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Ausführungsbeispiele
gemäß der vorliegenden
Erfindung betreffen eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Datenstroms,
ein Verfahren zum Erzeugen eines Datenstroms, einen Satellitenempfänger bzw. ein
Satellitenempfänger
Front-End (Eingangsstufe bzw. „vorderes
Ende”)
zum Empfangen eines Empfangssignals und zum Bereitstellen von Datenpaketen,
ein System zum Übertragen
von Datenpaketen sowie ein Computerprogramm zum Ausführen des vorgenannten
Verfahrens.
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Vorrichtungen
bzw. Verfahren gemäß einigen
Ausführungsbeispielen
können
beispielsweise in Satellitennavigationsempfängern bzw. deren zugehörigen Front-Ends
eingesetzt werden, die über
eine asynchrone Schnittstelle verfügen, die aufgrund der begrenzten Übertragungskapazität keine
bidirektionale Übertragung
erlaubt.
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Satellitenempfänger wurden
ursprünglich
zur Positionsbestimmung und Navigation im militärischen Bereich, beispielsweise
bei Waffensystemen, Kriegsschiffen und Flugzeugen eingesetzt. Heute werden
Satellitenempfänger
jedoch vermehrt auch im zivilen Bereich genutzt, beispielsweise
in der Seefahrt, in der Luftfahrt, durch Navigationssysteme im Auto,
zur Orientierung im Freizeitbereich, im Vermessungswesen, in der
Landwirtschaft, im Leistungssport und zum Einsatz in Mobiltelefonen.
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Beispielsweise
erlauben die Genauigkeiten von Satellitenempfängern heute in der zivilen
Luftfahrt sogar automati sche Landungen, sofern die Mittellinien
der Landebahn vorher genau vermessen wurden. Ein weiteres verbreitetes
Einsatzgebiet ist das Flottenmanagement von Verkehrsbetrieben und das
Transportwesen zu Land und auf Wasser oder See. Sind die Fahrzeuge
oder die Schiffe beispielsweise mit einem Satellitenempfänger ausgestattet, so
hat die Zentrale jederzeit einen Überblick über den Standort der Fahrzeuge
bzw. der Schiffe und kann bei Störungen
sofort eingreifen. Eingesetzt werden Satellitenempfänger beispielsweise
auch im Auto, um mit einer umfangreichen Landkarten- und Stadtplansoftware
beispielsweise mittels akustischer Richtungsanweisungen an den Fahrer
ihm den Weg zum gewünschten
Zielort zu weisen. In letzter Zeit ist der Einsatz von Satellitenempfängern auf
PDA-Systemen (Persönlichen
Digitalen Assistenzsystemen), PNA-Systemen (Persönlichen Navigations-Assistenzsystemen)
und in Mobilfunktelefonen stark gewachsen. Diese können beispielsweise
flexibel in verschiedenen Fahrzeugen schnell eingesetzt werden.
Meist wird die Routenführung
graphisch auf einem Farbbildschirm und mit interaktiver Eingabe
dargestellt.
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Die
Verbreitung der Satellitenempfangsgeräte ist auch insbesondere im
Hinblick auf die ständig fallenden
Preise der Elektronikprodukte zu erklären. Während fest eingebaute Systeme
in der Regel zwar erheblich teurer sind als mobile Geräte, haben
diese jedoch den Vorteil, dass sie mit der Fahrzeugelektronik gekoppelt
sein können.
Somit können
zusätzliche Daten,
die im Fahrzeug verfügbar
sind, welche beispielsweise die Geschwindigkeit und die Beschleunigung
mit berücksichtigen,
um die Position präziser
zu bestimmen und auch in Funklöchern
wie z. B. Tunneln eine Position ermitteln zu können, nutzbar gemacht werden.
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In
Gebäuden
ist der Satellitenempfang meist reduziert bis unmöglich. Im
konkreten Fall hängt
es beispielsweise von den verwendeten Baustoffen im Gebäude bzw.
deren Dämpfungsverhalten
und auch vom Standort innerhalb des Gebäudes ab. Beispielsweise kann
in Fensternähe
oder in Räumen
mit gro ßen
Fenstern und freier Sicht auf den Himmel, je nach momentaner Satellitenposition
durchaus noch eine Standortbestimmung mit reduzierter Genauigkeit
möglich
sein. In Innenräumen,
beispielsweise Kellern, ist der Satellitenempfang dagegen sehr stark eingeschränkt. Neuere
Satellitenempfänger
ermöglichen
es beispielsweise auch in manchen Situationen wie in Gebäuden einen
Empfang des Satellitensignals zu gewährleisten. Beispielsweise kann
dies dadurch ermöglicht
werden, dass die Empfangssignale nicht zeitlich nacheinander vermessen
werden, und nur ein Empfangsweg verwendet wird, sondern indem eine
Mehrzahl von parallelisierten Satellitenempfängern verwendet werden. Durch
einen solchen parallelen Einsatz von Satellitenempfängern mit
zeitgleicher Auswertung kann beispielsweise der Mehrwegeempfang
stark reduziert werden, so dass in Kombination mit einer gesteigerten
Eingangsempfindlichkeit des Satellitensignals auch die Signale,
die an Wänden
und Böden
reflektiert wurden u. U. auch im Innern von Gebäuden oder engen Gassen in dicht verbauten
Gebieten noch ausgewertet werden können.
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Satellitenempfangssysteme
messen beispielsweise den Ort des Empfängers mit Hilfe der Entfernung
zu mehreren Satelliten. Die Satelliten strahlen dabei beispielsweise
ständig
ihre sich ändernden
Positionen und die genaue Uhrzeit aus. Aus deren Signallaufzeiten
können
die Satellitenempfänger
dann ihre eigene Position und Geschwindigkeit berechnen. Beispielsweise
können
dazu drei Satelliten zur Bestimmung der Raumkoordinaten und ein vierter
Satellit zur Bestimmung der Zeitkoordinate genutzt werden. Mit den
Satellitensignalen lässt
sich nicht nur die Position, sondern auch die Geschwindigkeit des
Empfängers
bestimmen, was beispielsweise durch Messung des Dopplereffekts geschehen kann.
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Beispielsweise
senden Satelliten „spread spectrum” (spektral
gespreizt) modulierte Signale aus. Ein Datensignal kann beispielsweise
mit einer pseudozufälligen
Codefolge moduliert werden und vom Empfänger mittels Kreuzkorrelation
empfangen werden. Zur besonders effizienten Übertragung können beispielsweise
Codefolgen eingesetzt werden, die eine bestimmte Codephasenverschiebung
aufweisen. Beispielsweise werden die Satellitensignale mittels der
speziellen Codierung so ausgestrahlt, dass die dabei entstehenden
Sendefolgen von verschiedenen Satelliten orthogonal zueinander stehen, so
dass ein unabhängiger
Empfang der einzelnen Satellitensignale möglich wird, obwohl alle Satelliten auf
den gleichen Frequenzen senden. Dieses Codemultiplexverfahren, auch
CDMA(Code Division Multiple Access)Verfahren (Codeaufteilungsvielfachzugangsverfahren)
bezeichnet, wird beispielsweise in den meisten Satellitenempfangsgeräten zur
Auswertung des Sendesignals bzw. der Sendesignale verwendet. Beispielsweise
können
dazu Gold-Folgen genutzt werden, die beispielsweise aus zwei Generatorpolynomen
mittels rückgekoppelter
Schieberegister erzeugt werden können,
wobei eine Codephasenverschiebung zwischen den zwei Generatoren
genutzt werden kann, um zu erreichen, dass unterschiedliche Gold-Folgen
mit gleichen Generatorpolynomen zueinander fast orthogonal im Coderaum
stehen und sich damit kaum gegenseitig beeinflussen. Insofern weisen
die empfangenen Satellitensignale aufgrund der Codephasenverschiebungen
eine hinreichend kleine Kreuzkorrelation für den CDMA-Empfang auf, so
dass eine Mehrzahl von Satelliten der gleichen Sendefrequenz Daten
zu den Satellitenempfängern übertragen
können.
