Verfahren zur phasenstarren Uebertragung eines niederfrequenten Modulationssignals sowie Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens

Abstract

 Bei einem Verfahren zur phasenstarren Übertragung eines niederfrequenten Modulationssignals von einer Signalquelle (1) zu einem Basissender (B) eines Gleichwellen-Funksystems wird das Modulationssignal in einem Modulator (5) mit einem Hilfsträger gemischt, das untere Seitenband zusammen mit einem Hilfsträgerrest übertragen und in einem Demodulator (10) das ursprüngliche Modulationssignal durch erneutes Mischen mit Hilfe des Hilfsträgerrests zurückgewonnen.
Phasendrehungen, die während der Übertragung auftreten, werden auf diese Weise, unabhängig von der Übertragungsart, ausgeschaltet. Das Verfahren hat besondere Vorteile bei der Verwendung von Trägerfrequenzsystemen als Zubringerverbindung.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur phasenstarren Uebertragung eines niederfrequenten Modulationssignals gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens. Ein Verfahren der genannten Art ist z.B. aus der Druckschrift Brown Boveri Mitt. 5/6, 1983, S. 186-188 bekannt.

[0002] Zur frequenzökonomischen Funkversorgung grossflächiger Gebiete wird häufig der Gleichwellenfunk verwendet, bei dem simultan eine Mehrzahl von zusammengeschalteten Basisstationen auf dem gleichen Frequenzkanal betrieben werden. Die Basisstationen sind dabei so verteilt, dass die von ihnen abgedeckten Bereiche aneinandergrenzen und das gesamte Funkversorgungsgebiet überdecken.

[0003] Um die Empfangsstörungen in den unvermeidbaren Ueberlappungsgebieten mehrerer Basisstationen möglichst gering zu halten, müssen bestimmte Bedingungen hinsichtlich der Synchronisation der Basisstationen eingehalten werden. Bei einem vollsynchronen System, das mit einem hohen technischen Aufwand verbunden ist, sind die Trägerfrequenzen der verschiedenen Basisstationen untereinander verkoppelt und absolut gleich.

[0004] Bei einem quasisynchronen System ist in jeder Basisstation ein eigener hochstabiler Oszillator für die Trägerfrequenz vorgesehen, wobei die maximale Abweichung zwischen den Trägerfrequenzen verschiedener Basisstationen nicht mehr als 5-20 Hz betragen darf.

[0005] Neben die durch Trägerfrequenzdifferenzen bedingten Empfangsstörungen in den Ueberlappungsgebieten eines quasisynchronen Gleichwellensystems treten zusätzlich die modulationsabhängigen Störungen: Die Modulationssignale werden von einer zentralen Signalquelle über Zubringerverbindungen an die einzelnen Basisstationen übermittelt und modulieren dort den jeweiligen Träger. Da die Basisstationen unterschiedliche Entfernungen zu der zentralen Signalquelle haben und für die Zubringerverbindungen möglicherweise unterschiedliche technische Systeme (NF-Leitung, Richtfunkstrecke etc.) eingesetzt werden, ergeben sich insbesondere Laufzeit- und Phasenunterschiede zwischen den auf verschiedenen Zubringerverbindungen übermittelten Modulationssignalen, die auf geeignete Weise ausgeglichen werden müssen, um störende Interferenzerscheinungen in den Ueberlappungsgebieten zu begrenzen.

[0006] Es ist nun bekannt, bei der Verwendung von NF-Leitungen oder einkanaligen Richtfunkstrecken als Zubringerverbindungen die Phasenverschiebung durch geeignete, in die Verbindung eingefügte Phasenkorrekturglieder und Laufzeitglieder zu kompensieren, wobei jedes dieser Glieder auf die speziellen Uebertragungseigenschaften der jeweiligen Zubringerverbindungn abgestimmt sein muss (Brown Boveri Mitt. 5/6, 1983, S. 186-188). Dies erfordert für jedes Gleichwellen-Funksystem einen speziellen Aufbau in den einzelnen Zubringerverbindungen und führt daher zu einem erhöhten Aufwand.

