DE3010264C2 - Verfahren zur Datenübertragung mittels Mikrowellen und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren and eine

ίο Anordnung zur Datenübertragung mittels Mikrowellen zwischen ortsfesten Baken als Meldestationen und mit Sende-/Empfangseinrichtungen ausgestatteten Fahrzeugen des öffentlichen Nahverkehrs, der Polizei, der Feuerwehr und anderer Bedarfsträger, insbesondere

is nicht spurgeführter. Als Daten werden vorzugsweise •Jer Standort des Fahrzeuges oder bestimmte Steuerkommandos übertragen, die zur Weichensteuerung oder zur Beeinflussung von Lichtsignalanlagen weiterverarbeitet werden. Nach dem Stand der Technik werden zum Informationsaustausch bei Schienenfahrzeugen stabförmige Permanentmagnete mit einer N-S-Orientierung quer zur Fahrtrichtung verwendet. Der Orientierungswechsel der Magnete liefert die betreffende Information. Nachteiligerweise ist dieses System jedoch nur für Schienenfahrzeuge geeignet. Es sind weiterhin auch induktiv arbeitende Baken bekannt. Die Baken bestehen aus Spulen, die mit Strömen unterschiedlicher Frequenz durchflossen werden. Da auch die Fahrzeuge mit Induktionsspulen ausgerüstet sind, kann über die Frequenz ein Informationsaustausch herbeigeführt werrisn. Dieses System besitzt jedoch die Nachteile, nur eine geringe Reichweite von maximal ca. 6 m zu besitzen, so daß Busse auf mehrspurigen Straßen nicht immer zuverlässig erreicht werden, und eine nur geringe Informationsmenge austauschen können. Mit derzeit realisierten Systemen lassen sich mit drei von sechs möglichen Frequenzen (drei aus sechs Kombinationen) nur 20 verschiedene Informationen übertragen, die im allgemeinen für eine Ortskodierung nicht ausreichen.

Die vorgenannten Nachteile werden durch Verwendung einer Mikrowellenübertragungsstrecke vermieden. Bekannt sind Mikrowellenübertragungsstrecken mit Baken, die einen eigenen Sender besitzen oder passiv arbeiten. Beim erstgenannten System sind sowohl Baken als auch die Fahrzeuge jeweils mit einem Mikrowellensender und -empfänger ausgerüstet. Wie in der DE-AS 28 50 208 beschrieben, sendet jedes mit einer Sender-Empfängerkombination ausgestattete Fahrzeug ständig repetierend einen kurzen Impulszug aus. Erreicht dieser Impulszug den Empfänger einer Meldstation, so sendet die Meldestation den frequenzmjßig 1 :2 heruntergeteilten Impulszug an das Fahrzeug zurück. Dort wird aus Jer durch die Laufzeit bedingten Phasenverschiebung des Signals der Abstand zwischen Fahrzeug und Meldestation ermittelt. Es werden die näheren Informationen ausgelauscht. Es hat sich jedoch im praktischen Betrieb herausgestellt, daß der Bakensender viel Leistung verbraucht, weshalb man bestrebt ist, die Einschaltdauer so gering wie möglich zu halten. Dies wiederum führt dazu, daß eine erhebliche Freqüenzdrift des MikroWellen*Oszillatörs nach dem Einschalten in Kauf genommen werden rriüß, womit die Einhaltung der postalisch Vorgegebenen engen Band^ breitengrenzen problematisch wird.

Im zweiten Fall wird als Bake eine Baugruppe verwendet, die aus verschiedenen, einzel abgleichbaren Resonatoren für Mikrowellen besteht. Vorteilhafterwei-

se verbraucht diese Bake keine Energie. Der im Fahrzeug befindliche Mikrowellensender verändert seine Frequenz periodisch, so daß bei Passieren einer Bake der Fahrzeugempfänger das reflektierte Signal mit den Einbrüchen bei den Resonatorfrequenzen der Bake detektiert Dieses System besitzt jedoch den Nachteil, eine große Bandbreite und Leistung zu beanspruchen, die mit den postalischen Vorschriften (Merkblatt FTZ 17 D 17 der Deutschen Bundespost) für Mikrowellenser-Jer für Ortsbaken nicht in Einklang zu bringen ist Daher ist die Anwendung dieses Systems auf die Güterwagenidentifizierung bei Schienenfahrzeugen beschrankt, wo die Sender ortsfest und nur an bestimmten dafür genehmigten Standorten aufgestellt werden.