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Zur
Erhöhung
der Genauigkeit können
die Signale von einem Satelliten auch beispielsweise auf mehreren
Frequenzen ausgesendet werden, wobei meist wählbar ist, welcher Code auf
welcher Frequenz übertragen
werden kann. Durch die Übertragung
auf mehreren Frequenzen können
beispielsweise ionosphärische
Effekte, die zur Erhöhung
der Laufzeit führen,
herausgerechnet werden, um so die Genauigkeit zu steigern.
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Ein
typischer Satellitenempfänger
kann beispielsweise nach dem Prinzip arbeiten, dass für ein empfangenes
Signal eines Satelliten eine Gold-Codefolge erzeugt wird, die der
Gold-Codefolge entspricht,
die der Satellit aussendet. Dabei haben zunächst die empfangene und die
im Empfänger
selbst er zeugte Codefolge keine zeitliche Beziehung. Um diese zeitliche
Beziehung herzustellen, werden beide Folgen nach einer zeitlichen
Verschiebung einer der Folgen miteinander multipliziert und die
Multiplikationsergebnisse addiert. Diese Prozedur kann auch als
Kreuzkorrelation bezeichnet werden. Wenn die zeitliche Verschiebung
variiert wird, ändert
sich die Summe. So wird beispielsweise die Summe maximal, wenn die
Folgen zeitlich übereinstimmen.
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Beispielsweise
ist es möglich,
aufgrund der speziellen Codefolgen, die der Satellit sendet, zu
gewährleisten,
dass nur bei der richtigen Codefolge und bei der richtigen Zeitverschiebung
das Maximum der Kreuzkorrelation auftritt, was auch als Einzigartigkeit bezeichnet
werden kann. Durch das Abzählen
in den Signaleinheiten und die Lageauswertung der momentanen Zeit
im Codeblock ist es beispielsweise möglich, den genauen Sendezeitpunkt,
zu dem das empfangene Signal durch den Satelliten ausgesendet wurde,
zu bestimmen. Für
die Auswertung ist es beispielsweise ausreichend, wenn nur die Zeit
des Beginns eines Codeblocks im Satelliten bekannt ist. Der Empfänger kann
dann die Zeit zwischen dem Auswertezeitpunkt und dem Beginn eines
Codeblocks messen, um die Sendezeit des Codeblocks durch Auswertung
der Satellitennachricht zu bestimmen.
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Aufgrund
der Signalauswertung mittels einer Kreuzkorrelationsbestimmung und
Auswerten des Maximums der Kreuzkorrelation ist es von besonderer
Wichtigkeit, dass der zeitliche Zusammenhalt des Empfangssignals
beibehalten wird. Eine Kreuzkorrelation kann beispielsweise nur
dann richtig ausgewertet werden, wenn die beiden Signale, über welche die
Kreuzkorrelation ausgeführt
wird, in korrektem zeitlichen Zusammenhang zueinander stehen. Das heißt, ein
Empfangssignal sollte den gleichen zeitlichen Bezug aufweisen, wie
ein gesendetes Signal, um dann mittels Korrelation die Zeitverschiebung zum
gesendeten Signal bestimmen zu können.
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Zur
Weiterleitung der von den Satelliten empfangenen Signale an beispielsweise
eine Kontrollstation steht dem Satellitennavigationsempfänger meist
nur eine begrenzte Übertragungskapazität zur Verfügung, die
beispielsweise keine bidirektionale Übertragung erlaubt. Anwendungen
liegen hierin, die empfangenen Daten eines Satellitennavigationsgeräts mit geringem
Protokollaufwand an beispielsweise eine Kontrollstation weiter zu
leiten, welche beispielsweise anhand der Daten von mehreren Satellitenempfangsgeräten eine
Kontrolle und Überwachung
der Positionen der einzelnen Satellitennavigationsempfänger ermöglichen
kann. Beispielsweise kann dadurch eine wirkungsvolle Flottenverwaltung von
z. B. Verkehrsbetrieben sowie eine effiziente Steuerung z. B. des
Transportwesens zu Land, zu Luft oder zur See ermöglicht werden.
Die Zentrale hat mittels der von den Satellitenempfängern gesendeten
Daten jederzeit einen Überblick über den
Standort der verschiedenen Fahrzeuge bzw. Schiffe oder Flugobjekte
und kann bei Störungen
sofort eingreifen.
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Dem
Satellitenempfänger,
der in dieser Kommunikation zum Sender wird, um die von den Satelliten
empfangenen Daten an die Kontrollstation zu senden, steht beispielsweise
eine asynchrone Schnittstelle zur Verfügung. Der Datenstrom wird beispielsweise
vom Sender ausgesendet, sobald die Daten dem Sender zur Verfügung stehen
und ohne dass der Sender auf den Empfänger achtet. Das heißt, es kann
aufgrund des fehlenden Rückkanals kein „Handshake” („Händeschütteln”) zwischen
Sender und Empfänger
stattfinden. Da der Sender keine Rückmeldung vom Empfänger erhält, können Fehler, die
aufgrund der Übertragungsstrecke
auftreten, auch nicht durch erneutes Senden der fehlerhaften Pakete
ausgeglichen werden. Der Datenstrom kann beispielsweise aus einer
Aneinanderreihung von Paketen bestehen, die der Sender mit geringem
Protokollaufwand über
seine asynchrone Schnittstelle an den Empfänger übertragen kann.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Konzept zu
schaffen, das es ermöglicht,
ein Empfangssignal eines Satellitenempfängers über eine nichtausfallsichere Übertragungsstrecke ohne
Rückkanal
zu übertragen,
wobei das übertragene
Empfangssignal auch bei vorübergehenden
Störungen
der Übertragungsstrecke
noch eine ausreichend zuverlässige
Auswertung erlaubt.
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Die
vorliegende Aufgabe wird gelöst
durch eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Datenstroms basierend
auf empfangenen Datenpaketen, die mit Paketfolgemarkierungen versehen
sind, gemäß Anspruch
1, ein Verfahren zum Erzeugen des Datenstroms, gemäß Anspruch
23, oder durch einen Satellitenempfänger zum Empfangen eines Empfangssignals
und zum Bereitstellen von Datenpaketen, die auf dem Empfangssignal
basieren, gemäß Anspruch
24.
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Ferner
umfasst die Lösung
ein System zum Übertragen
von Datenpaketen, die auf einem Empfangssignal eines Satellitenempfängers basieren, und
die mit Paketfolgemarkierungen versehen sind, gemäß Anspruch
40 sowie ein System zum Übertragen
von Datenpaketen, die auf einem ersten Empfangssignal und einem
zweiten Empfangssignal eines Satellitenempfängers basieren, und mit Paketfolgemarkierungen
und Kanalmarkierungen versehen sind, gemäß Anspruch 50. Außerdem umfasst
die Lösung
ein Computerprogramm gemäß Anspruch
52, mit einem Programmcode zum Ausführen des Verfahrens gemäß Anspruch
23.
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Zur
Erhaltung des zeitlichen Zusammenhalts des vom Satelliten empfangenen
Signals, das von dem Satellitenempfänger als beispielsweise ein
Datenstrom aus einzelnen Paketen an die Kontrollstation weitergesendet
wird, ist es wesentlich, bei der Übertragung der Pakete den zeitlichen
Zusammenhalt zu bewahren, damit ein Empfänger beispielsweise in der
Kontrollstation mittels Kreuzkorrelationsverfahren die genauen Positionsdaten
des Satellitenempfängers
bestimmen kann.
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Ein
Kerngedanke eines Ausführungsbeispiels
gemäß der Erfindung
besteht darin, Datenpakete, die über
eine nichtaus fallsichere undirektionale Übertragungsstrecke digitale
Signale von einem Satellitenempfänger
zu einer Empfangsvorrichtung senden, mit Paketfolgemarkierungen
zu versehen, anhand derer in einem Empfänger eine (in manchen Fällen sogar
eindeutige) Zuordnung des Messzeitpunktes der einzelnen Signalwerte
möglich
ist. Der Empfänger
kann unter Verwendung der Paketfolgemarkierungen erkennen, ob zwischen
zwei empfangenen Datenpaketen ein oder mehrere Datenpakete verloren
gegangen sind, und in den Datenstrom statt der verloren gegangenen
Datenpakete ein oder mehrere Füllpakete
einfügen,
so dass die zeitliche Zuordnung der einzelnen Datenpakete erhalten
bleibt. Die Erhaltung der zeitlichen Zuordnung des Empfangssignals
ist bei einigen Ausführungsbeispielen
wesentlich für
die weitere Verarbeitung, da beispielsweise mittels einer sich anschließenden Kreuzkorrelationsauswertung
zwischen dem Empfangssignal und einer dem Empfänger vorliegenden Codefolge
die zeitliche Beziehung zwischen der Codefolge und dem Empfangssignal
bestimmt werden kann.