[0007] Darüber hinaus können als Zubringerverbindungen keine beliebigen Trägerfrequenz-Uebertragungssysteme verwendet werden, weil durch die Transponierung der verschiedenen Kanäle an den verschiedenen Standorten Signale mit unterschiedlicher Phase und Frequenz entstehen, die auf die bekannte Art durch Einfügen von Korrekturgliedern nicht aufeinander abgestimmt werden können.

[0008] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur phasenstarren Uebertragung von Modulationssignalen von der zentralen Signalquelle zu den Basisstationen eines Gleichwellen-Funksystems anzugeben, bei dem der Ausgleich von auftretenden Phasenfehlern unabhängig von der Art der Zubringerverbindung erreicht wird, und welches daher auch die Verwendung von beliebigen Trägerfrequenz-Uebertragungssystemen als Zubringerverbindungen gestattet.

[0009] Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die Merkmale aus dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

[0010] Der Kern der Erfindung besteht darin, das Modulationssignal vor der Uebermittlung mit einem Hilfsträger zu mischen, wenigstens eines der bei der Mischung entstehenden Seitenbänder zusammen mit dem Hilfsträger an die Basisstationen zu übermitteln und dort durch erneutes Mischen mit dem übermittelten Hilfsträger oder einem an diesen phasenstarr gekoppelten lokal erzeugten Hilfsträger zu demodulieren. Da das Seitenbandsignal und der Hilfsträger auf der Zubringerverbindung stets die gleichen Phasenverschiebungen erleiden, wird die Phasenverschiebung des Modulationssignals bei der Demodulation mittels des übermittelten Hiflsträgers automatisch kompensiert.

[0011] Vorzugsweise liegen Seitenband und Hilfsträger im selben Kanal, der als Telefoniekanal ausgebildet ist.

[0012] Die Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens weist hinter jeder Signalquelle einen Modulator mit Lokaloszillator, vorzugsweise einem Quarzoszillator und einem ersten Mischer und vor jeder Basisstation einen entsprechenden Demodulator mit einem zweiten Mischer und Mitteln zur Wiedergewinnung des Hilfsträgers auf.

[0013] Die Erfindung soll nun nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines bekannten Gleichwellen-Funksystems mit verschiedenartigen Zubringerverbindungen,

Fig. 2 das Blockschaltbild einer einzelnen Zubringerverbindung mit Trägerfrequenz-Uebertragungssystem und Phasenkorrektur nach der Erfindung,

Fig. 3 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des Modulators aus Fig. 2,

Fig. 4 das entsprechende Blockschaltbild für den Demodulator aus Fig. 2,

Fig. Sa-c die in einem Modulator nach Fig. 3 auftretenden Frequenzen und Frequenzbänder,

Fig. 6a-c die entsprechenden Frequenzen und Frequenzbänder im Demodulator nach Fig. 4.

[0014] In Fig. 1 ist ein beispielhaftes Gleichwellen-Funksystem nach dem Stand der Technik dargestellt. Die Funkversorgung eines grossflächigen Gebiets erfolgt über eine Mehrzahl von Basisstationen Bl, ..., B3, die über entsprechende Antennen Al, ..., A3 simultan das mit einem niederfrequenten Modulationssignal modulierte Trägersignal aussenden.

[0015] Das Modulationssignal stammt aus einer niederfrequenten Signalquelle 1, z.B. einem Mikrofon, und wird über Zubringerverbindungen an die einzelnen Basisstationen Bl, ..., B3 verteilt. Die Zubringerverbindungen können durch NF-Leitungen 11, 12 verschiedener Länge realisiert werden, aber auch durch eine einkanalige Richtfunkstrecke 13 mit einem Richtfunksender 2 und einem Richtfunkempfänger 3.

