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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Modulations- und Demodulationsvorrichtung und im
Besonderen eine Modulations- und Demodulationsvomchtung für die Verwendung in einem
Sender-Empfänger, welcher einen Modulator-Demodulator (Schaltkreis) zum Ausführen
eines Modulations- oder Demodulationsvorgangs entsprechend einer an Dioden zu liefernden
Vorspannung umfasst, zum Zeitpunkt des Modulationsvorgangs ein Signal sendet und zum
Zeitpunkt des Demodulationsvorgangs ein Signal empfängt.
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Zur Zeit befindet sich ein automatisches Mautgebühreneinzugssystem (ATC) in der
Entwicklung. Gemäß dieses Systems ist eine straßenseitige Einrichtung an einer Mautstelle für
den Einzug einer Mautgebühr für eine benutzungsgebührenpflichtige Straße angebracht, eine
fahrzeugseitige Einrichtung ist an einem Fahrzeug angebracht, erforderliche Funkwellen
werden zwischen der straßenseitigen Einrichtung und der fahrzeugseitigen Einrichtung
gesendet und empfangen, wenn das Fahrzeug an der Mautstelle stoppt, und die Mautgebühr
wird auf dem Funkweg eingezogen. Zur Zeit werden verschiedene Tests für den praktischen
Einsatz des Systems durchgerührt.
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Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild, das den Aufbau eines wesentlichen Bestandteils einer
straßenseitigen Einrichtung zur Verwendung in dem automatischen
Mautgebühreneinzugssystem aufzeigt. Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild, das den Aufbau eines wesentlichen
Bestandteils einer fahrzeugseitigen Einrichtung zur Verwendung in dem automatischen
Mautgebühreneinzugssystem aufzeigt.
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Fig. 5 zeigt einen Bauschaltplan, der ein spezifisches Beispiel eines Aufbaus der in Fig. 4
gezeigten fahrzeugseitigen Einrichtung darstellt. Identische Bauelemente in Fig. 5 und Fig. 4
wurden mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Wie in Fig. 3 gezeigt ist, umfasst die an einer Mautstelle angebrachte straßenseitige
Einrichtung einen HF-Empfangsfilter 31, einen HF-Empfangsverstärker 32, einen
Frequenzumformer 33, einen ZF-Verstärker 34 (wobei ZF für Zwischenfrequenz steht), einen
ZF-Filter 35, einen lokalen Oszillator 36, erste und zweite Trennverstärker 37 und 38, einen
Schalter 39, einen FM-Codierer 40, einen HF-Sendeverstärker 41, einen HF-Sendefilter 42,
eine Empfangsantenne 43, eine Sendeantenne 44, eine Demodulationssignal-
Ausgangsklemme 45, und eine Modulationssignal-Eingangsklemme 46.
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Im HF-Empfangsfilter 31 ist in diesem Fall die Eingangsklemme an die Empfangsantenne 43
angeschlossen und die Ausgangsklemme ist an die Eingangsklemme des HF-
Empfangsverstärkers 32 angeschlossen. Im Frequenzumformer 33 ist eine erste
Eingangsklemme an die Ausgangsklemme des HF-Empfangsverstärkers 32 angeschlossen, eine
zweite Eingangsklemme ist an die Ausgangsklemme des ersten Trennverstärkers 37
angeschlossen, und die Ausgangsklemme ist an die Eingangsklemme des ZF-Verstärkers 34
angeschlossen. Im ZF-Filter 35 ist die Eingangsklemme an die Ausgangsklemme des ZF-
Verstärkers 34 angeschlossen und die Ausgangsklemme ist an die Demodulationssignal-
Ausgangsklemme 45 angeschlossen. Der lokale Oszillator 36 umfasst einen Oszillator, eine
phasensynchronisierte Schleife, einen Quarzoszillator, eine Frequenzvervielfacherschaltung,
und einen Ausgangstrennverstärker (die jeweils nicht in der Abbildung dargestellt sind). Die
Ausgangsklemme des lokalen Oszillators 36 ist sowohl an die Eingangsklemme des ersten
Trennverstärkers 37 als auch an die Eingangsklemme des zweiten Trennverstärkers 38
angeschlossen. Im Schall er 39 ist die Eingangsklemme an die Ausgangsklemme des zweiten
Trennverstärkers 38 angeschlossen, die Ausgangsklemme ist an die Eingangsklemme des HF-
Sendeverstärkers 41 angeschlossen, und die Steuerklemme ist an die Ausgangsklemme des
FM-Codierers 40 angeschlossen. Die Eingangsklemme des FM-Codierers 40 ist an die
Modulationssignal-Eingangsklemme 46 angeschlossen. Die Eingangsklemme des HF-
Sendefilters 42 ist an die Ausgangsklemme des HF-Sendeverstärkers 41 angeschlossen und
die Ausgangsklemme ist an die Sendeantenne 44 angeschlossen.
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Wie in Fig. 4 gezeigt ist, umfasst die am Fahrzeug anzubringende fahrzeugseitige Einrichtung
ein Mikrostreifenleitungsnetzwerk (MSL-Netzwerk) 47, einen Modulator-Demodulator 48,
eine Diode 48D, einen Vorspannungsversorgungskreis 49, einen FM-Decodierer 50, eine
Sende-/Empfangsantenne 51, eine Demodulationssignal-Ausgangsklemme 52 und eine
Umschaltsignal-Versorgungsklemme 53.