In dem Bestreben, die Breite des nutzbaren bzw. für die Übertragung der Informationen benötigten Frequenzbandes zu verringern, ist aus der CH-PS 5 38 991 bekannt geworden, die in wenigstens zwei Gruppen unterteilten Resonatoren des Antwortgerätes vom aktiven Abfragegerät zeitlich nacheinander abzufragen. Aber auch dieses System benötigt nachteiligerweise entweder noch eine verhältnismäßig große Dandbreite oder erfordert einen — je nach Länge der zu übertragenden Informationen — mehrfachen Datenaustausch. Im übrigen ist es aus obengenannten Gründen vornehmlich für schienengebundene Fahrzeuge geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur Datenübe-tragung mittels Mikrowellen zwischen ortsfesten Baken und mit Sende-/Empfangseinrichtungen ausgestatteten Fahrzeugen zu entwickeln, die zuverlässig und mit möglichst geringem Energieverbrauch arbeiten und bei denen die Zahl der austauschbaren Daten möglichst groß ist. Dabei sollen die einschlägigen postalischen Vorschriften eingehalten werden.

Die Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens dadurch gelöst, daß die Daten auf die von der Empfangseinrichtung kommende, an der Bake reflektierte Welle mittels Modulation aufgegeben werden. Dieses Verfahren besitzt den Vorteil, eine optimale Frequenzstabilisierung zu ermöglichen, da kein Ein- und Ausschalten der Senderleistung erfolgt. Weiterhin ist das beanspruchte Frequenzspektrum sehr schmal und läßt leicht die postalischen Vorschriften erfüllen. Vorteilhafterweise sind Nachbarkar.alausstrahlungen und Oberwellengehalt gering, da keine Modulation des Senders stattfindet.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Frfindung wird die reflektierte Weite phasenmoduliert und weist drei Phasenzustände mit einem Phasenversatz von jeweils etwa 120° bei nahezu gleicher Amplitude auf. Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, die Daten auf eine Trägerfrequenz aufzumodulieren, bevor sie zur Modulation der fahrzeugseitig ausgesandten Welle in der Bake herangezogen werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also die Phasenlage der reflektierten Welle relativ zur ankommenden Welle umgeschaltet. Die reflektierte Welle gelangt in den Empfänger des Fahrzeugs, wo sie mit einem vom Senderstrahl abgezweigten Anteil der ausgestrahlten Welle überlagert Wird. Dieses Überlage^ rungsempfängerpnnzip, das auch mit selbstmischenden Oszillatoren realisiert werden kann, bietet im Gegenaatz zu den bisher ve^rwendeten Geradeausempfängern eine ausreichende Empfindlichkeit, die Reichweiten der' Übertragungsstrecke volr mehreren IO m ermöglicht.

Das Problem der Detektion der Phasenmodulation im Überlagerungsempfänger bei einer reflektierten Welle mit nur zwei Phasenzuständen wird duri-h Verwendung von mindestens drei Phasenzuständen gelöst. Bekanntlieh ist die Detektion einer reflektierten Welle mit nur zwei Phasenzuständen immer dann nicht möglich, wenn die vom Abstand der Bake zum Fahrzeug abhängige Phasenlage zwischen dem Empfangssignal, d. h. der reflektierten Welle, und der WtIIe vom lokalen ίο Oszillator im Überlagerungsempfänger so gerichtet ist, daß in beiden Phasenzuständen gleiche Beträge des Detektorsignals auftreten. Damit ist der deteküerte Modulationshub abhängig vom Abstand zwischen Bake und Fahrzeugstation. Berücksichtigt man, daß bei Änderung des Abstandes um kU ein Minimum und ein Maximum des detektieren Signals durchlaufen werden, so bedeutet das, bezogen auf eine Mikrowellenfrequenz von 24 GHz (ΑΛ = 3 mm), daß eine Modulation in zwei Phasenzuständen keine Datenübertragung ermöglicht »o Verwende' man drei Phasenzustände mit einem Phasenversatz von etwa 120°, so i jedoch darauf zu achten, daß die Amplitude der reflektier! -n Weile in den drei Phasenzuständen möglichst gleich ist. damit die abstandsabhängige Änderung des Modulationssignals vernachlässigbar bleibt

Da räch wie vor die Phasenlage der reflektierten Welle relativ zur Welle des lokalen Oszillators im Empfänger von dem Abstand der Bake zum Fahrzeug abhängt, ist die Polarität des detektieren Signals nicht definiert. Daher erfolgt vorteilhafterwiise die Phasenmodulation nicht direkt mit dem Informationssignal. Die Daten werden auf eine Trägerfrequenz aufmoduliert.

