämä signaali muunnetaan sopivan FSK-demodulaattori-ilmaisun (FSK - Frequency Shift Keying) jälkeen digitaaliseksi signaaliksi, joka johdetaan modulaatiokaapelin kautta pääasemalle.

Täysdupleksikäytössä lähetysmodulaation vastaanottohaaraan synnyttämät ei-halutut kombinaatiotaajuudet poistetaan sopivilla välitaa-juustien toimenpiteillä, esimerkiksi lähettimen binäärisen modulaa-tiosignaalin ohjaamilla elektronisilla vaihtokytkimillä, joiden eteen on kytketty suodatinryhmä, tai vastaanottohaaraan sijoitettujen apuoskillaattorin ja lisäsekoittimen avulla.

Puolidupleksikäytössä esiintyy samaa oskillaattoria lähetyksessä ja vastaanotossa käytettäessä vastaanotossa ei-haluttua paikallisoskil-laattoritaajuista lähetystehon säteilyä. Ottamalla käyttöön kolmas taajuustila (esim. taajuuspoikkeaman keskellä), johon ei-lähettävät asemat asettuvat, aikaansaadaan, että siten syntyneet ei-halutut välitaajuudet tulevat sopivalla vt-suodatuksella vaimennetuiksi.

Kuvion 2 stabilointikytkennässä, johon havainnollisuuden vuoksi on merkitty oskillaattorien ja taajuusjakajien tai -kertojien taajuuksien lukuarvoja, on raodulaatiotulo osoitettu viitemerkillä I. Oskillaattorin 11 synnyttämää signaalia (esim. f = 10 MHz) FM- tai FSK-moduloidaan (FM-taajuusmodulaatio, FSK-taajuusavainnus) virittämällä poikittaishaaraan sijoitetun kvartsikiteen 13 resonanssia rinnankytketyllä varaktoridiodilla 12. Moduloitu signaali johdetaan vaiheenvertailupiiriin 14, jossa sitä verrataan vapaastivärähtele-vän viritettävän 500 MHz-oskillaattorin (VCO) 16 signaalin tekijällä 50 jaettuun taajuuteen ja sillä säädetään 500 MHz-oskillaattoria 16. Säätöjännite vahvistetaan säätösilmukkaan sijoitetulla tasajännite-vahvistimella 17. Kidestabiloidun 500 MHz-oskillaattorin signaalin 6 67281 taajuus kerrotaan kertojassa 18 tekijällä 7 ja johdetaan harmoniselle sekoittimelle 19. Harmoniselle sekoittimelle 19 johdetaan myös suuntakytkimen 21 avulla stabiloitavan mikroaalto-oskillaattorin, jonka taajuus f = 35 GHz, signaalista erotettu osa paikallisoskil-laattorisignaaliksi. Harmonisessa sekoittimessa 19 syntyvä noin 500 MHz taajuinen välitaajuus vahvistetaan vt-vahvistimella 22 ja sitä verrataan vaihelukitusti ensimmäisen säätösilmukan 500 MHz-oskil-laattorin 16 signaaliin toisessa vaiheenvertailupiirissä 23. Toisen vaiheenvertailupiirin 23 tasajännitevahvistimessa 24 vahvistettu lähtösignaali säätää stabiloitavaa mikroaalto-oskillaattoria 20.

Kuviossa 3 on esitetty osa stabilointikytkennän toisesta suoritusmuodosta, jossa kuvion 2 suoritusmuodosta eroavasti vertailusig-naali siirretään FM- tai FSK-modulaatiolla valmiiksi signaalikaapelin 29 (modulaatiokaapelin) välityksellä toistinasemalle. Pääasemalla synnytetään tällöin kidestabiloitu vertailusignaali kaikille mod11-laatiovälin toistinasemille. Vaiheenvertailu tapahtuu tällöin 100 kHz-kidegeneraattorin signaalikaapelin kautta siirretyn signaalin ja jakajassa 26 tekijällä 5000 taajuusjaetun vapaastivärähtelevän viritettävän 500 MHz-oskillaattorin 27 signaalin välillä vaiheenvertailupiirissä 25. Vaiheenvertailupiirin 25 lähtösignaalilla säädetään tasajännitevahvistimen 28 välityksellä 500 MHz-oskillaatto-ria 27.