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In diesem Fall ist die Eingangsklemme des Mikrostreifenleitungsnetzwerks 47 an die Sende-
/Empfangsantenne 51 angeschlossen und die Ausgangsklemme ist an die Eingangsklemme
des Modulator-Demodulators 48 angeschlossen. Im Modulator-Demodulator 48 ist die Diode
48D seriell mit den Eingangs- und Ausgangsklemmen verbunden, die Ausgangsklemme ist an
die Eingangsklemme des FM-Decodierers 50 angeschlossen, und die Steuerklemme ist an die
Ausgangsklemme des Vorspannungsversorgungskreises 49 angeschlossen. Die
Eingangsklemme des Vorspannungsversorgungskreises 49 ist an die Umschaltsignal-
Versorgungsklemme 53 angeschlossen. Die Ausgangsklemme des FM-Decodierers 50 ist an
die Demodulationssignal-Ausgangsklemme 52 angeschlossen.
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Wie in Fig. 5 gezeigt ist, verfügt das Mikrostreifenleitungsnetzwerk 47 des Weiteren über
erste bis dritte Mikrostreifenleitungen 47A, 47B und 47C. Der Modulator-Demodulator 48
besitzt außer der Diode 48D einen ersten Induktor 48A, einen zweiten Induktor 48C, einen
Widerstand 48C, und eine Vorspannungversorgungsklemme 48E. Der
Vorspannungsversorgungskreis 49 verfügt über einen Schalter 49A und eine Energiequelle 49B. In Fig. 5 ist
eine Steuereinheit 54 enthalten, die in Fig. 4 nicht gezeigt ist.
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In dem Mikrostreifenleitungsnetzwerk 47 ist die erste Mikrostreifenleitung 47A seriell mit
den Eingangs- und Ausgangsklemmen verbunden, die zweite Mikrostreifenleitung 47B ist mit
der Eingangsklemme und dem Bezugspotential-(Erdungs)punkt verbunden, während die dritte
Mikrostreifenleitung 47C mit der Ausgangsklemme und dem Bezugspotential-(Erdungs)punkt
verbunden ist. Im Modulator-Demodulator 48 ist die Diode 48D seriell mit den Eingangs- und
Ausgangsklemmen verbunden, der erste Induktor 48A und der Widerstand 48C sind seriell
mit der Eingangsklemme und der Vorspannungsversorgungsklemme 48E verbunden, und der
zweite Induktor 48C ist zwischen der Ausgangsklemme und der Erdungsklemme
angeschlossen. Im Vorspannungsversorgungskreis 49 ist eine Klemme des Schalters 49A an
die Ausgangsklemme des Vorspannungsversorgungskreises 49 angeschlossen, eine weitere
Klemme ist über die Energiequelle 49B an die Erdungsklemme angeschlossen, während die
Steuerklemme an die Umschaltsignal-Versorgungsklemme 53 angeschlossen ist. Die
Steuereinheit 54 ist an den FM-Decodierer 50 und die Umschaltsignal-Versorgungsklemme
53 angeschlossen.
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Betriebsarten für das Senden und Empfangen von Signalwellen zwischen der straßenseitigen
Einrichtung und der fahrzeugseitigen Einrichtung in dem automatischen
Mautgebüh
reneinzugssystem mit dem oben angeführten Aufbau werden unter Bezugnahme auf Fig. 3 bis
Fig. 5 im Allgemeinen wie folgt beschrieben.
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Zuerst wird eine erste Betriebsart für das Senden von Signalwellen von der straßenseitigen
Einrichtung an die fahrzeugseitige Einrichtung beschrieben.
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In der ersten Betriebsart spricht auf der Seite der straßenseitigen Einrichtung der FM-Codierer
40 auf ein an die Modulationssignal-Eingangsklemme 46 geliefertes Modulationssignal an
und der Schalter 39 wird entsprechend einem vom FM-Codierer 40 codierten Signal ein- und
ausgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt wird ein vom lokalen Oszillator 36 erzeugtes Trägersignal
durch die Ein-Aus-Regelung des Schalters 39 einer Modulation durch Amplituden-Ein-und
Ausschaltung (ASK) unterworfen und erzeugt dadurch ein ASK-moduliertes Signal.
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Nachdem anschließend das ASK-modulierte Signal durch den HF-Sendeverstärker 41 auf
einen erforderlichen Pegel verstärkt wurde, werden unnötige Frequenzelemente durch den
HF-Sendefilter 42 eliminiert, und das daraus resultierende Signal wird von der Sendeantenne
44 gesendet.
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In der ersten Betriebsart empfängt die fahrzeugseitige Einrichtung das von der straßenseitigen
Einrichtung gesendete ASK-modulierte Signal. Ein nicht moduliertes Signal wird von der
Steuereinheit 54 an die Umschaltsignal-Versorgungsklemme 53 geliefert. Durch die
Lieferung des nicht modulierten Signals wird der Schalter 49A des
Vorspannungsversorgungskreises 49 ausgeschaltet, eine Ausgabe der Energiequelle 49B wird durch
den Schalter 49A unterbrochen, die Vorspannungsversorgungsklemme 48E im Modulator-
Demodulator 48 hat Null Vorspannung, und die Diode 48D im Modulator-Demodulator 48
hat ebenfalls Null Vorspannung. Zu dem Zeitpunkt, an dem die Signalwellen von der
straßenseitigen Einrichtung von der Sende-/Empfangsantenne 51 empfangen werden, wird das
Empfangssignal über das Mikrostreifenleitungsnetzwerk 47 an den Modulator-Demodulator
48 geliefert, das ASK-modulierte Signal wird von der Diode 48D demoduliert, und ein vom
Modulator-Demodulator 48 geführtes codiertes Signal wird an den FM-Decodierer 50
geliefert. Der FM-Decodierer 50 decodiert das codierte Signal, reproduziert das ursprüngliche
Signal, und das sich daraus ergebende Signal wird von der Demodulationssignal-
Ausgangsklemme 52 an einen (nicht dargestellten) angenommenen Schaltkreis geliefert.