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Wäre diese
zeitliche Beziehung gestört,
beispielsweise dadurch, dass einzelne Pakete verloren gegangen sind,
und nicht wieder ersetzt wurden, so könnte beispielsweise die nachgeschaltete
Signalverarbeitung im Empfänger
kein Maximum der Zeitverschiebung zwischen Codefolge und empfangenem
Signal ermitteln, bzw. würde
bei geringen Paketausfällen
die Position der Kreuzkorrelation falsch bestimmen, was zu erheblichen
Positionierungsfehlern führen
könnte.
Werden verloren gegangene Pakete beispielsweise durch Füllpakete
ersetzt, so bleibt die zeitliche Beziehung erhalten, und die Kreuzkorrelationsauswertung
kann sehr schnell das Maximum der Zeitverschiebung ermitteln. Die
Füllpakete
können bei
einigen Ausführungsbeispielen
so ausgebildet sein, dass sie die Korrelationsbestimmung nicht stören, das
heißt,
die Füllpakete
können
beispielsweise so gewählt
sein, dass sie keiner gültigen
Codefolge und keinem gesendeten Datenpaket des Satellitenempfängers entsprechen.
Beispielsweise eignen sich als Füllpakete
Nullpakete (also beispielsweise Daten- Pakete, die nur „Nullen” enthalten) oder rein zufällig gewählte Pseudozufallswerte.
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Die
Paketfolgemarkierungen können
beispielsweise im Satellitenempfänger
(also beispielsweise vor der Übertragung über die
unidirektionale Schnittstelle) derart an die bereitgestellten Datenpakete
angebracht werden, dass Abschnitte der Datenpakete (z. B. Abschnitte,
die Abtastwerte eines Satellitennavigations-Empfangssignals aufweisen)
mit einer Paketfolgemarkierung überschrieben
werden. Daneben ist es auch möglich,
die Paketfolgemarkierungen vor oder hinter den einzelnen Datenpaketen anzubringen
bzw. in die Datenpakete einzufügen. Durch
die Korrelation mit einer langen Datenfolge, die beispielsweise
in einem Korrelationsempfänger durchgeführt werden
kann, stellt es kein größeres Problem
dar, wenn einzelne Daten verloren gehen, da bei der Bildung einer
Korrelation ein entsprechend großer Zeitraum ausgewertet wird.
Wesentlich ist jedoch bei einigen Ausführungsbeispielen, dass die zeitliche
Lage und die eindeutige Zuordnung des Messzeitpunktes der Signalwerte
nicht verändert werden.
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Bei
Verarbeitung mehrerer Frequenzbänder ist
es manchmal gewünscht,
die Synchronizität
der einzelnen Frequenzbänder
zu erhalten. Dies kann beispielsweise dadurch gewährleistet
werden, dass die Paketfolgemarkierungen der einzelnen Frequenzbänder die
gleiche Markierung aufweisen, wenn einzelne Signalwerte von unterschiedlichen Frequenzbändern zum
gleichen Zeitpunkt gemessen wurden. Dadurch kann beispielsweise
eine Synchronisierung über
mehrere Frequenzbänder
gewährleistet
werden.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die
beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Datenstroms,
gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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2 ein
Blockschaltbild eines Satellitenempfängers, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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3 ein
Beispiel einer Paketfolgemarkierung;
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4 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen eines Datenstroms, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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5 ein
Blockschaltbild eines Systems zum Übertragen von Datenpaketen,
die auf einem Empfangssignal basieren, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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6 ein
Blockschaltbild eines Satellitenempfängers zum Bereitstellen von
Datenpaketen, die auf zwei Empfangssignalen beruhen, gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel;
und
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7 ein
Blockschaltbild eines Systems zum Übertragen von Datenpaketen,
die auf zwei Empfangssignalen basieren, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt
ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 100 zum Erzeugen
eines Datenstroms gemäß einem
Ausführungsbeispiel,
wobei der Datenstrom auf empfangenen Datenpaketen basiert, die mit
Paketfolgemarkierungen versehen sind. Die Vorrichtung 100 kann
einen Paketverlusterkenner 104 und einen Datenpaketverarbeiter 105 umfassen.
Die Vorrichtung 100 kann einen Datenstrom 101 erzeugen,
basierend auf empfangenen Datenpaketen 102, die mit Paketfolgemarkierungen 103 versehen
sind. In diesem Ausführungsbeispiel
empfängt
die Vorrichtung 100 beispielsweise zwei Datenpakete 111, 114,
die jeweils mit Paketfolgemarkierungen 121, 124 versehen
sind. Beispielsweise hat ein erstes empfangenes Datenpaket 111 eine
erste Paketfolgemarkierung 121 (oder allgemein eine beliebige
Paketfolgemarkierung) und ein zweites empfangenes Datenpaket 114 eine
vierte Paketfolgemarkierung 124 (oder allgemein eine beliebige
Paketfolgemarkierung). Beispielsweise wurde von einem Satellitenempfänger ein
Strom von gesendeten Datenpaketen 111, 112, 113, 114 erzeugt,
und zu der Vorrichtung 100 gesendet. Auf dem Übertragungsweg
traten in diesem Ausführungsbeispiel
beispielsweise zwei Paketverluste auf, wobei das zweite Datenpaket 112 mit
der zweiten Paketfolgemarkierung 122 und das dritte Datenpaket 113 mit
der dritten Paketfolgemarkierung 123 aufgrund von Störungen auf
dem Übertragungsweg verlorengegangen
sind. Bei der Vorrichtung 100 treffen dann in diesem Ausführungsbeispiel
nur das erste Datenpaket 111 mit der ersten Paketfolgemarkierung 121 und
das ursprünglich
vierte Datenpaket 114 mit der vierten Paketfolgemarkierung 124 ein,
welches nun als zweites Datenpaket 114 von der Vorrichtung 100 empfangen
wird.
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Der
Paketverlusterkenner 104 der Vorrichtung 100 kann
anhand der Paketfolgemarkierungen 121 und 124 erkennen,
dass das erste Datenpaket 111 und das vierte Datenpaket 114 empfangen
wurden und dass das zweite Datenpaket 112 und das dritte
Datenpaket 113 verloren gegangen sind. Diese Information
kann der Paketverlusterkenner 104 dem Datenpaketverarbeiter 105 übermitteln,
welcher die Aufgabe wahrnehmen kann, die verloren gegangenen Datenpakete 112, 113 unter
Verwendung von Füllpaketen 132, 133 zu
ersetzen. Es kann somit beispielsweise ein Datenstrom 101 erzeugt
werden, der wieder die ursprüngliche
Anzahl an gesendeten Datenpaketen umfasst, und beispielsweise ein
erstes Datenpaket 111, ein das zweite Datenpaket 112 ersetzendes
Füllpaket 132,
ein das dritte Datenpaket 113 ersetzendes Füllpaket 133 und
ein viertes Datenpaket 114 umfasst. Die verloren gegangenen
Datenpakete 112, 113 können beispielsweise durch die Füllpakete 132, 133 ersetzt
werden, so dass der Datenstrom 101 so erzeugt werden kann,
dass die empfangenen Datenpakete 102 in dem Datenstrom 101 entsprechend
ihrer Paketfolgemarkie rung 103 angeordnet sind, und dass
die ein oder mehreren Füllpakete 132, 133 entsprechend
einer zeitlichen Lage der zugehörigen
verloren gegangenen Datenpakete 112, 113 angeordnet
sind.
