DE894577C - Einrichtung zur drahtlosen Mehrkanaluebertragung - Google Patents

Description

• Einrichtung zur drahtlosen Mehrkanalübertragung Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur drahtlosen Mehrkanalübertragung, bei der die einzelnen ursprünglichen Niederfrequenzkanäle durch Mischung mit Hilfsfrequenzen (Überlagerungsfrequenzen) in nebeneinanderliegende Mittelfrequenzbänder verlagert werden und die Trägerfrequenz mit diesen Mittelfrequenzbändern frequenzmoduhert wird. Zweck der Erfindung ist die Einsparung von Mittelfrequenzfiltern im Empfänger. Bei einer Verbesserung der Erfindung lassen sich ferner die Niederfrequenzfilter vereinfachen.
• Zunächst soll die obengenannte bekannte Mehrkanalübertragung kurz beschrieben werden. Es mögen fünf Kanäle von je o bis 4ooo Hz gegeben sein. Sie werden durch Mischung mit Hilfsfrequenzen z. B. in das Frequenzband von 2o bis qo kHz verlagert, nämlich in die Bänder 2o bis 2q., 24 bis 28, 28 bis 32, 32 bis 36 und 36 bis q.o kHz. Das gesamte Frequenzband ist hierbei so gelegt, daß die zweite Harmonische der tiefsten Frequenz, nämlich 2 - 20 = 40 kHz, nicht in das Nutzfrequenzband fällt, sondern gerade an die Grenze (oder darüber). Die Mittelfrequenzbänder werden gemeinsam verstärkt und frequenzmodulieren die Trägerfrequenz. Im Empfänger wird die empfangene Hochfrequenz demoduliert, und die erhaltenen Mittelfrequenzbänder werden durch Filter voneinander getrennt und die einzelnen Bänder durch Mischung mit Hilfsfrequenzen wieder in die ursprünglichen Niederfrequenzen zurückverwandelt. Die zur Trennung der Mittelfrequenzbänder erforderlichen Filter müssen eine große Flankensteilheit besitzen, was einen beträchtlichen Aufwand erfordert. Zur Vermeidung dieser Filter wird erfindungsgemäß der Abstand der Mittelfrequenzkanäle voneinander mindestens gleich der Kanalbreite bemessen und entweder die doppelte tiefste Mittelfrequenz mindestens gleich der höchsten Mittelfrequenz gewählt, oder es werden die tiefste Mittelfrequenz, und die Abstände der Mittelfrequenz so gewählt, daß die Oberwellen der Mittelfrequenzen zum Teil zwischen die Mittelfrequenzkanäle fallen, und zwar so, daß sie jeweils vom nächsthöheren Mittelfrequenzkanal einen Abstand von Kanalbreite haben.
• Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Beispielen und den zugehörigen Abb. i bis 6 erläutert. Bei der Anwendung auf das obengenannte Beispiel mit fünf Kanälen ergibt sich für den Fall, daß der Abstand der Mittelfrequenzkanäle voneinander gerade gleich der Kanalbreite bemessen ist und daher also die beanspruchte Bandbreite doppelt so groß geworden ist (Kanalbreite + je ein halber Abstand auf beiden Seiten) 4o bis 44 kHz 48 - 52 kHz 56 - 66 kHz (i) 64 - 68 kHz ' 72 - 76 kHz In diesem Beispiel (Abb. i) ist die erwähnte Bedingung, daß die doppelte tiefste Frequenz (9,- 40 = 8o kHz) mindestens gleich der höchsten Mittelfrequenz (76 kHz) bemessen ist, erfüllt. Man kann jedoch erreichen, daß die doppelte tiefste Frequenz gerade gleich der höchsten Frequenz ist. Dann liegt das gesamte Frequenzband tiefer, was bezüglich der störbefreienden Wirkung der Frequenzmodulation günstiger ist, worauf weiter unten noch näher eingegangen wird. Man muß nämlich berücksichtigen, daß die beanspruchte Bandbreite der beiden außenliegenden Kanäle nicht das Doppelte, sondern das i,5fache der eigentlichen Kanalbreite ist (Abb. 2) 36 bis 40 kHz 44 - 48 kHz 52 - 56 kHz (2) 6o - 64 kHz 68 - 72 kHz Die zugehörigen Hilfsfrequenzen (Überlagerungsfrequenzen) im Sender und Empfänger sind immer gleich der jeweils tiefsten Frequenz der Kanäle, also in diesem Beispiel gleich 36, 44, 52, 6o und 68 kHz. Die Mischung z. B. mit der Hilfsfrequenz 44 kHz hat im Empfänger die nachstehenden Frequenzen zur Folge:

  Kanal .......... i 2 3 4 5

  Frequenzband ... 8 bis 4 o bis 4 8 bis 12 16 bis 24 24 bis 28 kHz

  Nur der zweite Kanal fällt in den Hörbereich. Alle über 4 kHz liegenden Frequenzen werden im Niederfrequenzteil des zu diesem zweiten Kanal gehörigen Empfängers unterdrückt. Besondere Mittelfrequenzfilter sind also nicht erforderlich. In gleicher Weise kann jeder andere Kanal allein durch die entsprechende Hilfsfrequenz herausgehoben werden. In diesen beiden Beispielen ist allerdings ein Niederfrequenzfilter (oder mehrere Niederfrequenzfilter in Kaskade) mit großer Flankensteilheit erforderlich, weil unmittelbar neben dem Nutzfrequenzband von o bis 4 kHz unerwünschte Mischfrequenzen (Kombinationsfrequenzen) liegen. Dies läßt sich vermeiden, wenn man den Abstand zwischen den Kanälen noch größer bemißt, z. B. gleich der doppelten Kanalbreite. Dann muß allerdings das ganze Frequenzband höher gelegt werden, damit die zweite Harmonische wieder mindestens gleich der höchsten Frequenz ist (Abb. 3) 6o bis, 64 kHz 72 - 76 kHz 84 - 88 kHz (3) 96 - ioo kHz io8 - in kHz Die zugehörigen Hilfsfrequenzen im Sender und Empfänger sind 6o, 72, 84, 96 und io8 kHz. Die Mischung z. B. mit der Hüfsfrequenz 72 kHz hat im Empfänger folgende Frequenzen zur Folge:

  Kanal .......... i 2 3 4 5

  Frequenzband ... 12 bis 8 o bis 4 12 bis 16 24 bis 28 36 bis -40 kHz

  Der Abstand der höchsten Nutzfrequenz (4 kHz) von der tiefsten unerwünschten Frequenz (8 kHz) ist dann gleich 4 kHz, also gleich der Kanalbreite. Daher kommt man im Niederfrequenzteil mit einfachen Widerstandskapazitätsfiltern aus.
• Das Beispiel 3 (Abb.3) entspricht bezüglich des Verhältnisses der tiefsten zur höchsten Frequenz dem Beispiel i. Wenn man nun das dem Beispiel 2 entsprechende Beispiel aufstellen will, so ist zu beachten, daß die doppelte tiefste Frequenz nicht gleich der höchsten Frequenz sein darf, sondern 'sie muß noch um eine Kanalbreite darüber liegen, weil wie beim Beispiel 3 verlangt werden muß, daß die unerwünschten Frequenzen um die Kanalbreite von den Nutzfrequenzen entfernt liegen. Diese Bedingung wird von folgendem Beispiel erfüllt (Abb. 4) 56 bis 6o kHz ' 68 - 72 kHz 8o - 84 kHz (4) 92 - 96 kHz 104 - io8 k$z Die Harmonische 2 - 56 = 112 kHz liegt um eine Kanalbreite von 4 kHz höher als die höchste Frequenz von io8 kHz.
• Oben wurde bereits erwähnt, daß die störbefreiende Wirkung der Frequenzmodulation um so mehr verschlechtert wird, je höher das Nutzfrequenzband liegt. Dementsprechend muß der Frequenzhub und damit die Senderleistung erhöht werden, um wieder die gleiche Störbefreiung wie bei Einkanalübertragung ohne Verlagerung des Frequenzbandes zu erhalten. Nachfolgend geschilderte Ausführungsform der Erfindung weist in dieser Beziehung eine Verbesserung auf, wie weiter unten begründet werden soll. Diese Verbesserung geht von der Überlegung aus, daß es nicht notwendig ist, daß alle Oberwellen oberhalb des gesamten Nutzfrequenzbandes liegen müssen, sondern sie können zum Teil auch zwischen den Kanälen liegen. In den beiden folgenden Beispielen liegen die Oberwellen jedoch um die Kanalbreite (4 kHz) von den Kanälen entfernt, so daß wie in den Beispielen 3 und 4 nach der Verlagerung die unerwünschten Frequenzen oberhalb 8 kHz liegen, also um 4 kI3z oberhalb der höchsten Nutzniederfrequenz von 4 kHz. Im ersten der beiden folgenden Beispiele (Abb. 5) liegt die untere Frequenz (32 kHz) wesentlich tiefer als in den vorigen Beispielen 3 und 4. Dafür muß jedoch die obere Frequenz sehr hoch liegen (15o kHz).