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Nachfolgend wird eine zweite Betriebsart beschrieben, bei der Signalwellen von der
straßenseitigen Einrichtung an die fahrzeugseitige Einrichtung gesendet und in Antwort auf den
Sendevorgang Signalwellen von der fahrzeugseitigen Einrichtung an die straßenseitige
Einrichtung gesendet werden.
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In der zweiten Betriebsart erzeugt der FM-Codierer 40 an der straßenseitigen Einrichtung ein
codiertes Signal mit einem unipolaren Impuls in Antwort auf ein an die Modulationssignal-
Eingangsklemme 46 gesendetes nicht moduliertes Signal, um den Schalter 39 im EIN-
Zustand zu halten. Zu diesem Zeitpunkt wird ein vom lokalen Oszillator 36 erzeugtes
Trägersignal durch den Schalter 39 an den HF-Sendeverstärker 41 geliefert und wird durch
den HF-Sendeverstärker 41 auf einen erforderlichen Pegel verstärkt. Danach werden unnötige
Frequenzelemente durch den HF-Sendefilter 42 eliminiert, und ein daraus resultierendes
Signal wird von der Sendeantenne 44 gesendet.
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In der zweiten Betriebsart empfängt die fahrzeugseitige Einrichtung das von der
straßenseitigen Einrichtung gesendete Trägersignal und sendet ein PSK-moduliertes Signal an die
straßenseitige Einrichtung, das dadurch erhalten wird, indem das Trägersignal einer
Modulation durch Phasenumtastung (PSK) unterzogen wird. Ein binäres Modulationssignal wird
von der Steuereinheit 54 an die Umschaltsignal-Versorgungsklemme 53 geliefert und der
Schalter 49A im Vorspannungsversorgungskreis 49 wird entsprechend der Versorgung mit
dem binären Modulationssignal ein- oder ausgeschaltet. Befindet sich der Schalter 49A im
EIN-Zustand, wird eine Ausgangsspannung von beispielsweise 5 V von der Energiequelle 49B
an die Vorspannungsversorgungsklemme 48E in dem Modulator-Demodulator 48 geliefert
und eine Vorwärtsspannung von 5 V wird an die Diode 48D im Modulator-Demodulator 48
angelegt. Befindet sich der Schalter 49A hingegen im AUS-Zustand, wird die
Ausgangspannung der Energiequelle 49B durch den Schalter 49A unterbrochen und die Diode
48D hat Null Vorspannung. Zu dem Zeitpunkt, an dem die Signalwellen einschließlich des
nicht modulierten Trägersignals von der straßenseitigen Einrichtung durch die Sende-
/Empfangsantenne 51 empfangen werden, wird das Empfangssignal über das
Mikrostreifenleitungsnetzwerk 47 an den Modulator-Demodulator 48 geliefert. Der
Modulator-Demodulator 48 führt zwischen der Phase des nicht modulierten Trägersignals,
wenn die Vorwärtsspannung von 5 V an der Diode 48D angelegt ist, und der Phase des nicht
modulierten Trägersignals, wenn Null Vorspannung an der Diode 48D angelegt ist, eine
Phasenverschiebung um 180º durch, das heißt, die PSK-Modulation wird durchgeführt.
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Danach wird das erhaltene PSK-modulierte Signal über das Mikrostreifenleitungsnetzwerk 47
an die Sende-/Empfangsantenne 51 übertragen und wird von der Sende-/Empfangsantenne 51
gesendet.
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In der zweiten Betriebsart wird nach dem Empfang der Signalwellen, einschließlich des von
der fahrzeugseitigen Einrichtung gesendeten PSK-modulierten Signals, durch die
Empfangsantenne 43 an der straßenseitigen Einrichtung nach der Eliminierung unnötiger
Frequenzelemente im Empfangssignal durch den HF-Empfangsfilter 31 das sich daraus
ergebende Signal durch den HF-Empfangsverstärker 32 auf einen erforderlichen Pegel
verstärkt und das verstärkte Signal wird an den Frequenzumformer 33 geliefert. Der
Frequenzumformer 33 mischt die Frequenz des Empfangssignals mit einem von dem lokalen
Oszillatoren 36 gelieferten lokalen Oszillationssignal, wodurch ein Zwischenfrequenzsignal
erzeugt wird. Das Zwischenfrequenzsignal wird durch den ZF-Verstärker 34 auf einen
erforderlichen Pegel verstärkt. Danach werden unnötige Frequenzelemente durch den ZF-Filter 35
eliminiert und ein daraus resultierendes Signal wird über die Demodulationssignal-
Ausgangsklemme 45 an einen (nicht dargestellten) angenommenen Schaltkreis mit einem
Demodulator für das PSK-Modulationssignal geliefert.