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Die
ein- oder mehreren Füllpakete 132, 133 können beispielsweise
die gleiche Länge
aufweisen. Auch können
die empfangenen Datenpakete 102 jeweils die gleiche Länge aufweisen.
Der Datenpaketverarbeiter 105 kann weiterhin ausgelegt
sein, um die ein oder mehreren Füllpakete 132, 133 mit
der Länge der
ein oder mehreren Datenpakete 111, 114 zu erzeugen.
Das Füllpaket 132 oder 133 kann
beispielsweise ein Nullpaket sein, das heißt, eine Folge von Nullwerten
umfassen oder auch eine Folge von Werten, die in keinem empfangenen
Datenpaket auftritt. Die Füllpakete 132, 133 können beispielsweise
auch Zufallspakete sein, die eine Folge zufällig erzeugter Werte oder eine
Folge mit einem Zufallszahlengenerator erzeugter Pseudorauschsignale
umfassen. Die Füllpakete 132, 133 sollten
jedoch bei einem Ausführungsbeispiel
keine Sequenz umfassen, die in einem Datenwort einer Codefolge (z.
B. einer Codefolge, die von einem Satellitennavigationssystem verwendet wird)
auftritt beziehungsweise die einem empfangenen Datenpaket entspricht.
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Die
Paketfolgemarkierungen 103 können beispielsweise an einer
vorbestimmten Stelle innerhalb der ein oder mehreren Datenpakete 111, 114 angebracht
sein, beispielsweise an einer vorbestimmten Stelle, die für alle empfangenen
Datenpakete 102 gleich ist. Die Paketfolgemarkierung 103 kann
beispielsweise eine bestimmte Folge von Werten umfassen. Beispielsweise
kann die Paketfolgemarkierung 103 ein sich an die bestimmte
Folge von Werten innerhalb der ein oder mehreren Datenpakete 102 anschließendes Datenwort
sein.
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Der
Paketverlusterkenner 104 kann beispielsweise ausgelegt
sein, um eine Anzahl an verloren gegangenen Datenpaketen 112, 113 zwischen zwei
aufeinanderfolgend empfangenen Datenpaketen 111, 114 zu
ermitteln, beispielsweise durch Aus werten einer Beziehung zwischen
den Paketfolgemarkierungen 121, 124 der zwei empfangenen
Datenpakete 111, 114. Beispielsweise können die
Paketfolgemarkierungen 103 als Zähler bzw. als Zählwerte
ausgebildet sein, wobei die Anzahl an verloren gegangenen Datenpaketen
sich durch die Differenz der Zählerstände der
zwei Zähler
(bzw. der Zählerwerte)
ermitteln lässt.
In diesem Ausführungsbeispiel weist
die zweite empfangene Paketfolgemarkierung 124 den Zählerstand
bzw. Zählwert „4” auf und
die erste Paketfolgemarkierung 121 weist den Zählerstand „1” auf, so
dass sich aus der um eins reduzierten Differenz der beiden Zählerstände ein
Wert von (beispielsweise zwei) verloren gegangenen Paketen ermitteln
lässt.
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Sind
die Paketfolgemarkierungen 103 beispielsweise als Zähler ausgebildet,
so stellt beispielsweise die Breite des Zählers, das heißt die Anzahl Bits
die zur Darstellung des Zählerwerts
vorhanden sind, ein Maß dar,
wie viele verloren gegangene Datenpakete 112, 113 durch
den Paketverlusterkenner 104 der Vorrichtung 100 erkannt
werden können.
Der Zähler
läuft beispielsweise
von Null bis zum Maximalwert, der mit dem Zähler dargestellt werden kann. Danach
läuft der
Zähler über und
fängt beispielsweise
erneut an, bei Null hoch zu zählen.
Gehen beispielsweise mehr Datenpakete 112, 113 verloren,
als der Zähler
Werte darstellen kann, bevor es zu einem Überlauf kommt, so können nicht
alle verlorenen Datenpakete 112, 113 von dem Paketverlusterkenner 104 detektiert
werden. Der Maximalwert einer erkennbaren Anzahl von verlorenen
Datenpaketen 112, 113 entspricht beispielsweise
der Breite des Zählers
bzw. der Anzahl an Werten, die durch diesen darstellbar sind. Eine
Detektion von einer höheren Anzahl
an verlorenen Datenpaketen 112, 113 als durch
den Zähler
an Werten darstellbar sind, kann aber beispielsweise dadurch realisiert
werden, dass die Vorrichtung 100 eine Uhr aufweist zum
Bestimmen einer Zeitinformation, zum Beispiel basierend auf den
empfangenen Datenpaketen 102, so dass aus einer Beziehung
zwischen der Differenz der Zählerstände der
zwei Zähler
und der Zeitinformationen der zwei aufeinanderfolgend empfangenen
Datenpakete 111, 114 ein Zählerüberlauf eines der zwei Zähler erkannt
werden kann. Die Anzahl an verloren gegangenen Paketen 112, 113 kann
beispielsweise unter Verwendung der um eins reduzierten Differenz der
Zählerstände der
zwei Zähler
und den Zeitinformationen der zwei aufeinanderfolgend empfangenen Datenpakete
bestimmt werden. Beispielsweise lässt sich dies durch eine PC-Uhr
realisieren, wenn die Vorrichtung 100 auf einem PC realisiert
ist, und dem PC eine interne oder externe Zeitinformation zur Verfügung steht.
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Beispielsweise
kann die Vorrichtung 100 mittels des Datenpaketverarbeiters 105 jeweils
ein verloren gegangenes Datenpaket 112, 113 durch
ein Füllpaket 132, 133 ersetzen.
Es können
aber auch mehrere verloren gegangene Datenpakete 112, 113 durch
nur ein Füllpaket 106 der
gleichen Länge
wie das verloren gegangene Paket 112, 113 ersetzt
werden.
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Die
Vorrichtung 100 kann beispielsweise die Anzahl an verloren
gegangener Datenpakete 112, 113 einem Bediener übermitteln,
damit dieser die Daten für
eine Fehlerauswertung oder Diagnose verwenden kann. Auch kann ein
Abweichen der Paketfolgemarkierung 103 von einer Stelle,
an der die Vorrichtung 100 die Paketfolgemarkierung 103 erwartet, beispielsweise
auf einen Fehler hindeuten, der einem Bediener übermittelt werden kann, um
diesem eine Fehlerauswertung oder Diagnose zu ermöglichen.
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Auf
manchen Übertragungsstrecken
ist es beispielsweise auch möglich,
dass empfangene Datenpakete 102 nicht in der richtigen
Reihenfolge empfangen werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel
kann die Vorrichtung 100 einen Paketsortierer aufweisen,
der beispielsweise die ein oder mehreren Datenpakete 102 in
der Reihenfolge, die durch die Paketfolgemarkierungen 103 vorgegeben
ist, vorsortiert und danach dem Paketverlusterkenner 104 zuführt. Damit
kann es der Vorrichtung 100 beispielsweise möglich sein,
empfangene Datenpakete 102 zuerst in die richtige Reihenfolge
zu brin gen, bevor sie der Paketverlusterkenner 104 weiterverarbeitet.
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2 zeigt
ein Blockschaltbild eines Satellitenempfängers 200 gemäß einem
Ausführungsbeispiel.
Der Satellitenempfänger 200 kann
einen Abtaster 201 und einen Datenpaketerzeuger 202 umfassen,
wobei der Abtaster 201 ein Empfangssignal 220 oder
Zwischenfrequenzsignal abtasten kann, um eine Folge von Abtastwerten 203 zu
erhalten. Die Folge von Abtastwerten 203 kann beispielsweise eine
erste Teilfolge der Abtastwerte 204 sowie eine zweite Teilfolge
der Abtastwerte 205 umfassen. Dem Datenpaketerzeuger 202 können die
zwei Teilfolgen von Abtastwerten 204, 205 in der
Art zugeführt
werden, dass der Datenpaketerzeuger 202 beispielsweise
die erste Teilfolge 204 mit einer ersten Paketfolgemarkierung 212 versieht
und die zweite Teilfolge 205 mit einer zweiten Paketfolgemarkierung 213 versieht, wobei
die Paketfolgemarkierungen eine zeitliche Beziehung zwischen der
Teilfolge 204 von Abtastwerten 203 und der zweiten
Teilfolge 205 von Abtastwerten 203 beschreiben.