[0016] Um die auf den verschiedenen Zubringerleitungen entstehenden Phasenunterschiede zu kompensieren, sind in den Leitungen Phasenkorrekturglieder 4 vorgesehen, die Phasendifferenzen durch Laufzeitunterschiede und Unterschiede im Phasengang ausgleichen. Jedes dieser Phasenkorrekturglieder ist auf die Laufzeit und den Phasengang des jeweiligen Uebertragungsweges abgestimmt und erfüllt diese Funktion in einem Frequenzkanal mit relativ schmaler Bandbreite (z.B. Telefoniekanal mit Δ f = 3,1 kHz).

[0017] Gemäss der Erfindung wird nun das Modulationssignal vor seiner Uebermittlung über die Zubringerverbindung so verändert, dass die Phasenänderung durch die Zubringerverbindung an der Basisstation korrigiert werden kann, ohne die Eigenschaften der Verbindung selbst zu kennen. Dies ist besonders vorteilhaft für Anwendungsfälle, in denen beliebige Trägerfrequenzsysteme mit FDM (Frequency Division Multiplex) als Zubringerverbindungen eingesetzt werden.

[0018] Das Blockschaltbild einer einzelnen solchen FDM-Zubringerverbindung mit Phasenkorrektur nach der Erfindung ist in Fig. 2 wiedergegeben. Da ein FDM-System nur sinnvoll ist, wenn mehrere Kanäle gleichzeitig übertragen werden müssen, wird in Fig. 2 von einer Mehrzahl von niederfrequenten Signalquellen 1 ausgegangen. Jeder der Signalquellen ist ein eigener Kanal zugeordnet. Die aus den Signalquellen 1 kommenden Modulationssignale werden zunächst innerhalb ihres Kanals durch einen nachfolgenden Modulator im Sinne des erfindungsgemässen Verfahrens modifiziert. Auf die Einzelheiten dieser Modifizierung wird später im Zusammenhang mit der Ausführung des Modulators 5 noch näher eingegangen.

[0019] Nach der Modifizierung der Modulationssignale in den Modulatoren 5 werden die einzelnen Kanäle durch einen Trägerfrequenz-Multiplexer 6 in an sich bekannter Weise zu höheren Frequenzen hin transponiert und frequenzmässig aneinandergereiht über einen Trägerfrequenzsender 7 und eine Trägerfrequenzstrecke 14 an einen Trägerfrequenzempfänger 8 übermittelt. Ein nachfolgender Trägerfrequenz-Demultiplexer 9 versetzt die Kanäle in ihre frequenzmässige Ausgangslage zurück und leitet sie getrennt an eine der Kanalzahl entsprechende Anzahl von Demodulatoren 10 weiter, in denen die jeweilige Phasenverschiebung korrigiert und das ursprüngliche Modulationssignal zurückgewonnen wird.

[0020] Die zurückgewonnenen Modulationssignale werden dann an eine Basisstation B weitergegeben und modulieren dort das über eine Antenne A abgestrahlte Trägersignal.

[0021] Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Modulators 5 aus Fig. 2 ist mit seinem Blockschaltbild in Fig. 3 dargestellt. Auf eine detaillierte Wiedergabe des schaltungstechnischen Aufbaus der einzelnen Blöcke ist hier wie auch beim entsprechenden Schaltbild des Demodulators 10 verzichtet worden, weil die Ausführung jedem Fachmann der Trägerfrequenztechnik bekannt ist.

[0022] Das Modulationssignal aus der Signalquelle 1 wird innerhalb des Modulators 5 zunächst über einen ersten Trenntransformator 15, der vorzugsweise ein Uebertragungsverhältnis von 1 : 1 und eine Impedanz von 600 Ohm hat, auf den Eingang eines ersten Eingangsverstärkers 16 gegeben und dort auf ein für die weitere Signalverarbeitung günstiges Niveau verstärkt.