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Entsprechend der Modulations- und Demodulationsvorrichtung, welche das
Mikrostreifenleitungsnetzwerk 47, den Modulator-Demodulator 48 und den
Vorspannungsversorgungskreis 49, der auf der fahrzeugseitigen Einrichtung angeordnet ist, umfasst, ist in der
ersten Betriebsart, wenn die Diode 48D im Modulator-Demodulator 48 Null Vorspannung
aufweist und ein Empfangssignal, einschließlich des durch die Sende-/Empfangsantenne 51
empfangenen ASK-modulierten Signals, durch die Diode 48D im Modulator-Demodulator 48
ASK-demoduliert wird, der Pegel des demodulierten Signals um 3 dB niedriger als der Pegel
des durch die Sende-/Empfangsantenne 51 empfangenen Empfangssignals (ASK-moduliertes
Signal), was heißt, dass die Hälfte der elektrischen Energie des Empfangssignals bei der
ASK-Demodulation verbraucht wird. Daraus ergibt sich das Problem, dass das
Empfangssignal nicht mit hoher Effizienz ASK-demoduliert werden kann.
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In der zweiten Betriebsart, schaltet die sich auf der fahrzeugseitigen Einrichtung angeordnete
Modulations- und Demodulationsvorrichtung die Diode 48D mittels eines Modulationssignal
ein oder aus, führt die PSK-Modulation durch, indem sie zwischen der Phase des von der
Sende-/Empfangsantenne 51 empfangenen Trägersignals, wenn sich die Diode 48D im EIN-
Zustand befindet, und der Phase des Trägersignals, wenn sich die Diode 48D im AUS-
Zustand befindet, eine Phasenverschiebung um 180º durchrührt. Wenn das erhaltene PSK-
modulierte Signal durch den Modulator-Demodulator 48 reflektiert wird und von der Sende-
/Empfangsantenne 51 gesendet wird, ist der Pegel des durch den Modulator-Demodulator 48
reflektierten PSK-modulierten Signals um 3 dB niedriger als der Pegel des Empfangssignals,
was heißt, dass die Hälfte der elektrischen Energie des Empfangssignals bei der PSK-
Modulation verbraucht wird. Daraus ergibt sich das Problem, dass das Empfangssignal nicht
mit hoher Effizienz PSK-moduliert werden kann.
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Mit der vorliegenden Erfindung sollen diese Probleme gelöst werden, wobei das Ziel der
Erfindung darin besteht, durch die Verbesserung eines Modulater-Demodulater-Schaltkreises,
eine Modulations- und Demodulationsvorrichtung bereitzustellen, mit der nicht nur eine
Demodulation eines Empfangssignals mit einer hohen Effizienz realisiert werden kann,
sondern auch eine Modulation eines Empfangssignals mit einer hohen Effizienz erreicht wird.
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Um dieses Ziel zu erreichen, umfasst eine Modulations- und Demodulationsvorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung ein Mikrostreifenleitungsnetzwerk, einen
Modulator-Demodulator mit einer seriell verbundenen ersten Diode und einer parallel geschalteten zweiten
Diode und einen Vorspannungsversorgungskreis. Der Vorspannungsversorgungskreis verfügt
über Vorrichtungen zum Liefern einer Vorspannung, um die erste und zweite Diode
einzuschalten und einer Vorspannung, um nur die erste Diode entsprechend eines
Modulationssignals zum Zeitpunkt des Modulationsvorgangs des Modulator-Demodulators
einzuschalten, und zum Liefern einer Vorspannung, um sowohl die erste Diode als auch die
zweite Diode zum Zeitpunkt des Demodulationsvorgangs des Modulator-Demodulators
auszuschalten.
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Entsprechend der Vorrichtungen werden zum Zeitpunkt der Demodulation der empfangenen
Signalwellen sowohl die erste Diode als auch die zweite Diode im Modulator-Demodulator
ausgeschaltet und ein von der ersten Diode empfangenes ASK-Modulationssignal wird
demoduliert, wodurch eine demodulierte Ausgabe erhalten wird. Zum Zeitpunkt der
Modulation der empfangenen Signalwellen werden im Modulator-Demodulator entsprechend eines
binären Modulationsignals sowohl die erste Diode als auch die zweite Diode eingeschaltet
oder es wird nur die erste Diode einsgeschaltet, wodurch ein PSK-Modulationssignal
entsprechend des binären Modulationsignals erhalten wird, und das PSK-Modulationsignal
wird gesendet. Folglich kann die von der ersten Diode beim Demodulieren der Signalwellen
verbrauchte Energie reduziert werden. Des Weiteren kann auch die von der ersten und der
zweiten Diode beim Modulieren der Signalwellen verbrauchte Energie in ähnlicher Weise
reduziert werden. Somit ist die Durchführung einer Signal-Demodulation und -Modulation
mit hoher Effizienz möglich.
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Bei einer Ausführungsweise der vorliegenden Erfindung umfasst eine Modulations- und
Demodulationsvorrichtung ein Mikrostreifenleitungsnetzwerk, das an eine Sende-
/Empfangsantenne angeschlossen ist; einen Modulator-Demodulator, der über eine erste
Diode und eine zweite Diode verfügt und an einen Ausgang des
Mikrostreifenleitungsnetzwerks angeschlossen ist; und einen Vorspannungsversorgungskreis
zur selektiven Versorgung der ersten und der zweiten Diode mit einer Vorspannung. In dem
Modulator-Demodulator ist die erste Diode seriell mit den Eingangs- und Ausgangsklemmen
verbunden, während die zweite Diode parallel zwischen der Eingangsklemme und einem
Bezugspotentialpunkt geschaltet ist. Bei Ausführen eines Modulationsvorgangs durch den
Modulator-Demodulator liefert der Vorspannungsversorgungskreis eine Vorspannung, um
sowohl die erste Diode als auch die zweite Diode einzuschalten oder er liefert eine
Vorspannung entsprechend eines Modulationssignals, um nur die erste Diode einzuschalten.
