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Die
Erfindung betrifft einen Nummerngenerator zur Verwendung bei der Übertragungskanal-Modellierung
in Satellitennavigations- und Mobilfunksystemen, bei der die Signalechos
in ihrer Anzahl und spektralstatistisch nachgebildet werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Nummerngenerator zur Verwendung bei
der Nachbildung von Satellitennavigations- oder Mobilfunkkanälen so auszulegen, dass Echos
nicht allein durch ein zufälliges
Auswürfeln
nachgebildet werden, sondern auch eine zeitliche Kohärenz, also
die zeitliche Abhängigkeit
zwischen den Positionen bei einer Fortbewegung berücksichtigt
wird.
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Gemäß der Erfindung
ist dies bei einem Nummerngenerator nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 dadurch erreicht, dass das Spektrum über dem Ort der abgetasteten
Signale in zwei Anteile zerlegt wird, von denen der eine Anteil
ein spektraler Schmalbandprozess hoher Leistung und der andere Anteil
ein spektraler Breitbandprozess niedrigerer Leistung ist. Ferner
wird eine Leistungsskalierung sowie eine lineare additive Überlagerung
dieser beiden Prozesse vorgenommen. Ferner kann der Breitbandprozess
durch eine Filterung von weißem
Rauschen realisiert werden.
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Eine
wichtige Eigenschaft des Kanals besteht darin, die Anzahl der Reflektionen
statistisch zu erzeugen. In einem Kanalmodell eines Satellitensignals
ergeben sich Situationen, in der sehr viele Reflektionen vorliegen.
Auch ist es sehr unwahrscheinlich, dass beispielsweise eine Millisekunde
später wieder
eine Situation vorgefunden wird, in der nur sehr wenige Reflektionen
vorliegen. Die Szenerie ändert
sich nicht so schnell.
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Die
Anzahl Echos ist eine Eigenschaft der Szenerie. Deshalb gibt es
eine zeitliche Kohärenz, d.h.
eine zeitliche Abhängigkeit
zwischen den Positionen. Wie viele Meter müssen gefahren werden, um eine
nennenswerte Änderung
zu bekommen. Das ist die Besonderheit des erfindungsgemäßen Nummerngenerators.
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Um
einen solchen Nummerngenerator zu programmieren, wurde die zeitliche
Kohärenz
der Signale betrachtet. Dabei wurde die Anzahl der Echos über dem
Weg als Signal aufgefasst. Durch Fouriertransformation dieses Signals
wurde festgestellt, dass ein Spektrum erhalten wird, das aus zwei
Anteilen besteht. Der eine Anteil ist sehr schmalbandig und der
andere ist breitbandig. Dies heißt aber nichts anderes, als
dass es einen Prozess gibt, der sich sehr langsam verändert, d.h.
eine gewisse Trift hat. Der zweite verhältnismäßig sehr breitbandige Anteil des
Prozesses ändert
sich dagegen sehr schnell. Das Ergebnis ist eine Prozessüberlagerung.
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Es
gibt immer eine sich sehr langsam ändernde Anzahl von Echos, bei
denen sich von einer Millisekunde zur nächsten nur einige wenige Werte ändern. Das
liegt an der sehr unterschiedlichen Leistung dieser Prozesse. Der
Breitbandprozess hat daher auch eine wesentlich geringere Leistung
als der Schmalbandprozess. Wie schon ausgeführt, besteht eine gewisse zeitliche
Kohärenz,
daher muss die zeitliche Abfolge eines solchen Prozesses nachgebildet
werden.
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Zur
Realisierung eines solchen Nummerngenerators wird das Spektrum über dem
Ort der abgetasteten Signale bestimmt. Hierzu wird das Spektrum in
zwei Teile zerlegt. Der ein Teil ist ein Schmalbandprozess, der
in vorteilhafter Weise durch die in
DE 199
42 208 und
DE 198 08
951 beschriebenen Verfahren sehr gut aproximiert werden
kann.
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Der
schmalbandige Prozess liefert mit seiner verhältnismäßig hohen Leistung den Hauptteil
des Signals, der sich allerdings sehr langsam ändert. Hinzuaddiert wird der
Breitbandprozess, der sich sehr schnell, jedoch mit geringerer Leistung ändert.
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Die
Prozesse werden natürlich
erzeugt, in der Leistung skaliert und dann linear überlagert.
Damit wird am Ende ein Prozess erhalten, nämlich das Überlagern des schmalbandigen
und des breitbandigen Teils oder des langsamen und des schnellen Teils.
Die beiden Teile werden addiert und das Ergebnis ist ein Prozess,
dessen Spektrum das gleiche Spektrum wiedergibt wie das des beobachteten
Signals.
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Der
Schmalbandprozess kann, wie bereits ausgeführt, problemlos mit Hilfe der
beiden vorstehend zitierten deutschen Patente realisiert werden. Hierzu
braucht bei den beiden bekannten Verfahren die Zeit s nur durch
den Weg ersetzt zu werden. Es muss eine Fouriertransformation bezüglich der
Zeit durchgeführt
werden. Hierdurch wird ein Raumfrequenzspektrum erhalten.
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Dieses
Raumfrequenzspektrum ist die Fouriertransformierte der Ortsfunktion
bezüglich
des Ortes und nicht bezüglich
der Zeit. Die örtliche
Erzeugung des Ausgangssignals des Schmalbandprozesses ist bei der
vorgeschlagenen Überlagerung
ein Sinus. Bei den Verfahren in den beiden vorstehend angeführten Patenten
ergeben sich hierbei keinerlei Probleme, weil nur die Zeit durch
einen Ort ersetzt werden muss.
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Bei
dem Breitbandsystem ist diese Methode nicht besonders gut; dies
hängt damit
zusammen, dass es eine große
Anzahl Linien gibt. Wenn jetzt ein sehr breites Spektrum vorliegt, müssen sehr
viele Linien berücksichtigt
werden; hierin liegt das Problem dieses Verfahrens.
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Um
aber das Signal dennoch erzeugen zu können, wird Weißes Gaußsches Rauschen
wie bei einem herkömmlichen
Zufallsgenerator erzeugt. Es wird einfach gewürfelt und das Ergebnis durch
ein Filter geschickt. Dieses Filter hat das Spektrum des Breitbandprozessors
und ist insofern sehr breitbandig farbig.
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Das
Problem ist, dass dieser Prozess nur durch die Zeit getriggert werden
kann. Es kann sich also nur eine zeitliche Abfolge ergeben. Es wird
nunmehr mit einem der Standardverfahren ein neuer Zufallswert gewürfelt, der
vom ersten unabhängig
wird. Dieser Wert wird dann dem Filter zugeführt, in welchem weißes Rauschen
hinzukommt. Dieser Vorgang ist zeitabhängig, d.h. die Ortsabhängikeit
muss später über die
Interpolation in der Zeit kommen. Da immer nur zu einem Zeitpunkt
gewürfelt
werden kann, muss durch Interpolation über den Ort der richtige Wert
herausgelesen werden. Damit ergibt sich der genaue Ortsbezug.
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Die
leistungsrichtige Überlagerung
dieser beiden Prozesse gibt dann am Ende den Prozess wieder, der
dem beobachteten sehr gut entspricht. Der simulierte Prozess hat
die gleichen zeitlichen Kohärenzeigenschaften
wie der gemessene Vorgang. Diese weitgehende Übereinstimmung zwischen den gemessenen
und den simulierten Werten ist das entscheidende Ergebnis.