In diesem Ausführungsbeispiel
ist dies durch die Zahl „1” als erste
Paketfolgemarkierung 212 und durch die Zahl „2” als zweite
Paketfolgemarkierung 213 angedeutet. Allgemein können die Paketfolgemarkierungen
auch mit beliebigen anderen Werten oder Folgen von Werten dargestellt
werden. Die durch den Datenpaketerzeuger 202 erzeugten
Datenpakete 210, 211 können am Ausgang als bereitgestellte
Datenpakete 230 bereitgestellt werden.
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Beispielsweise
können
die Paketfolgemarkierungen 212, 213 genutzt werden,
um die Datenpakete 210, 211, bzw. Abschnitte derselben
zu überschreiben.
Auch möglich
ist es, die Paketfolgemarkierungen 212, 213 vor
oder hinter die zugehörigen Datenpakete 210, 211 anzufügen oder
innerhalb der zugehörigen
Datenpakete 210, 211 einzufügen, so dass anders als beim Überschreiben
keine Daten verloren gehen. Die Datenpakete 210, 211 können beispielsweise
jeweils an der gleichen Stelle mit der zugehörigen Paketfolgemarkierung 212, 213 versehen
werden. Als Paketfolgemarkierung 212, 213 kann beispielsweise
ein Zeitstempel genutzt werden, der die Datenpakete mit einer Zeitinformation
versieht, die beispielsweise von einer Abtastzeit des Abtasters 201 abgeleitet
ist, zu der ein bestimmtes Element der den Datenpaketen 210, 211 zugeordneten Teilfolgen 204, 205 abgetastet
wurde.
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Zur
Paketfolgemarkierung 212, 213 kann beispielsweise
auch ein Zähler
verwendet werden, der die Datenpakete 210, 211 mit
einem Zählerstand versieht,
wobei Datenpakete 210, 211, die unterschiedliche
Teilfolgen 204, 205 der Abtastwerte 203 umfassen,
mit einem unterschiedlichen Zählerstand versehen
werden können.
Der Zähler
kann beispielsweise um eine konstante Zahl hochgezählt oder
heruntergezählt
werden, wenn die zweite Teilfolge 205 der Abtastwerte 203 unmittelbar
nach der ersten Teilfolge 204 der Abtastwerte 203 durch
den Abtaster 201 abgetastet wurde. Der Datenpaketerzeuger 202 kann
beispielsweise die Datenpakete 210, 211 mit gleicher
Länge erzeugen.
Die Paketfolgemarkierung 212, 213 kann beispielsweise
die Datenpakte 210, 211 mit einem Synchronisationswort 301 und
einem darauf folgenden Zähler 303 überschreiben,
wobei beispielsweise das Synchronisationswort 301 und der
darauffolgende Zähler 303 die
Datenpakete 210, 211 stets an der gleichen Stelle überschreiben.
Dabei können
beispielsweise ein oder mehrere Abtastwerte überschrieben werden. In einem
Ausführungsbeispiel
kann das Synchronisationswort 301 ein 32-Bit-breites Datenwort
umfassen, das eine alternierende Sequenz 302 von Datenbits
umfasst. Der Zähler
bzw. Zählwert 303 kann
sich an das Synchronisationswort (auch als Präambel bezeichnet) 301 anschließen und
beispielsweise als ein 16-Bit-breites Datenwort 304, 305 realisiert
sein.
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Das
Empfangssignal 220 kann ein Empfangssignal eines Satellitennavigationssystems
sein, beispielsweise die Überlagerung
verschiedener CDMA-Signale verschiedener Satelliten, oder das Empfangssignal
kann ein Zwischenfrequenzsignal sein, beispielsweise ein in einen
niedrigeren Frequenzbereich moduliertes Empfangssignal 220.
Die Abtastung eines Zwischenfrequenzsignals empfiehlt sich beispielsweise
für den
Fall, dass das Empfangssignal 220 so hochfrequent ist,
dass es durch den Abtaster 201 nicht darstellbar ist, oder
beispielsweise wenn zwischen dem Empfang des Empfangssignals 220 und
dem Eingang des Abtasters 201 eine Übertragungsstrecke liegt, die
das ursprüngliche
Empfangssignal 220 stark dämpfen würde, das Zwischenfrequenzsignal
hingegen weniger stark.
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3 zeigt
ein Beispiel einer Paketfolgemarkierung 300, die einer
der beiden Paketfolgemarkierungen 212, 213 gemäß 2 entsprechen
kann. In diesem Beispiel ist die Paketfolgemarkierung 300 als ein
Zähler
bzw. Zählwert
ausgebildet, der hier auch als Zeitstempel 303 bezeichnet
werden kann, und beispielsweise ein aus 8 Bit bestehendes unteres
Datenwort 305 sowie ein aus 8 Bit bestehendes oberes Datenwort 304 umfasst.
Der Zeitstempel 303 schließt sich in diesem Ausführungsbeispiel
direkt an eine Präambel
bzw. ein Synchronisationswort 301 an, die vier gleichartige
Datenworte 302 von 8 Bit Breite mit jeweils dem Inhalt „0×55” umfasst.
Andere Formate und längere
oder kürzere
Zeitstempel 303 sind ebenfalls möglich. In einem alternativen
Ausführungsbeispiel
ist es beispielsweise möglich,
die Paketfolgemarkierung 300 auf ein Datenpaket 230 zu überschreiben
und im Empfänger
nach der Präambel 301 zu
suchen, um den Zeitstempel 303, der als Zähler ausgebildet
sein kann, zu bestimmen.
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Dieses
Ausführungsbeispiel
zeigt eine mögliche
Ausbildung der Paketfolgemarkierung 300 auf. Es ist auch
möglich,
andere Wortbreiten für
die Präambel 301 und
für den
Zeitstempel 303 zu verwenden beziehungsweise andere Werte
für die
Präambeldatenworte 302 und
für die
zwei Zeitstempeldatenworte 304, 305. Auch kann
der Zeitstempel 303 statt eines Zählers eine Zeit aufweisen,
die beispielsweise synchron zu einem Abtastzeitpunkt des Abtasters 201 spezifiziert
werden kann. Die Paketfolgemarkierung 300 kann auch vor
oder hin ter ein Datenpaket 230 angefügt oder in ein Datenpaket 230 eingefügt werden,
ohne die Daten zu überschreiben.
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4 zeigt
ein Flussdiagramm eines Verfahrens 400 zum Erzeugen eines
Datenstroms, gemäß einem
Ausführungsbeispiel.
Das Verfahren 400 erzeugt aus Datenpaketen 102,
die mit Paketfolgemarkierungen 103 versehen sind, einen
Datenstrom 101 als eine Folge von empfangenen Datenpaketen 111, 114 und
anstelle der verloren gegangenen Datenpakete 112, 113 eingefügten Füllpaketen 132, 133.
Das Verfahren kann beispielsweise vier Schritte umfassen, wobei
in einem ersten Schritt (Schritt 1a) 401 Datenpakete 102 empfangen
werden können,
die mit Paketfolgemarkierungen 103 versehen sind. In einem
zweiten Schritt (Schritt 1b) 402 kann das Verfahren 400 erkennen,
ob ein oder mehrere Datenpakete 112, 113 zwischen
zwei empfangenen Datenpaketen 111, 114 verloren
gegangen sind, beispielsweise unter Verwendung der Paketfolgemarkierungen 103. Ein
dritter Schritt (Schritt 2a) 403 kann beispielsweise darin
liegen, ein oder mehrere verloren gegangene Datenpakete 112, 113 durch
ein oder mehrere Füllpakete 132, 133 gleicher
Länge wie
die verloren gegangenen Datenpakete 112, 113 zu
ersetzen. Schließlich kann
das Verfahren 400 in einem vierten Schritt (Schritt 2b) 404 den
Datenstrom 101 als eine Folge von empfangenen Datenpaketen 111, 114 und
anstelle der verloren gegangenen Datenpakete 112, 113 eingefügten Füllpaketen 132, 133 erzeugen. Nach
jedem Empfang von Datenpaketen 102 können die vier Schritte 401, 402, 403, 404 des
Verfahrens 400 nochmals durchlaufen werden.