Bei Ausführen eines Demodulationsvorgangs durch den Modulator-Demodulator liefert der
Vorspannungsversorgungskreis eine Vorspannung, um sowohl die erste als auch die zweite
Diode auszuschalten.
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Bei einem speziellen Beispiel einer Ausführungsweise der Erfindung wird eine Modulations-
und Demodulationsvorrichtung für ein fahrzeugseitiges Sende-Empfangsgerät in einem
automatischen Mautgebühreneinzugssystem verwendet.
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Gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung wird bei der Demodulation von empfangenen
Signalwellenformen einschließlich eines ASK-modulierten Signals eine vom
Vorspannungsversorgungskreis erzeugte Vorspannung unterbrochen, um sowohl die erste als
auch zweite Diode im Modulator-Demodulator auszuschalten, und das empfangene ASK-
Modulationssignal wird durch die erste Diode demoduliert, wodurch eine demodulierte
Ausgabe erzielt wird. Hingegen werden bei der Modulation von empfangenen Signalwellen
einschließlich eines nicht modulierten Trägersignals entsprechend binärer
Modulationssignale zwei Vorspannungen, einer vorgegebenen Spannung und einer Nullspannung
durch den Vorspannungsversorgungskreis erzeugt, der zwischen dem Einschalten von sowohl
der ersten als auch der zweiten Diode im Modulator-Demodulator und dem Einschalten von
nur der ersten Diode entsprechend der zwei Vorspannungen schaltet, ein PSK-moduliertes
Signal, dessen Phase entsprechend des Schaltvorgangs in den EIN-Zustand der ersten
und/oder der zweiten Diode verschoben wird, wird erzeugt, und sich daraus ergebende PSK-
modulierte Signal wird vom Modulator-Demodulator reflektiert und gesendet.
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Gemäß der Ausführungsweisen der Erfindung ist, wie oben angeführt, der Modulator-
Demodulator nicht nur mit einer ersten Diode, sondern auch mit einer zweiten Diode
versehen. Zum Zeitpunkt der Demodulation der Signalwellen werden die erste und zweite
Diode ausgeschaltet. Zum Zeitpunkt der Modulation der Signalwellen werden sowohl die
erste als auch die zweite Diode eingeschaltet oder, in Entsprechung des binären
Modulationssignals nur die erste Diode eingeschaltet. Folglich ist zum Zeitpunkt der
Demodulation der Signalwellen der Energieverbrauch durch die erste Diode bei der
Demodulation des ASK-modulierten Signals reduziert, so dass die ASK-Demodulation mit
hoher Effizienz durchgeführt werden kann. Des Weiteren ist zum Zeitpunkt der Modulation
von Signalwellen der Energieverbrauch der ersten und zweiten Diode beim Ausführen der
PSK-Modulation reduziert, so dass die PSK-Modulation mit hoher Effizienz durchgeführt
werden kann.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung, die jedoch nur beispielhaft zu
verstehen sind, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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Fig. 1 einen Schaltplan, der den Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer Modulations-
und Demodulationsvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt;
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Fig. 2 ein erläuterndes Schaubild, das eine Auflistung der EIN/AUS-Zustände der
Schalter, der Versorgungszustände einer Vorspannung an
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Vorspannungsversorgungsklemmen und der Modulations-/Demodulationszustände
in der Modulations- und Demodulationsvorrichtung des in Fig. 1 gezeigten
Ausführungsbeispiels, enthält;
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Fig. 3 ein Blockschaltbild, das einen Aufbau eines wichtigen Bestandteils einer
straßenseitigen Einrichtung zur Verwendung in einem automatischen
Mautgebühreneinzugssystem zeigt;
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Fig. 4 ein Blockschaltbild, das einen Aufbau eines wichtigen Bestandteils einer
fahrzeugseitigen Einrichtung zur Verwendung in dem automatischen
Mautgebühreneinzugssystem zeigt; und
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Fig. 5 einen Schaltplan, der ein Beispiel eines speziellen Schaltkreises einer
Ausführungsform der in Fig. 4 gezeigten fahrzeugseitigen Einrichtung zeigt.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme der
Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 1 ist ein Schaltplan, der den Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer Modulations- und
Demodulationsvorrichtung gemäß der Erfindung darstellt und ein Beispiel zeigt, bei dem die
Modulations- und Demodulationsvorrichtung an einem Sender-Empfänger in einer
fahrzeugseitigen Einrichtung zur Verwendung in einem automatischen
Mautgebühreneinzugssystem (ATC) angebracht ist.
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Wie in Fig. 1 gezeigt ist, umfasst die Modulations- und Demodulationsvorrichtung des
Ausführungsbeispiels ein Mikrostreifenleitungsnetzwerk 1, einen Modulator-Demodulator 2,
einen FM-Decodierer 3, einen Vorspannungsversorgungskreis 4, eine Steuereinheit 5, eine
Demodulationssignal-Ausgangsklemme 6 und eine Sende-/Empfangsantenne 7.
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Das Mikrostreifenleitungsnetzwerk 1 umfasst eine erste Mikrostreifenleitung 8, eine zweite
Mikrostreifenleitung 9, und eine dritte Mikrostreifenleitung 10. Der Modulator-Demodulator
2 umfasst eine erste Diode 11, eine zweite Diode 12, einen ersten Induktor 13, einen zweiten
Induktor 14, einen dritten Induktor 15, einen ersten Widerstand 16, einen zweiten Widerstand
17, einen Kondensator 18, eine erste Vorspannungsversorgungsklemme 23 und eine zweite
Vorspannungsversorgungski emme 24. Der Vorspannungsversorgungskreis 4 umfasst einen
ersten Schalter 19, einen zweiten Schalter 20, einen dritten Schalter 21 und eine Energiequelle
22.