[0023] Dem ersten Eingangsverstärker 16 ist ein Bandbegrenzungsfilter 17 nachgeordnet, welches das Frequenzband des Modulationssignals begrenzt und vorzugsweise eine obere Grenzfrequenz von etwa 3 kHz aufweist. Die Durchlasskennlinie des Bandbegrenzungsfilters ist als gestrichelte Linie in der Fig. 5a eingetragen, die das aus der Begrenzung resultierende, zwischen 0,3 und 3 kHz liegende Niederfrequenzband NB des Modulationssignals zeigt.

[0024] Das Niederfrequenzband NB wird dem einen Eingang eines ersten Mischers 18 zugeführt, der das Modulationssignal mit einem Hilfsträger HT von vorzugsweise 3,3 kHz, dargestellt auf der Frequenzachse in Fig. 5b, mischt. Der Hilfsträger HT wird aus der Oszillatorfrequenz eines Lokaloszillators, vorzugsweise eines Quarzoszillators 20 abgeleitet, die z.B. 3,3792 MHz beträgt und durch einen nachfolgenden ersten Frequenzteiler 21 mit einem Teilverhältnis von 2¹⁰ _: 1 auf 3,3 kHz heruntergeteilt wird. Andere Oszillatorfrequenzen bedingen entsprechend andere Teilverhältnisse.

[0025] Bei der Mischung von Modulationssignal und Hilfsträger HT entstehen ein unteres Seitenband USB und ein oberes Seitenband OSB symmetrisch zur Frequenz des Hilfsträgers HT. Beide Seitenbänder sind in Fig. 5c dargestellt. Das untere Seitenband USB entspricht dem Niederfrequenzband NB in Kehrlage und enthält, für sich genommen, die gleiche Information. Zur Einsparung von Bandbreite ist daher vorzugsweise dem ersten Mischer 18 ein erstes Seitenbandfilter 19 mit einer in Fig. 5c gestrichelt eingezeichneten Durchlasskennlinie nachgeschaltet, welches mit einer oberen Grenzfrequenz von 3 kHz den Hilfsträger HT sowie das obere Seitenband OSB unterdrückt.

[0026] Das verbleibende untere Seitenband USB gelangt auf einen Eingang eines Addierverstärkers 23. Auf einen anderen Eingang des Addiervestärkers 23 wird ein in der Amplitude abgesenkter Hilfsträgerrest HTR gegeben, der über ein Oberwellenfilter 22 mit einer oberen Grenzfrequenz von z.B. 4 kHz, am Ausgang des ersten Frequenzteilers 21 entnommen wird.

[0027] Am Ausgang des Addierverstärkers 23 erscheint dann ein modifiziertes Modulationssignal, das sich aus dem unteren Seitenband USB und dem danebenliegenden Hilfsträgerrest HTR zusammensetzt. Beide sind in Fig. 5c durchgezogen dargestellt. Das modifizierte Modulationssignal kann nun über eine beliebige Zubringerverbindung mit entsprechender Bandbreite wie z.B. das FDM-System der Fig. 2 an die Basisstationen übermittelt werden, wo es zuvor im Demodulator 10 korrigiert und rückgewandelt wird.

[0028] Ein bevorzugtes zum Modulator der Fig. 3 passendes Ausführungsbeispiel des Demodulators 10 ist mit seinem Blockschaltbild in Fig. 4 wiedergegeben. Das modifizierte, über die Zubringerverbindung ankommende Modulationssignal der Fig. 6a wird innerhalb des Modulators 10 zunächst in einem zweiten Eingangsverstärker 24 verstärkt und einem zweiten Mischer 25 zugeführt. Gleichzeitig wird aus dem verstärkten Signal mittels eines Hochpassfilters 29, welches für die beispielhaften Frequenzen aus Fig. 6a eine untere Grenzfrequenz von 3,2 kHz aufweist, der Hilfsträgerrest HTR abgezweigt und zur lokalen Erzeugung eines phasenstarr gekoppelten Hilfsträgers im Demodulator 10 weiterverwendet.