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5 zeigt
ein Blockschaltbild eines Systems 500 zum Übertragen
von Datenpaketen 230, die auf einem Empfangssignal 220 basieren,
gemäß einem
Ausführungsbeispiel.
Das System 500 kann einen Satellitenempfänger 200,
eine Vorrichtung 100 zum Erzeugen eines Datenstroms 101 sowie
eine Übertragungseinrichtung 501 umfassen,
die zwischen dem Satellitenempfänger 200 und
die Vorrichtung 100 zum Erzeugen eines Datenstroms 101 geschaltet
sein kann, so dass der Vorrichtung 100 zum Erzeugen eines
Datenstroms 101 das Ausgangssignal 230 des Satellitenempfängers 200 zugeführt wird. Das
System 500 kann beispielsweise ein von einem Satelliten
empfangenes Empfangssignal 220 von einem Satellitenempfänger 200 zu
einer Vorrichtung 100 zum Erzeugen eines Datenstroms 101 übertragen
um das Empfangssignal 220 als Datenstrom 101 darzustellen.
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Die Übertragungseinrichtung 501 kann
beispielsweise Datenpakete 230 asynchron übertragen, beispielsweise
durch eine unidirektionale Übertragung
der Datenpakete 230 ohne Rückkanal. Die Übertragungseinrichtung 501 kann
ausgelegt sein, um die Datenpakete 230 ohne Redundanz zu übertragen.
Das Ausgangssignal 101 der Vorrichtung 100 zum
Erzeugen eines Datenstroms ist beispielsweise ausgebildet, um eine
zeitliche Korrelation zu dem Ausgangssignal 230 des Satellitenempfängers 200 aufzuweisen.
Beispielsweise ist die Übertragungseinrichtung 501 in
der Lage, die Datenpakete 230 unter Einwirkung von starken
Störungen
zu übertragen, wobei
die Störungen
einzelne Paketverluste bewirken können. Die Datenpakete 230 können über einen nicht
ausfallsicheren Übertragungskanal 501 übertragen
werden und beim Empfänger,
d. h. bei der Vorrichtung 100 zum Erzeugen eines Datenstroms 101, Paketverluste
aufweisen. Der Satellitenempfänger 200 kann
beispielsweise aus dem empfangenen Empfangssignal 220 einen
kontinuierlichen Datenstrom von Datenpaketen 230 erzeugen
und zu der Vorrichtung 100 übertragen. Die Vorrichtung 100 zum Erzeugen
eines Datenstroms 101 kann dann beispielsweise aus den
empfangenen Datenpaketen 102 und den ein oder mehreren
Füllpaketen 106 einen
kontinuierlichen Datenstrom 101 von Datenpaketen 102 und
Füllpaketen 106 erzeugen.
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Zur
Abstimmung, an welcher Stelle die Paketfolgemarkierung 103 an
den Datenpaketen 230 angebracht ist, kann das System 500 beispielsweise einen
externen Kanal zur Verfügung
stellen, mittels dessen der Satellitenempfänger 200 die entsprechende
Stelle der Vorrichtung 100 zum Erzeugen eines Datenstroms 101 mitteilen
kann. Umgekehrt kann auch die Vorrichtung 100 zum Erzeugen
eines Datenstroms 101 die Position der Paketfolgemarkierung 103 über den
externen Kanal dem Satellitenempfänger 200 mitteilen.
Die Position kann auch von dem System 500 dem Satellitenempfänger 200 und der
Vorrichtung 100 zum Erzeugen eines Datenstroms 101 beim
Einschalten mitgeteilt werden, oder das System 500 kann
die Position aus einer festen Größe, die
beispielsweise innerhalb des Satellitenempfängers 200 oder der
Vorrichtung 100 zum Erzeugen eines Datenstroms vorliegt,
bestimmt werden.
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Eine
weitere Methode, um die Paketfolgemarkierung 103 zu erkennen,
kann beispielsweise darin liegen, die empfangenen Datenpakete 111, 114 nach
einer vorbestimmten Präambel 301 bzw.
einem Synchronisationsmuster 301 zu durchsuchen, welche
bzw. welches beispielsweise von dem Satellitenempfänger 200 bei
der Erzeugung der Datenpakete 230 an einer vorbestimmten
Stelle angebracht wurde, um den sich beispielsweise an die Präambel 301 anschließenden Zeitstempel 303 zu
markieren.
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In
einem alternativen Ausführungsbeispiel kann
die Folge von Abtastwerten 203 beispielsweise zuerst mit
Paketfolgemarkierungen versehen werden, indem im Abstand von beispielsweise
1024 Werten Paketfolgemarkierungen 103 angebracht werden,
die im Normalfall in verschiedenen Datenpaketen an der gleichen
Stelle liegen. Die Paketfolgemarkierungen 103 bestehen
aus einem oder mehreren Werten, die die Daten, beispielsweise die
Abtastwerte, überschreiben.
In manchen Fällen
kann es aber beispielsweise vorkommen, dass der Datenpaketerzeuger 202 beispielsweise
aufgrund von Störungen
die Paketfolgemarkierungen 103 nicht immer an der gleichen
Stelle innerhalb des Datenpaketes 230 anbringt. D. h.,
die Markierung kann innerhalb des Datenpaketes 230 variieren.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel kann
die Folge von Abtastwerten 203 (beispielsweise nach dem
Anbringen der Paketfolgemarkierungen) in Datenpakete 210, 211 unterteilt
werden. Dieses Unterteilen kann allerdings fehlerbehaftet sein und
es kann ein Verlust von Werten während
der Paketierung nicht ausgeschlossen werden. Nachdem die Paketfolgemarkierungen 103 allerdings
bereits vorher angebracht wurden, ist die Synchronizität durch Fehler
bei der Paketierung nicht beeinträchtigt. Der Datenpaketverlusterkenner 104 sucht
beispielsweise nach der Präambel 301 unter
der Annahme, dass sich die Position der Präambel 301 von einem
Datenpaket 210 zum nächsten
Datenpaket 211 nicht ändert.
Die Präambel 301 und
der Zeitstempel 303 können
in einer fixen Beziehung zueinander stehen. Beispielsweise kann
der Zeitstempel 303 unmittelbar auf die Präambel 301 folgen.
Sollte die Präambel 301 nicht
an der erwarteten Stelle gefunden werden, kann das ganze Datenpaket 210, 211 nach
der Präambel 301 abgesucht
werden. Enthält
ein Datenpaket 210, 211 keine Präambel 301,
so kann es beispielsweise verworfen werden. Der zeitliche Bezug
der Daten im Datenpaket 210, 211 kann relativ
zur Paketfolgemarkierung 103 verstanden werden, d. h.,
verschiebt sich die Paketfolgemarkierung 103 von einem
Datenpaket 210 zum nächsten
Datenpaket 211 um z. B. 100 Werte, dann werden
beispielsweise im Datenpaketverarbeiter 105 100 Füllwerte
eingefügt
(unter der Annahme, dass die Paketfolgemarkierung 103 sich
entsprechend geändert
hat, beispielsweise dass der Zählerstand 303 sich
um eins erhöht
hat und kein ganzes Datenpaket 210, 211 verloren
gegangen ist).
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6 zeigt
ein Blockschaltbild eines Satellitenempfängers 200 zum Bereitstellen
von Datenpaketen 640, die auf Empfangssignalen 230, 630 beruhen,
gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel. Der
Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel
gemäß 2 kann
darin bestehen, dass der Satellitenempfänger 200 aus dem Ausführungsbeispiel
gemäß 2 nur
ein Empfangssignal 220 oder Zwischenfrequenzsignal 220 umfassen
kann, während
in dem Ausführungsbeispiel
gemäß 6 ein
zweites Empfangssignal 630 oder zweites Zwischenfrequenzsignal 630 zur
Verfügung
stehen kann, das beispielsweise von einem zweiten Abtaster 601 verarbeitet
werden kann, während
der Abtaster 201 das (erste) Empfangssignal 220 oder
Zwischenfrequenzsignal 220 verarbeiten kann.