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In diesem Fall ist in dem Mikrostreifenleitungsnetzwerk 1 die Eingangsklemme an die Sende-
/Empfangsantenne 7 angeschlossen und die Ausgangsklemme ist an die Eingangsklemme des
Modulator-Demodulators, 2 angeschlossen. In dem Modulator-Demodulator 2 ist die
Ausgangsklemme an die Eingangsklemme des FM-Decodierers 3 angeschlossen und eine
Steuerklemme ist an die Ausgangsklemme des Vorspannungsversorgungskreises 4
angeschlossen. In dem FM-Decodierer 3 ist die Ausgangsklemme an die
Demodulationssignal-Ausgangsklemme 6 angeschlossen und die Steuerklemme ist an die
Steuereinheit 5 angeschlossen. Steuerklemmen des Vorspannungsversorgungskreises 4 sind
an die Steuereinheit 5 angeschlossen.
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In dem Mikrostreifenleitungsnetzwerk 1 ist die erste Mikrostreifenleitung 8 seriell mit den
Eingangs- und Ausgangsklemmen verbunden, die zweite Mikrostreifenleitung 9 ist zwischen
der Eingangsklemme und der Erdungsklemme angeschlossen, während die dritte
Mikrostreifenleitung 10 zwischen der Ausgangsklemme und der Erdungsklemme
angeschlossen ist. In dem Modulator-Demodulator 2 ist die erste Diode 11 seriell mit den
Eingangs- und den Ausgangsklemmen verbunden, die zweite Diode 12 und der Kondensator
18 sind seriell mit der Eingangsklemme und der Erdungsklemme verbunden, der erste
Induktor 13 und der erste Widerstand 16 sind seriell mit der Eingangsklemme und der ersten
Vorspannungsversorgungsklemme 23 verbunden, der zweite Induktor 14 ist zwischen der
Ausgangsklemme und der Erdungsklemme angeschlossen, und der dritte Induktor 15 und der
zweite Widerstand 17 sind seriell mit einem Anschlusspunkt der zweiten Diode 12 und dem
Kondensator 18 und der zweiten Vorspannungsversorgungsklemme 24 verbunden. In dem
Vorspannungsversorgungskreis 4 ist eine Klemme des ersten Schalters 19 über die erste
Ausgangsklemme mit der zweiten Vorspannungsversorgungsklemme 24 verbunden, eine
Klemme des zweiten Schalters 20 ist über die zweite Ausgangsklemme mit der ersten
Vorspannungsversorgungsklemme 23 verbunden, die andere Klemme des ersten Schalters 19,
die andere Klemme des zweiten Schalters 20 und eine Klemme des dritten Schalters 21 sind
miteinander verbunden, während das andere Ende des dritten Schalters 21 über die
Energiequelle 22 mit der Erdungsklemme verbunden ist, und eine Steuerklemme des ersten
Schalters 19, eine Steuerklemme des zweiten Schalters 20 und eine Steuerklemme des dritten
Schalters 21 sind mit verschiedenen Steuerklemmen der Steuereinheit 5 verbunden;
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Fig. 2 ist ein erläuterndes Schaubild, das eine Auflistung der jeweiligen EIN/AUS-Zustände
des ersten bis dritten Schalters 19 bis 21, die Versorgungszustände der Vorspannungen an die
erste und die zweite Vorspannungsversorgungsklemme 23 und 24 und die Modulations-
/Demodulationszustände in der Modulations- und Demodulationsvorrichtung des in Fig. 1
gezeigten Ausführungsbeispiels zeigt.
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Nachfolgend wird die Arbeitsweise der Modulations- und Demodulationsvorrichtung des
Ausrührungsbeispiels mit dem oben angeführten Aufbau und unter Bezugnahme auf Fig. 2
beschrieben.
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Zuerst wird die Arbeitsweise der ersten Betriebsart beschrieben, bei der durch
Amplitudenumtastung (ASK) modulierte Funkwellen von der straßenseitige Einrichtung
gesendet werden, Signalwellen von der fahrzeugseitigen Einrichtung, die mit der
Modulations- und Demodulationsvorrichtung des Ausführungsbeispiels ausgestattet ist,
empfangen werden und die ASK-Demodulation der Funkwellen ausgeführt wird.
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Bei der ersten Betriebsart wird ein Umschaltsignal von der dritten Steuerklemme der
Steuereinheit 5 an den Vorspannungsversorgungskreis 4 geliefert. Durch die Lieferung des
Umschaltsignals an den Vorspannungsversorgungskreis 4 wird der dritte Schalter 21
ausgeschaltet, wie durch Zustand A in Fig. 2 gezeigt ist. Die Spannung der Energiequelle 22,
zum Beispiel 5 V, wird durch den dritten Schalter 21 unterbrochen, so dass die
Spannungswerte an den ersten und den zweiten Ausgangsklemmen in dem
Vorspannungsversorgungskreis 4, das heißt die ersten und die zweiten
Vorspannungsversorgungsklemmen 23 und 24 im Modulator-Demodulator 2, auf Null
Vorspannung übergehen. Die erste Diode 11 und die zweite Diode 21 im Modulator-
Demodulator 2 haben ebenfalls Null Vorspannung. Zu dem Zeitpunkt, an dem das von der
straßenseitigen Einrichtung gesendete ASK-modulierte Signal durch die Sende-
/Empfangsantenne 7 empfangen wird, wird das Empfangssignal über das
Mikrostreifenleitungsnetzwerk 1 an den Modulator-Demodulator 2 geliefert. Ein ASK-
moduliertes Signal wird durch die erste Diode 11 mit Null Vorspannung im Modulator-
Demodulator 2 demoduliert, wodurch ein demoduliertes Signal erhalten wird. Danach wird
das demodulierte Signal an den FM-Decodierer 3 geliefert. Ein codiertes Signal im
demodulierten Signal wird durch den FM-Decodierer 3 decodiert und das ursprüngliche
Signal wird reproduziert. Das ursprüngliche Signal wird über die Demodulationssignal-
Ausgangsklemme 6 an einen nicht gezeigten angenommenen Schaltkreis geliefert.