[0029] Der abgezweigte Hilfsträgerrest HTR wird dazu in einem Trägersignalverstärker 30 verstärkt und zur Synchronisation einer PLL (Phase Locked Loop)-Schaltung 31 an deren Synchronisationseingang weitergeleitet. Die PLL-Schaltung erzeugt vorzugsweise eine Freqenz von 6,6 kHz, die in einem nachfolgenden zweiten Frequenzteiler 32 mit einem Teilverhältnis von 2 : 1 auf 3,3 kHz heruntergeteilt und über eine Rückkopplungsschleife auf den Rückkopplungseingang der PLL-Schaltung 31 gegeben wird.

[0030] Auf diese Weise steht am Ausgang des zweiten Frequenzteilers 32 ein lokal erzeugter ungestörter Hilfsträger von 3,3 kHz zur Verfügung, der an den im modifizierten Modulationssignal mitübertragenen Hilfsträgerrest HTR phasenstarr gekoppelt ist.

[0031] Der lokale Hilfsträger wird im zweiten Mischer 25 mit dem verstärkten modifizierten Modulationssignal gemischt, wodurch gemäss Fig. 6b wieder ein unteres Seitenband USB und ein oberes Seitenband OSB entstehen. Das untere Seitenband USB entspricht dem ursprünglichen Niederfrequenzband NB aus Fig. 5a und wird durch ein zweites Seitenbandfilter 26 (obere Grenzfrequenz: 3 kHz), dessen Durchlasskennlinie in Fig. 6b eingetragen ist, absepariert (Fig. 6c), in einem Ausgangsverstärker 27 verstärkt und über einen zweiten Trenntransformator 28 (Uebertragungsverhältnis: 1 : 1; Impedanz: 600 Ohm) an die nachfolgende Basisstation weitergegeben.

[0032] Da für die Mischung im zweiten Mischer 25 des Demodulators 10 mit dem übermittelten unteren Seitenband USB und dem an den übermittelten Hilfsträgerrest HTR phasenstarr gekoppelten, lokal erzeugten Hilfsträger zwei Signalgrössen verwendet werden, die beide der Phasenänderung durch die Zubringerverbindung in gleichem Masse unterliegen, kompensieren sich bei der Mischung diese Phasenänderungen automatisch.

[0033] Durch die bevorzugte Beschränkung des Niederfrequenzbandes auf Frequenzen zwischen 0,3 und 3 kHz und die Auswahl eines Hilfsträgers HT mit 3,3 kHz lässt sich das modifizierte Modulationssignal (unteres Seitenband USB in Kehrlage + Hilfsträgerrest HTR) über jeden international genormten Telefoniekanal übertragen, der eine Mindestbandbreite von 0,3 bis 3,4 kHz besitzt.

[0034] Insgesamt steht mit dem erfindungsgemässen Verfahren eine Methode zur Verfügung, um bei der Ansteuerung von Basissendern eines Gleichwellen-Funksystems unabhängig von der Art der Zubringerverbindung auf einfache Weise Phasendrehungen des zu übertragenden Modulationssignals auszugleichen.

Ansprüche

1. Verfahren zur phasenstarren Uebertragung eines niederfrequenten Modulationssignals von einer zentralen Signalquelle über Zubringerverbindungen an eine Mehrzahl von räumlich verteilten Basisstationen eines Gleichwellen-Funksystems, bei welchem Verfahren Phasendrehungen des Modulationssignals in der Zubringerverbindung kompensiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass

- ein ausserhalb des Niederfrequenzbands (NB) des Modulationssignals liegender Hilfsträger (HT) erzeugt wird;

- der Hilfsträger (HT) mit dem Modulationssignal gemischt wird;

- das aus der Mischung resultierende untere Seitenband (USB) zusammen mit einem Hilfsträgerrest (HTR) zu den Basisstationen (B, Bl, ..., B3) übertragen wird; und