Die Aufgabe wird hinsichtlich der Anordnung dadurch gelöst, daß sich in jedem Fahrzeug eine Sender/Empfangseinrichtung für Mikrowellen befindet und jede Bake eine als phasenmodulierender Reflektor ausgebildete Mikrowellen-Baugruppe besitzt. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist der phasenmodulierende Reflektor in der Bake Mittel zur Erzeugung von drei Phasenzuständen auf. Zur Phasenmodulation werden pin- oder Varactor-Dioden in Verbindung mit ein.r geeigneten Modulator-Ansteuerschaltung, die den zeitlichen Verlauf der Ansteuersignale bestimmt, verwendet. Die drei Phasenzustände werden dadurch erzeugt, daß zwei pin- oder Varactor-Dioden in einem T-Glied angeordnet sind und beide verschiedenen Abstand von dem reflektierenden Kurzschluß der Mikrowellenleitung besitzen.

Vorteilhafterweise besitzt die Sende-/Empfangseinrichtung im Fahrzeug einen Gunn-Oszillator als Sender für das Mikroweüensignal, wobei gleichzeitig der Selbstmischeffekt des Gunn-Oszillators zum Signalemnfang ausgenutzt wird. Weiterhin ist ein Überlagerungsempfänger vorgesehen, wobei dem Empfänger im Fahrzeuggerät ein Trägerfrequenzverstärker, ein Detektor und eine Hinrichtung zur Signalaufbereitung nachgeschaltet sind. Vorteilhafterweise sind alle verwendeten Baugruppen in Hohlleitertechnik aufgebaut. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 a den Aufbau einer Mikrowellen- Bake,
Fig. Ib den Aufbau eines FahrzeuggerUe.,, beide jeweils im Blockschaltbild,

Fig.2 ein Zeitdiagramm, in dem die anliegenden Spannungen bzw. der Phasenversatz dargestellt sind.

Die in Fig. la dargestellte Bake besteht aus einer Hornantenne 1 mit angeflanschtem T-Hohlleiter 2, an dessen beiden Enden sich in unterschiedlichem, genau

definiertem und mit Abstimmschrauben fein einstellbarem Abstand von der reflektierenden Rückwand pin-Dioden 3 befinden, die als Schalter wirken. Daran angeschlossen ist eine Modulatoransteuerung 4, die sowohl von einem Telegramm-Encoder 5 als auch von einem Taktgenerator 6 angesteuert wird.

Das Fahrzeuggerät besteht aus einer mit einem Kreuzkoppler 7 verbundenen Sende-ZEmpfangseinrichlung 8. Im einzelnen arbeitet in nicht dargestellter Weise der Mikrowellensender im Fahrzeug mit einer in einen Hohlleiter-Resonator eingebauten Gunn-Diode. Die gerichtete Abslrahlung erfolgt über eine Hornantenne.

Dem Kreuzkoppler 7 sind ein Trägerfrequenzverstärker 9, ein Detektor 10 sowie eine Einrichtung zur Signalaufbereitung und Signalverarbeitung 11 nachgeschaltet. Ebenfalls dargestellt ist die Stromversorgung 12.

Die in den Fig. la und Ib beschriebene Anordnung arbeitet folgendermaßen: Die in dem Fahrzeugsender vorgesehene Gunn-Diode sendet mit der für diese Anwendungen von der Post vorgeschriebenen Frequenz/,, von etwa 24 GHz. Die Abstrahlung erfolgt über eine Hornantenne in Richtung der Hornantenne 1 der Mikrowellen-Bake. Das dort empfangene Signal wird bei in Sperrichtung gesteuerten Dioden an den beiden Endflächen des T-Hohlleiters 2 reflektiert. In diesem Falle besitzt die von der Bake reflektierte Welle ihre Ausgangsphase. Werden die Dioden in einen leitenden Zustand gesteuert, so verschiebt sich der virtuelle Reflektionsort in dem jeweiligen Ast des T-Stückes 2 um einen bestimmten Betrag und damit insgesamt die resultierende Phase der von der Bake reflektierten Welle. Durch unterschiedliches Ansteuern der beiden Dioden 3 wird aufgrund der eingestellten Asymmetrie eine unterschiedliche resultierende Phase erzielt. Bei geeigneter geometrischer Anordnung, die sich weitgehend der Berechnung entzieht, läßt sich eine Phasenmodulation in drei Zuständen mit jeweils 120° Phasenversatz bei praktisch gleicher Amplitude der reflektierten Welle in den drei Phasenzusländeh erreichen.

Fig.2 zeigt den zeitlichen Spannungsverlauf an den pin-Dioden 3 sowie den zwischen den drei Phasenzu* ständen bestehenden Phasenversatz.

Ebenso wie prinzipiell eine in-line-Anordnung der pin-Dioden, d.h. zwei hintereinandergeschaltete pin-Dioden in einem geraden Hohlleiter, verwendet werden kann, wobei jedoch die Einstellung gleicher Amplituden

ίο Schwierigkeiten bereiten könnte, ist die Verwendung von Varactor-Dioden oder anderer Mikrowellen-Schaltdioden möglich.