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Nachfolgend wird die Arbeitsweise der zweiten Betriebsart beschrieben, bei der das
Trägersignal von der straßenseitigen Einrichtung gesendet wird, das Trägersignal von der
fahrzeugseitigen Einrichtung, die mit der Modulations- und Demodulationsvorrichtung des
Ausführungsbeispiels ausgestattet ist, empfangen wird, die Modulation durch
Phasenumtastung (PSK) des empfangenen Trägersignals ausgeführt wird, und das erhaltene
PSK-modulierte Signal gesendet wird.
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In der zweiten Betriebsart werden sowohl ein Modulationssignal, das entsprechend der von
der ersten und der zweiten Steuerklemme der Steuereinheit 5 gesendeten binären
Modulationssignale wechselt, und das Umschaltsignal der dritten Steuerklemme der
Steuereinheit 5 an den Vorspannungsversorgungskreis 4 geliefert. Durch die Lieferung der
Modulationssignale und des Umschaltsignals wird im Vorspannungsversorgungskreis 4
entweder der in Fig. 2 gezeigte Zustand B, bei dem der erste Schalter 19 AN ist, der zweite
Schalter 20 AUS ist und der dritte Schalter 21 EIN ist, oder der Zustand C, bei dem der erste
Schalter 19 AUS ist, der zweite Schalter 20 AN ist und der dritte Schalter 21 AN ist, erlangt.
Das Umschalten zwischen den Zuständen B und C wird entsprechend des binären
Modulationssignals durchgeführt. Wenn das binäre Modulationssignal einen der Werte
aufweist, wird in den Zustand B umgeschaltet. Wenn das binäre Modulationssignal den
anderen Wert aufweist, wird in den Zustand C umgeschaltet. Im Zustand B wird die
Spannung der Energiequelle 22 des Vorspannungsversorgungskreises 4, zum Beispiel 5 V,
über den ersten Schalter 19, der AN ist, an die zweite Vorspannungsversorgungsklemme 24
geliefert und die Spannung wird durch den zweiten Schalter 20, der AUS ist, unterbrochen
und Null Vorspannung wird an die erste Vorspannungsversorgungsklemme 23 geliefert.
Folglich wird die Spannung von 5 V von der zweiten Vorspannungsversorgungsklemme 24 als
eine Vorwärtsvorspannung an der ersten Diode 11 und der zweiten Diode 12 angelegt, so dass
sowohl die erste Diode 11 als auch die zweite Diode 12 eingeschaltet werden. Im Zustand C
wird die Spannung der Energiequelle 22 des Vorspannungsversorgungskreises 4, zum
Beispiel 5 V, über den zweiten Schalter 20, der AN ist, an die erste
Vorspannungsversorgungsklemme 23 geliefert und die Spannung wird durch den ersten
Schalter 19, der AUS ist, unterbrochen, so dass Null Vorspannung an die zweite
Vorspannungsversorgungsklemme 24 geliefert wird. Folglich wird die Spannung von 5 V von
der ersten Vorspannungsversorgungsklemme 23 als eine Vorwärtsvorspannung nur an der
ersten Diode 11 angelegt, so dass die erste Diode 11 eingeschaltet ist und die zweite Diode 12
ausgeschaltet ist.
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Wenn das von der straßenseitigen Einrichtung gesendete Trägersignal durch die Sende-
/Empfangsantenne 7 empfangen wird, wird das Empfangssignal über das
Mikrostreifenleitungsnetzwerk 1 an den Modulator-Demodulator 2 geliefert. Befindet sich der
Modulator-Demodulator 2 im Zustand B, das heißt, wenn die Vorwärtsspannung von 5 V an
der ersten Diode 11 und der zweiten Diode 12 anliegt und die erste Diode 11 und die zweite
Diode 12 AN sind, wird das an den Modulator-Demodulator 2 gelieferte Trägersignal bei
einer Phasenverschiebung um 0º vom Modulator-Demodulator 2 vollständig reflektiert.
Befindet sich der Modulator-Demodulator 2 hingegen im Zustand C, das heißt, wenn die
Vorwärtsspannung von 5 V an der ersten Diode 11 angelegt ist und nur die erste Diode 11 AN
ist, wird das an den Modulator-Demodulator 2 gelieferte Trägersignal bei einer
Phasenverschiebung um 180º vom Modulator-Demodulator 2 vollständig reflektiert. Folglich
wird aus dem durch den Modulator-Demodulator 2 reflektierten Trägersignal ein PSK-
Modulationssignal, das PSK-moduliert wurde. Das erhaltene PSK-Modulationssignal wird
über das Mikrostreifenleitungsnetzwerk 1 an die Sende-/Empfangsantenne 7 übertragen und
von der Sende-/Empfangsantenne 7 gesendet.