Stabilointikytkennän muut osat 500 MHz-oskillaattorin lähdön haarau-tumispisteestä alkaen (kytkennän piste A) vastaavat tällöin kuvion 2 katkoviivoin rajattua kytkennän osaa B. Kytkennän rakenteen ja toiminnan osalta viitataan siten kuvion 2 asianomaisiin osiin ja niihin liittyvään selitykseen.

Usean toistinaseman taajuuslomitusta (Staggering) tarvittaessa siirretään yhtä monta modulaatiotaajuutta ja ne erotetaan asianomaisten toistinacemien sopivilla suodattamilla. Eräs tähän tapaukseen tarkoitettu kytkentä on esitetty kuviossa 4. Kolmen toistinaseman RS1, RS2, RS3 modulaatiotaajuudet siirretään yhden signaalikaapelin 30 (modulaatiokaapelin) välityksellä. Toistinasemien RSl, RS2, RS3 tulohaaroissa on suodattimet 31, 32, 33, jotka esillä olevassa tapauksessa on viritetty taajuuksille 50 kHz, 100 kHz ja 200 kHz. Mainitut kolme erilaista modulaatiotaajuutta jaetaan suodattimien jälkeen kytketyillä esijakajilla 34, 35, 36 50 kHz-tasolle, jolloin 67281 taajuudet eroavat toisistaan mikroaaltotaajuuslomituksen verran jaettuna stabilointikytkennän kertomissuhteella. Yksityisten toistin-asemien lähetys-vastaanottolaitteiden mikroaalto-oskillaattoreiden stabilointikytkentöjen toteutus vastaa kuviossa 2 esitettyä toteutusta. Havainnollisuuden vuoksi on tässä kunkin toistinaseman RS1, RS2, RS3 kohdalla esitetty vain yksi säätösilmukka,johon sisältyy ensimmäinen vaiheenvertailupiiri 37, 38, 39 sekä 500 MHz-oskillaat-tori 43, 44, 45 ja taajuusjakaja 40, 41, 42.

Kuvio 5 esittää pääaseman kvartsikidegeneraattoria kolmen eri taajuuden tapauksessa. Jokaiseen haaraan sisältyy tällöin 10 MHz oskillaattori 46, 47, 48, jossa on poikittaishaarassa kide 49, 50, 51 ja varakt^ridiodi 52., 53, 54 sekä 10 MHz-oskillaattorin jälkeen kytketty esijakaja 55, 56, 57, joka jakaa FM- tai FSK-moduloidun signaalin suhteessa 1:200, 1:100 tai 1:50. Saadut kolme lähtösignaalia 50 kHz, 100 kHz, 200 kHz johdetaan yhteisellä modulaatiokaapelilla 30 yksityisille toistinasemille ja signaaleja käsitellään niissä edelleen kuviossa 4 esitetyllä ja edellä selitetyllä tavalla. Eri taajuiset toistinasemat voivat tällöin luonnollisesti myös olla eri tavoin moduloituja.

Claims (6)