- an den Basisstationen (B, B1, ..., B3) aus dem unteren Seitenband (USB) durch Mischen mit Hilfe des übertragenen Hilfsträgerrests (HTR) das ursprüngliche Modulationssignal zurückgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Niederfrequenzband (NB) des Modulationssignals und der Hilfsträger (HT) innerhalb eines Telefoniekanals liegen, wobei das Niederfrequenzband (NB) vorzugsweise von 0,3 bis 3 kHz reicht und der Hilfsträger (HT) vorzugsweise eine Frequenz von 3,3 kHz aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an den Basisstationen (B, Bl, ..., B3) der übertragene Hilfsträgerrest (HTR) von dem unteren Seitenband (USB) abgetrennt wird, und ein an den Hilfsträgerrest (HTR) phasenstarr gekoppelter lokaler Hilfsträger gleicher Frequenz erzeugt und zum Mischen mit dem unteren Seitenband (USB) verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gkennzeichnet, dass die unteren Seitenbänder (USB) mehrerer Modulationssignale mit den zugehörigen Hilfsträgern (HT) nach dem Trägerfrequenzverfahren multiplexiert und als Multiplexsignal zu den Basisstationen (B, Bl, ..., B3) übertragen und dort vor der Rückgewinnung der ursprünglichen Modulationssignale demultiplexiert werden.

5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Zubringerverbindng von der Signalquelle (1) zu einer Basisstation (B, Bl, ..., B3) hinter der Signalquelle (1) ein Modulator (5) und vor der Basisstation (B, Bl, ..., B3) ein Demodulator (10) angeordnet ist, dass der Modulator (5) einen Lokaloszillator zur Erzeugung des Hilfsträgers (HT) und einen ersten Mischer (18) zur Mischung des Modulationssignals mit dem Hilfsträger (HT) enthält, und dass der Demodulator (10) ein Hochpassfilter (29) zur Abtrennung des übertragenen Hilfsträgerrests (HTR), einen zweiten Mischer (25) zur Rückgewinnung des ursprünglichen Modulationssignals mit Hilfe des übertragenen Hilfsträgerrests (HTR) und ein am Ausgang des zweiten Mischers (25) angeordnetes zweites Seitenbandfilter (26) zur Unterdrückung des Hilfsträgers (HT) und des beim Mischen entstehenden oberen Seitenbandes (OSB) aufweist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Modulator (5) hinter dem Ausgang des ersten Mischers (18) ein erstes Seitenbandfilter (19) zur Unterdrückung des Hilfsträgers (HT) und des beim Mischen entstehenden oberen Seitenbandes (OSB) vorgesehen ist, und dass dem verbleibenden unteren Seitenband (USB) in einem Addierverstärker (23) der Hilfsträgerrest (HTR) zugesetzt wird, welcher dem Quarzoszillator (20) entnommen wird.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lokaloszillator ein Quarzoszillator (20) ist_lauf einer Frequenz schwingt, die ein Vielfaches der Frequenz des Hilfsträgers (HT) ist, und dass dem Quarzoszillator (20) ein erster Frequenzteiler (21) zur Erzeugung des Hilfsträgers (HT) nachgeschaltet ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Demodulator (10) hinter dem Hochpassfilter (29) ein Trägersignalverstärker (30) und nachfolgend eine PLL (Phase Locked Loop)-Schaltung (31) angeordnet ist, die einen zum Hilfsträgerrest (HTR) phasenstarr gekoppelten lokalen Hilfsträger gleicher Frequenz erzeugt und an den zweiten Mischer (25) weiterleitet.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass

- der Quarzoszillator (20) eine Frequenz von 3,3792 MHz erzeugt,

- der erste Frequenzteiler (21) ein Teilverhältnis von 2¹⁰ : 1 hat,

- das erste und zweite Seitenbandfilter (19, 26) eine obere Grenzfrequenz von 3 kHz aufweisen,

- das Hochpassfilter (29) eine untere Grenzfrequenz von 3,2 kHz aufweist, und

- vor dem ersten Mischer (18) ein Bandbegrenzungsfilter (17) mit einer Bandbreite von 0,3 bis 3 kHz angeordnet ist.

Zeichnung