  Kanäle Kanalabstand

  32 bis 36

  44 - 48 6

  56 - 6o 8

  8o - 84 20 (5)

  68

  152 - 156

  Die Oberwellen fallen zum Teil zwischen die Kanäle und zum Teil darüber, wie nachfolgende Aufstellung zeigt, in der mit f die jeweilige Grundfrequenz bezeichnet ist.
• Das Band 32 bis 36 kHz hat folgende Oberwellen: 2 f ..... 64 bis 72 kHz 3 f ..... 96 - 1o8 kHz 4 f ..... 128 - 144 kHz 5 f ..... 16o - 18o kHz Das Band 55 bis 48 kHz hat folgende Oberwellen: 2 f ..... 88 bis 96 kHz 3 f ..... 132 - 144 kHz 4 f ..... 176 - 192 kHz Das Band 56 bis 6o kHz hat folgende Oberwellen: 2 f ..... 112 bis 12o kHz 2 f ..... 168 - 18o kHz Vom Band 8o bis 84 kHz ist nur noch die Oberwelle 2 f ..... 16o bis 168 kHz zu betrachten.
• Im folgenden Beispiel 6 (Abb.6) ist die untere Frequenz nicht so tief gelegt. Dafür kann die obere Frequenz wesentlich tiefer als im letzten Beispiel 5. liegen. Dies ist für die Störbefreiung bzw. den Leistungsaufwand beim Sender für gleichbleibende Störbefreiung günstiger. Kanäle Kanalabstand 44 bis 48 8 56 - 6o 8 68 - 72 8 (6) 8o - 84 20 104 - 108 Die Oberwellen liegen, wie aus obiger Aufstellung ersichtlich ist, in diesem Beispiel zwischen 88 und 96 kHz und über 112 kHz.
• Durch Aufstellung zahlreicher Beispiele gelangt man zu folgender Formel für die günstigste Kanalverteilung bei vier bis sechs Kanälen, in der cok.in die jeweils tiefste Frequenz der einzelnen Kanäle, km.. die Ordnungszahl des obersten Kanals und a) die Kanalbreite sind. Für u sind für die einzelnen Kanäle alle ganzen Zahlen von Null bis (km", -2) und für den obersten Kanal seine Ordnungszahl km"" einzusetzen (Okmin- 13 (kmax + u - I) - Il 4 C0.
• Bezüglich der obenerwähnten Verschlechterung der Störbefreiung bzw. der erforderlichen Erhöhung des Frequenzhubes und damit der Senderleistung ist auf folgendes hinzuweisen. Bei Frequenzmodulation mit einem bei höheren Frequenzen liegenden Kanal gleicher Breite wie bei dem ursprünglichen Sprechkanal braucht der Modulationshub nicht im gleichen Verhältnis (mit gleichbleibendem Modulationsindex) anzusteigen, sondern der Modulationsindex kann dann kleiner sein, um dasselbe Verhältnis von Nutz- zu Störpegel zu erhalten. Dies kommt daher, daß der Frequenzbereich von Null bis zur unteren Frequenz des Frequenzbandes nicht zur Störung beiträgt.
• Es soll nun gezeigt werden, wie sich beurteilen läßt, welches der oben angegebenen Beispiele am günstigsten ist. Mit der folgenden Formel kann man berechnen, wie groß für jeden Kanal mit der Ordnungszahl k der größte Frequenzhub hkmax sein muß, damit das Verhältnis von Nutzpegel zu Störpegel gleich groß wie bei der Einkanalübertragung (unverlagerter Kanal) ist. hamax ist der größte Frequenzhub bei Einkanalübertragung. Mit cvkmin ist die untere Frequenz des jeweiligen Kanals und mit d c) die Kanalbreite bezeichnet: Nach Berechnung der einzelnen maximalen Frequenzhübe h" für die verschiedenen Kanäle müssen diese maximalen Frequenzhübe zusammengezählt werden, da im ungünstigsten Falle alle Maxima in der gleichen Richtung zeitlich zusammenfallen. Das Ausführungsbeispiel, bei dem der gesamte Frequenzhub am kleinsten ist, ist am günstigsten, weil dann die erforderliche Senderleistung entsprechend klein ist.
• Nachfolgende Tabelle zeigt das Ergebnis der Berechnung nach der genannten Formel der Reihe nach: erstens für die anfangs erwähnte bekannte Kanalverteilung ohne Abstand der Kanäle, zweitens für Beispiel 4 und drittens für Beispiel 6;

  Kanal .......... 1 2 3 4 5 1 bis 5

  Bandbreite ..... 2o bis 24 24 bis 28 28 bis 32 32 bis 36 36 bis 40 2o bis 40 kHz

  hxmax

  '.........