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Der
zweite Abtaster 601 kann beispielsweise aus einem zweiten
Empfangssignal 630 oder zweiten Zwischenfrequenzsignal 630 eine
dritte Teilfolge 605 von Abtastwerten erzeugen, die der
Datenpaketerzeuger 202 dazu nutzen kann, um ein drittes
Datenpaket 612 zu generieren, das eine dritte Paketfolgemarkierung 614 und
die dritte Teilfolge 605 umfassen kann. Der Abtaster 201 kann
beispielsweise mit dem zweiten Abtaster 601 zeitlich gekoppelt
sein, beispielsweise darstellbar durch einen zeitlichen Versatz 622,
mit dem die dritte Teilfolge 605 nach der ersten Teilfolge 204 gebildet
wird. Beispielsweise kann die erste Paketfolgemarkierung 212 und
die dritte Paketfolgemarkierung 614 gleich sein, wenn die
zeitliche Beziehung zwischen der ersten Teilfolge 204 von
Abtastwerten des Abtasters 201 und der dritten Teilfolge 605 von
Abtastwerten des zweiten Abtasters 604 durch einen zeitlichen
Versatz 622 zwischen der ersten Teilfolge 204 und
der dritten Teilfolge 604 beschrieben werden kann, der
innerhalb eines Toleranzintervalls liegt. Beispielsweise ist es möglich, dass
der Abtaster 201 und der zweite Abtaster 601 mit
verschiedenen Abtastzeiten arbeiten, beispielsweise der Abtastzeit 620 des
Abtasters 201 und der Abtastzeit 621 des zweiten
Abtasters 601, die verschieden groß sein können. Beispielsweise kann dem
ersten Datenpaket 210 und dem dritten Datenpaket 612 die
gleiche Paketfolgemarkierung 212, 614 zugewiesen
werden, wenn der zeitliche Versatz 622 zwischen beiden
Teilfolgen innerhalb eines Toleranzintervalls liegt, oder beispielsweise
in einem Idealfall näherungsweise
gleich Null ist.
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Beispielsweise
kann sich das Toleranzintervall aus der größeren der beiden Abtastzeiten 620, 621 von
Abtaster 201 und zweitem Abtaster 601 bestimmen
lassen. In diesem Fall geht man davon aus, dass das Abtasten des
letzten Elements der ersten Teilfolge 204 und das Abtasten
des letzten Elements der dritten Teilfolge 605 zeitlich
nahezu gleichzeitig geschehen, wobei eine zeitige Gleichzeitigkeit
hier mit einer Auflösung
in Schritten der Abtastzeit 620 dargestellt werden kann.
In diesem Ausführungsbeispiel
kann beispielsweise die Abtastzeit 620 die ungenauere Darstellung
gegenüber
der Abtastzeit 621 angeben, weshalb die Abtastzeit 620 beispielsweise eine
Grenze für
die zeitliche Auflösung
darstellen kann. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Abtastzeit 620 des
Abtasters 201 auch der Abtastzeit 621 des zweiten
Abtasters 601 entsprechen.
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Da
der Datenpaketerzeuger 202 in diesem Ausführungsbeispiel
zwei Datenpakete 210, 612 mit der gleichen Paketfolgemarkierung 212, 614 erzeugen
kann, die in diesem Ausführungsbeispiel
beide den Wert „1” aufweisen,
kann es beispielsweise notwendig sein, die von dem Satellitenempfänger 200 erzeugten
Datenpakete 640 in einer Vorrichtung 100 zum Erzeugen
eines Datenstroms 101 zu unterscheiden, damit nicht aus
dem ersten Datenpaket 210 und dem dritten Datenpaket 612,
die hier aus zwei verschiedenen Empfangssignalen 220, 630 herrühren, ein
einziger Datenstrom 101 erzeugt wird, sondern damit unterschiedliche
Datenpakete 210, 612 unterschiedlichen erzeugten
Datenströmen 101 zugeordnet
werden. Beispielsweise lässt
sich dies dadurch realisieren, dass der Datenpaketerzeuger 202 ausgelegt
ist, um die Datenpakete 210, 612, 211 mit
einer Kanalmarkierung zu versehen, die angibt, ob das erzeugte Datenpaket 640 eine
Teilfolge 204, 205 der Abtastwerte des Abtasters 201 oder
eine Teilfolge 605 der Abtastwerte des zweiten Abtasters 601 umfasst.
Die Kanalmarkierung kann beispielsweise bereits in einer Information
des Empfangssignals 220 oder des zweiten Empfangssignals 630 enthalten sein.
Sie kann aber auch, alternativ oder zusätzlich, innerhalb der Paketfolgemarkierung 212, 614, 213 angebracht
werden, oder einen anderen Teil des Datenpakets 210, 612, 211 umfassen.
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7 zeigt
ein Blockschaltbild eines Systems 700 zum Übertragen
von Datenpaketen 230, die auf zwei Empfangssignalen 220, 630 basieren, gemäß einem
Ausführungsbeispiel.
Das System 700 umfasst einen Satellitenempfänger 200,
der beispielsweise ein Empfangssignal 220 und ein zweites Empfangssignal 630 auswerten
kann und beispielsweise entsprechend dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 ausgebildet
sein kann. Weiterhin umfasst das System 700 eine erste
Vorrichtung 702 zum Erzeugen eines Datenstroms 706 und
eine zweite Vorrichtung 703 zum Erzeugen eines Datenstroms 707, die
miteinander gekoppelt sein können.
Das System 700 kann weiterhin eine Übertragungseinrichtung 501 umfassen,
die entsprechend dem Ausführungsbeispiel
des Systems gemäß 5 ausgeführt sein kann,
und die beispielsweise ausgelegt sein kann, um zwischen dem Satellitenempfänger 200 und
einem Kanalzuordner 701 geschaltet zu sein, so dass dem
Kanalzuordner 701 das Ausgangssignal 230 des Satellitenempfängers 200 zugeführt werden kann.
Das System 700 kann einen Kanalzuordner 701 umfassen,
der beispielsweise die empfangenen Datenpakete 102 unter
Verwendung einer Kanalmarkierung der ersten Vorrichtung 702 zum
Erzeugen eines Datenstroms 706 oder der zweiten Vorrichtung 703 zum
Erzeugen eines Datenstroms 707 zuführen kann.
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Im
Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel des
Systems 500 gemäß 5,
in dem aus einem Empfangssignal 220 ein Datenstrom 101 erzeugt werden
kann, kann das System 700 so ausgelegt sein, dass aus einem
Empfangssignal 220 ein erster Datenstrom 706 erzeugt
werden kann, und aus einem zweiten Empfangssignal 630 ein
zweiter Datenstrom 707 erzeugt werden kann. Der Satellitenempfänger 200 kann
in diesem Ausführungsbeispiel
in der Lage sein, zwei Empfangssignale 220, 630 zu verarbeiten.
Die erzeugten Datenpakete 230 können eine Kanalzuordnung aufweisen,
welche der Kanalzuordner 701 auswerten kann, um so die
entsprechenden Datenpakete 102 in zwei Ströme von Datenpaketen 704, 705 aufzuteilen,
welche je nach Kanalzuordnung der ersten Vorrichtung 702 oder
der zweiten Vorrichtung 703 zugeführt werden können.
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Die
erste Vorrichtung 702 und die zweite Vorrichtung 703 können beispielsweise
durch eine gemeinsame Clock(Uhr)-Leitung
(bzw. Taktleitung) miteinander gekoppelt sein, anhand derer sie
aus empfangenen Datenpaketen 704, 705 mit der
gleichen Paketfolgemarkierung 103 synchrone erste und zweite
Datenströme 706, 707 erzeugen
können.