1. 8 67281
2. 1. Dupleksimikroaaltoradiojärjestelmä analogisten ja digitaalisten tietojen siirtämiseksi pitkin määrättyjä kulkuteitä liikkuvien lähetys/vastaanottoasemien ja pitkin näitä kulkuteitä määrätyin välein sijoitettujen molempiin kulkusuuntiin vaikuttavien lähetys/ vastaanottoasemien välillä, jossa yhtä kulkutietä pitkin järjestetyt asemat ovat yhteydessä keskuslähetys/vastaanottoasemaan, tunnettu siitä, että liikkuvat ja/tai kulkuteitä pitkin järjestetyt asemat käsittävät toisaalta lähetyshaaran, jossa on modulaatiotulo (I) ja lähetys- ja vastaanottohaaroille yhteinen mikroaalto-oskillaattori (3), ja toisaalta vastaanottohaaran, jossa on mikroaaltosekoitin (5), demodulaattori (6) ja modulaa-tiolähtö (II), että lähetys- ja vastaanottohaarat on kytketty kiertoelimeen (7), jonka lähetyshaaraan ja vastaanottohaaraan kytkettyjen porttien välillä olevaan kolmanteen porttiin on kytketty 3-dB-kytkin, johon on yhdistetty kaksi antennia (9, 10), joiden säteilysuunnat eroavat 180° toisistaan, että lähetyshaa-rassa on stabilointikytkentä mikroaalto-oskillaattoria varten ja että kiertoelimen (7) estovaimennuksen verran vaimentunut mikroaalto-oskillaattorin (3) signaali syötetään kiertoelimen esto-suuntaisen haaran kautta vastaanottohaaraan sekoittimelle (5) ja muunnetaan siinä yhdessä vastaanotetun signaalin kanssa välitaa-juudeksi, joka syötetään seuraaville vahvistimille ja demodulaat-torille (6), jonka lähtösignaali johdetaan signaalikaapelin (2) välityksellä pääasemalle.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mikroaaltoradiojärjestelmä, tunnettu siitä, että kaapelia pitkin siirretty digitaalinen modulaatio ohjaa mikroaalto-oskillaattorin (3) taajuusstabii-lia ja taajuudeltaan avainnettavaa vertailulähdettä siten, että mikroaalto-oskillaattorin taajuus vaihtelee modulaatiosignaalin tahdissa kahden diskreetin, erittäin stabiilin tilan välillä ja asettuu vastaanottotilanteessa kolmanteen diskreettiin tilaan.
4. 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen mikroaaltoradiojärjestelmä, tunnettu siitä, että puolidupleksikäytössä lähetys- ja vastaanottotila vuorottelevat määrätyssä järjestyksessä. 1 2 Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen mikroaaltoradiojärjes 2 telmä, tunnettu siitä, että täysdupleksikäytössä elimi- 67281 noidaan vastaanottohaarassa lähetysmodulaation vaikutuksesta syntyvät ei-halutut kombinaatiotaajuudet signaalin välitaajuus-käsittelyssä, esimerkiksi lähettimen binäärisen modulaatiosig-naalin ohjaimilla elektronisilla vaihtokytkimillä, joiden eteen on kytketty suodatinryhmä, tai vastaanottohaarassa olevan apu-oskillaattorin ja lisäsekoittimen avulla.
5. 5. Menetelmä jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukaisen dupleksimikroaaltoradiojärjestelmän lähetys/vastaanottoaseman lä-hetyshaarassa olevan mikroaalto-oskillaattorin stabiloimiseksi, tunnettu siitä, että mikroaalto-oskillaattoria (20) varten tarkoitettua taajuus- tai taajuudenavainnusmoduloitua signaalia verrataan ensimmäisessä vaiheenvertailupiirissä (14, 25) sopivalla tekijällä jaettuun, korkeampitaajuisen vapaastivärähtelevän viritettävän oskillaattorin (16, 27) signaaliin, että vertailu-piirissä (14, 25) muodostettu säätöjännite aikaansaa vapaastivärähtelevän oskillaattorin (16, 27) säätämisen, että vapaastivärähtelevän oskillaattorin siten stabiloidun lähtösignaalin taajuus moninkertaistetaan ja syötetään harmoniselle sekoitti-melle (19), jolle syötetään samalla osa mikroaalto-oskillaattorin (20) tehosta, että sekoittimessa (19) syntyvää välitaajuutta verrataan toisessa vaiheenvertailupiirissä (23) vapaastivärähtelevän oskillaattorin (16, 27) taajuuteen, ja että toisen vaiheen-vertailupiirin (23) lähtöjännite säätää mikroaalto-oskillaattoria (20) .
6. 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että oskillaattorin synnyttämän vertailusignaalin taajuus-tai taajuudenavainnusmodulointi tapahtuu asianomaisella väliasemalla . 1 Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kidestabiloitu vertailusignaali väliasemia varten synnytetään pääaseman modulaattoriosassa sekä siirretään taajuus-tai taajuudenavainnusmodulaatiolla väliasemille. 10 67281