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Wie bereits zuvor erwähnt, wird die vom Vorspannungsversorgungskreis 4 erzeugte
Vorspannung unterbrochen, wenn die empfangenen Funkwellen einschließlich des ASK-
Modulationssignals in der Modulations- und Demodulationsvorrichtung des
Ausführungsbeispiels demoduliert werden, um dadurch sowohl die erste Diode 11 als auch
die zweite Diode 12 im Modulator-Demodulator 2 auszuschalten, und das empfangene ASK-
Modulationssignal wird durch die erste Diode 11 ASK-demoduliert, wodurch eine ASK-
Demodulationsausgabe erhalten wird. Bei der Modulation des empfangenen Trägersignals
wird entsprechend des binären Modulationssignals eine bestimmte Vorspannung (zum
Beispiel 5 V) oder Null Vorspannung von dem Vorspannungsversorgungskreis 4 erzeugt. Das
Umschalten der Schaltzustände zwischen dem Einschalten der ersten Diode 11 und der
zweiten Diode 12 im Modulator-Demodulator 2 und dem Einschalten von nur der ersten
Diode 11 wird in Entsprechung der zwei Vorspannungen durchgerührt. Entsprechend der
Schaltvorgänge für die EIN-Zustände der ersten und/oder zweiten Diode 11 bzw. 12 wird das
PSK-Modulationssignal erzeugt. Das erhaltene PSK-Modulationssignal wird vom Modulator-
Demodulator 2 reflektiert und gesendet. Das bedeutet, dass der Modulator-Demodulator 2
zusätzlich zur ersten Diode 11 neu mit der zweiten Diode 12 versehen wird. Zum Zeitpunkt
der Demodulation der Signalwellen werden sowohl die zweite Diode 12 als auch die erste
Diode 11 ausgeschaltet. Zum Zeitpunkt der Modulation der Signalwellen wird entsprechend
des binären Modulationssignals zwischen dem Einschalten sowohl der ersten Diode 11 als
auch der zweiten Diode 12 und dem Einschalten von nur der ersten Diode 11 geschaltet.
Folglich ist die zum Zeitpunkt der Demodulation von Signalwellen die von der ersten Diode
11 verbrauchte Energie beim Demodulieren des ASK-Modulationssignal reduziert, so dass die
ASK-Demodulation mit hoher Effizienz ausgeführt werden kann. Des Weiteren ist die von
der ersten Diode 11 und der zweiten Diode 12 zum Zeitpunkt der Modulation von
Signalwellen verbrauchte Energie beim Ausführen der PSK-Modulation reduziert, so dass die
PSK-Modulation mit hoher Effizienz ausgeführt werden kann.
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Wenngleich der Fall, in dem die Modulations- und Demodulationsvorrichtung für einen
Sender-Empfänger an der fahrzeugseitigen Einrichtung zur Verwendung in dem
automatischen Mautgebühreneinzugssystem verwendet wird, als Beispiel in der vorerwähnten
Ausführungsform beschrieben wurde, ist die Modulations- und Demodulationsvorrichtung der
Erfindung nicht auf den Anwendungsfall beschränkt, bei dem sie für Sender-Empfänger der
fahrzeugseitigen Einrichtung zur Verwendung in dem automatischen
Mautgebühreneinzugssystem verwendet wird, sondern kann auch für einen Sender-Empfänger
anderer Systeme verwendet werden, unter der Voraussetzung, dass der Sender-Empfänger
dem oben erwähnten Sender-Empfänger gleicht.
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In der vorerwähnten Ausführungsform wurde das Beispiel beschrieben, in dem das
Mikrostreifenleitungsnetzwerk 1 die drei Mikrostreifenleitungen der ersten bis dritten
Mikrostreifenleitung 8 bis 10 umfasst. Es ist offensichtlich, dass das
Mikrostreifenleitungsnetzwerk gemäß der Erfindung nicht auf ein
Mikrostreifenleitungsnetzwerk beschränkt ist, welches drei Mikrostreifenleitungen umfasst,
sondern auch ein Mikrostreifenleitungsnetzwerk, das vier oder mehr Mikrostreifenleitungen
umfasst, verwendet werden kann.
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Des Weiteren wurde in der vorerwähnten Ausrührungsform das Beispiel beschrieben, in dem
die vom Vorspannungsversorgungskreis 4 erzeugte Vorspannung 5 V beträgt. Die gemäß der
Erfindung vom Vorspannungsversorgungskreis 4 erzeugte Vorspannung ist nicht auf 5 V
beschränkt. Es ist offensichtlich, dass auch eine Vorspannung mit einem anderen Wert als 5 V
verwendet werden kann.
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Wie zuvor erwähnt, ist der Modulator-Demodulator gemäß der Erfindung zusätzlich zur
ersten Diode mit einer zweiten Diode versehen. Zum Zeitpunkt der Demodulation der
Signalwellen werden sowohl die erste als auch die zweite Diode ausgeschaltet. Zum Zeitpunkt
der Modulation der Signalwellen werden sowohl die erste als auch die zweite Diode
eingeschaltet und der Schaltvorgang für das Einschalten von nur der ersten Diode findet in
Entsprechung des binären Modulationssignals statt. Folglich ergeben sich Effekte, wie
beispielsweise, dass zum Zeitpunkt der Demodulation von Signalwellen die erste Diode beim
Demodulieren des ASK-Modulationssignals weniger Energie verbraucht, so dass die ASK-
Demodulation mit hoher Effizienz durchgeführt werden kann. Die zum Zeitpunkt der
Modulation von der ersten und zweiten Diode verbrauchte Energie beim Ausführen der PSK-
Modulation ist entsprechend reduziert, so dass die PSK-Modulation mit hoher Effizienz
ausgerührt werden kann.