Die reflektierten Wellen werden in dem Kreuzkoppler 7 zur Detektion mit einem von der im Fahrzeugsender ursprünglich erzeugten, abgezweigten Welle der Frequenz /Ό überlagert. Im einzelnen geschieht dies dadurch, daß die sogenannte Welle des lokalen Oszillators (der abgezweigte Teil) neben dem reflektierten Signal mit einer Frequenz f_o + f_m oder /"„ — [_m auf eine Mikrowellenmischerdiode im Empfänger gelangt, wo sich in bekannter Weise das Mischprodukt bildet, so daß die Frequenz f_m an der Mischerdiode zur Weiterverarbeitung zur Verfügung steht. In diesem Falle ist f_m die Trägerfrequenz, auf die die Information der Bake per Phasenmodulation aufmoduliert ist. Die Trägerfrequenz wird im Trägerfrequenz-Verstärker 9 verstärkt und anschließend an den Detektor 10 weitergeleitet, wo der Informationsinhalt zurückgewonnen wird. Das schließlich gewonnene Signal kann in Einrichtung 11 aufbereitet oder verarbeitet werden.

Speziell lassen sich mit dem ausgeführten System beispielsweise ein Ortskode, der ggf. durch Funk an die Leitzentrale weitergegeben wird, übertragen oder die Lichtsignalanlagen beeinflussen. Dies kann dadurch geschehen, daß nach Auswertung des Inhalts des Baken-Telegramms die Lichtsignalanlagen gezielt über eine weitere Datenübertragungsstrecke angesprochen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Datenübertragung mittels Mikrowellen zwischen ortsfesten Baken als Meldestationen und mit SendeVEmpfangseinrichtungen ausgestatteten Fahrzeugen des öffentlichen Nahverkehrs, der Polizei, der Feuerwehr und anderer Bedarfsträger, insbesondere nicht spurgeführter, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten auf die von der Fahrzeugeinrichtung kommende, an der Bake reflektierte Welle mittels Modulation aufgegeben werden.

2. Verfahren zur Datenübertragung mittels Mikrowellen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Phasenmodulation der reflektierten Welle.

3. Verfahren zur Datenübertragung mittels Mikrowellen nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierte Welle drei Phasenzustände mit einem Phasenversatz von jeweils 120° bei nahezu gleicher Amplitude aufweist.

4. Verfasn en nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten auf eine Trägerfrequenz aufmoduliert werden, bevor sie zur Modulation der fahrzeugseitig ausgesandten Welle in der Bake herangezogen werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß rte reflektierte Welle, nachdem sie vom Fahrzeugempfänger aufgenommen worden ist. durch Oberlagerung mit einem vom Sendestrahl der ausgesandten Mikrowelle abgezweigten HF-Anteil detektiert wird.

6. Anordn ng zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß sich in jedem Fahrzeug eine Sende-/Empfangseinrichtung (8) für Mikrowellen befindet und jede Bake eine als phasenmoduiierender Reflektor (2, 3) ausgebildete Mikrowellen-Baugruppe (4, 5, 6) besitzt.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennleichnet. daß der phasenmodulierende Reflektor (2, 3) in der Bake Mittel zur Erzeugung von drei Phasenzuständen aufweist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekenn teichnet, daß pin- oder Varactor-Dioden (3) mit einer Modulator-Ansteuerschaltung (4), die den ieitlichen Verlauf der Ansteuersignale bestimmt, verbunden sind.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennleichnet. daß zwei pin- oder Varactor-Dioden (3) in •inem T-Glied (2) angeordnet sind und einen unterschiedlichen Abstand von einem reflektierenden Kurzschluß der Mikrowellenleitung besitzen.

10. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennleichnet, daß die fahrzeugseilige Sende-/Empfangs-•innchtung (8) einen Gunn-Oszillator als Sender für das Mikrowellensignal besitzt.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zum Signalempfang der Selbstmisch Effekt des Gunn-Oszillators ausgenutzt wird.

M₁ Anordnung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch die Verwendung eines (Creuzkopplers (7).

13-Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Fahrzeuggerät dem Empfänger ein Trägerfrequenzverslärker (9) ein Detektor (10) und eine Einrichtung zur Signalaufbereitung (1 i) nachgeschaltet sind, um die in der Bake erzeugte Trägerfrequenz, auf die der Telegrammin* halt aufmoduliert ist, zu verarbeiten.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, gekennzeichnet durch Baugruppen in Hohlleiter-Technik.