  9,5 11,3 13 14,8 16,5 65,1

  homax

  Bandbreite ..... 56 bis 6o 68 bis 72 8o bis 84 92 bis 96 104 bis Tob 56 bis Tob kHz

  hxmax 25,1 30,4 35,5 40,8 46 177,8

  homax ........... Bandbreite ..... 44 bis 48 56 bis 6o 68 bis 72 8o bis 84 104 bis Tob 44 bis Tob kHz

  hkmax 20 25,1 30,4 - 35,5 46 157

  homax " '........

  Man sieht, daß der gesamte maximale Hub in diesen drei Fällen gleich 65,1 und 177,8 und 157 ist. Von den letzten beiden Vorschlägen ist also der letzte Vorschlag (Beispiel 6) am günstigsten. Der Freqüenzhub muß um das 157/65,1 = 2,4fache gegenüber der bekannten Verteilung erhöht werden. Man kann hieraus den Mehrbedarf an Senderleistung berechnen. Unter der statistischen Voraussetzung, daß meist nicht mehr als 40 °/o des maximalen Gesamthubes auftreten wird, muß die Leistung des Senders beim bekannten kontinuierlichen Frequenzband 2o bis 4o kHz um das 8,5fache und beim Beispiel 6 um das 16fache gegen die- des Einkanalsenders erhöht werden. Die Leistung muß also ungefähr verdoppelt werden. Diese Erhöhung der Senderleistung wird aber meist einfach nur durch eine Vergrößerung der Senderendstufe möglich sein. Dafür werden aber die ganzen flankensteilen Mittelfrequenzfilter der Empfänger eingespart und das Niederfrequenzfilter vereinfacht.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur drahtlosen Mehrkanalübertragung, bei der die einzelnen ursprünglichen Niederfrequenzkanäle durch Mischung mit Hilfsfrequenzen in nebeneinanderliegende Mittelfrequenzbänder verlagert werden und die Trägerfrequenz mit diesen Mittelfrequenzbändern frequenzmoduliert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Mittelfrequenzfiltern in den Empfängern der Abstand der Mittelfrequenzkanäle voneinander mindestens gleich der Kanalbreite bemessen ist und daß entweder die doppelte tiefste Mittelfrequenz mindestens gleich der höchsten Mittelfrequenz gewählt ist oder daß die tiefste Mittelfrequenz und die Abstände der Mittelfrequenzkanäle voneinander so gewählt sind, daß die Oberwellen der Mittelfrequenzen zum Teil zwischen die Mittelfrequenzkanäle fallen, und zwar so, daß sie jeweils vom nächsthöheren Mittelfrequenzkanal den Abstand einer Kanalbreite haben.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung einer großen Flankensteilheit des Niederfrequenzfilters der Empfänger der Abstand der Mittelfrequenzkanäle voneinander etwa gleich der doppelten Kanalbreite bemessen ist und daß entweder die doppelte tiefste Mittelfrequenz etwa um die Kanalbreite größer als die höchste Mittelfrequenz gewählt ist oder daß die tiefste Mittelfrequenz und die Abstände der Mittelfrequenzkanäle voneinander so gewählt sind, däß die Oberwellen der Mittelfrequenzen zum Teil zwischen die Mittelfrequenzkanäle fallen, und zwar so, daß sie jeweils vom nächsttieferen Mittelfrequenzkanal etwa den Abstand einer Kanalbreite -und vom nächsthöheren Mittelfrequenzkanal etwa den doppelten Abstand haben.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalverteilung bei vier bis sechs Mittelfrequenzkanälen durch die Formel 0)xmin'= 3 (kmax + u ` 1) - = d a) gegeben ist, wobei cokmin die jeweils tiefste Frequenz der einzelnen Kanäle, kmax die Ordnungszahl des obersten Kanals, dco die Kanalbreite ist und für u der Reihe nach für die einzelnen Kanäle alle ganzen Zahlen von Null bis (km", = 2) einzusetzen sind und für den obersten Kanal seine Ordnungszahl km", einzusetzen ist.