Damit kann beispielsweise auch eine Kreuzkorrelation von dem zweiten
Datenstrom 707 zu dem ersten Datenstrom 706 bzw.
von dem zweiten Empfangssignal 630 zu dem ersten Empfangssignal 220 ausgewertet werden,
so dass mit einer Korrelation zweier Eingangssignale 220, 630,
die unterschiedlichen Frequenzbändern
angehören
können,
eine genauere Auflösung
ermöglicht
werden kann. Alternativ oder zusätzlich
können
der erste Datenstrom 706 mit einem ersten Korrelationsmuster
und der zweite Datenstrom 707 mit einem zweiten Korrelationsmuster korreliert
werden, wobei sich die beiden Korrelationsmuster unterscheiden können. Die
beiden Korrelationsmuster können
beispielsweise unterschiedlich sein. Die Ergebnisse der beiden genannten
Korrelationen können
beispielsweise gemeinsam (z. B. verknüpfend) verarbeitet werden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung betreffen beispielsweise Satellitennavigationsempfänger, die über eine
asynchrone Schnittstelle verfügen,
die aufgrund der begrenzten Übertragungskapazität keine
bidirektionale Übertragung
erlaubt. Während
es bei bidirektionaler Übertragung
bei nicht ausfallsicheren Übertragungsstrecken
ein als „Handshake” (Händeschütteln) bezeichnetes
Verfahren gibt, bei der der Empfänger
die fehlerhaften oder nicht übertragenen Pakete
erneut anfragen kann, ist dies bei Satellitennavigationsempfängern, die
aufgrund der begrenzten Übertragungskapazität keine
bidirektionale Übertragung
zulassen, kein realisierbares Verfahren.
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Mittels
des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
es beispielsweise in einem Ausführungsbeispiel möglich, über eine
nicht ausfallsichere unidirektionale Übertragungsstrecke digitale
Signale mit geringem Protokollaufwand zu übertragen, so dass beim Empfänger eine
eindeutige Zuordnung des Messzeitpunkts der einzelnen Signalwerte
möglich
ist. Ein spezielles Ausführungsbeispiel
des Verfahrens kann dabei vier Schritte umfassen: in einem ersten
Schritt kann eine Gruppierung in Pakete vorgenommen werden, in einem
zweiten Schritt können
die Pakete mit einem Zeitstempel versehen werden, in einem dritten Schritt
können
die Pakete übertragen
werden und in einem vierten Schritt können die Pakete rekonstruiert werden.
Die Verfahrensschritte dieses speziellen Ausführungsbeispiels werden im Folgenden
beschrieben.
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Der
erste Schritt kann die Gruppierung in Pakete umfassen. Der Datenstrom
im nicht ausfallsicheren unidirektionalen Übertragungskanal kann aus einer
Aneinanderreihung von Paketen bestehen. Der Sender kann beispielsweise
Datenpakete gleicher Länge
verschicken. Auf der Senderseite kann durch eine geeignete Schaltung
in jedem Paket eine bestimmte Anzahl zusammenhängender Datenbytes durch einen
Zeitstempel überschrieben
werden. Dieser Zeitstempel kann beispielsweise zwei Aufgaben übernehmen.
Ein in dem Zeitstempel enthaltener Zähler kann jedes Paket mit dem
aktuellen Zählerstand,
der bei jedem neuen Paket um eins erhöht wird, versehen. Der Empfänger kann
durch Vergleichen von vorherigem und aktuellem Zählerstand in die Lage versetzt
werden, zu erkennen, ob ein Paket verloren gegangen ist. Zum anderen
ist der Zeitstempel beispielsweise nach der Initialisierung unter
normalen Bedingungen immer an der gleichen Position innerhalb des
Pakets zu finden. Dadurch hat der Empfänger beispielsweise zusätzlich die
Information, dass das Paket am Sender korrekt erzeugt worden ist.
Bei Abweichungen kann der Empfänger
entsprechend darauf reagieren.
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Die
Position, an der sich der Zeitstempel innerhalb des Paketes befindet,
kann auch variieren. Beispielsweise ist die Position während der
Initialisierung noch nicht festgelegt. Nach einer erfolgten Initialisierung
liegt die Position bei fehlerfreiem Betrieb bei manchen Ausführungsbeispielen
fest und der Zeitstempel befindet sich zumindest bis zu einer nachfolgenden
Neuinitialisierung an der initialisierten vorgegebenen Position.
Das System kann beispielsweise ausgelegt sein, um eine Position
des Zeitstempels bzw. eine Veränderung
der Position des Zeitstempels zwischen aufeinanderfolgenden Paketen zu
detektieren. Bei einer Abweichung bzw. einem „Verrutschen” des Zeitstempels
von der vorgegebenen Position kann das System somit auf eine Fehlübertragung
schließen
und beispielsweise einen Übertragungsfehler
melden.
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Sofern
mehrere Frequenzbänder
abgetastet werden, können
die Frequenzbänder
synchron zueinander abgetastet werden. Das Anbringen des Zeitstempels
auf den einzelnen Datenströmen
kann durch Überschreiben
von Abtastwerten („Samples”), die
zum gleichen Zeitpunkt gemessen werden, erfolgen. Damit kann die
Synchronisierung über
mehrere Frequenzbänder
gewährleistet
werden.
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Ein
zweiter Schritt des Verfahrens kann die Anbringung eines Zeitstempels
bzw. einer Paketfolgemarkierung 300 an den Datenpaketen
umfassen. Die Paketfolgemarkierung 300 kann dabei aus einer Präambel 301 mit
beispielsweise definierter Bytesequenz und beispielsweise einem
16-Bit-Zähler 303 bestehen.
Nach einem Zählerüberlauf
kann dieser wieder beim Startwert beginnen. Die Präambel 301 kann
beispielsweise zum Finden des Zeitstempels 303 innerhalb
des Datenstroms dienen. 3 zeigt beispielsweise das Format
der Paketfolgemarkierung 300, wie es in einem Ausführungsbeispiel
verwendet werden kann. Andere Formate und längere oder kürzere Zeitstempel 303 sind
ebenfalls möglich. 3 zeigt
beispielsweise den Zeitstempel 303 in einer Prototypimplementierung
in Hexadezimaldarstellung, wobei das Datenwort 304 (0×HH) die
oberen 8 Bit des Stempels darstellen kann und das Datenwort 305 (0×LL) die
unteren 8 Bit des Stempels darstellen kann.
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Ein
dritter Schritt des Verfahrens kann die Übertragung umfassen. Bei der
Datenübertragung kann
es sich um eine asynchrone Übertragung
handeln. Diese ist beispielsweise unidirektional, das heißt, es gibt
keinen Rückkanal
um ein Paket erneut anfordern zu können bzw. keine Redundanz in
den übertragenen
Daten. Ein Paket, welches nicht am Empfänger eintrifft, kann durch
das hier vorgestellte Verfahren als fehlend erkannt werden, um bei
der Weiterverarbeitung entsprechend berücksichtigt zu werden.
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Ein
vierter Schritt des Verfahrens kann die Rekonstruktion umfassen.
Für die
Rekonstruktion eines kontinuierlichen Datenstroms bzw. von mehreren synchronisierten
kontinuierlichen Datenströmen kann
empfangsseitig für
jedes Paket der Zeitstempel 303 ausgelesen werden. Aus
dem Wert des Zeitstempels 303 kann sich die Position des
Pakets im Datenstrom definieren. Fehlende Pakete können dadurch
erkannt werden, dass die Differenz der Zeitstempel 303 zwischen
dem aktuell empfangenen und dem letzten empfangenen Paket sich von
1 unterscheidet. Die fehlenden Pakete können empfangsseitig durch sog.
Nullpakete ersetzt werden.
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Nachdem
für alle
Frequenzbänder
die Pakete eines gewissen Zählerstandes
empfangen wurden bzw. durch Nullpakete ersetzt wurden, können sie
an die Signalverarbeitung des Empfängers weitergereicht werden.
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Es
kann sich beispielsweise empfehlen, den Nutzer über die Anzahl der verloren
gegangenen Pakete zu informieren. Eine hohe Anzahl von verloren gegangenen
Paketen kann z. B. auf andere Hardware-Probleme hindeuten.
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Der
Inhalt der Nullpakete ist beispielsweise so zu wählen, dass sie eine möglichst
geringe Auswirkung auf den Empfän ger
haben. Zum Beispiel ist es möglich,
alle Werte im Nullpaket als Null zu wählen, oder die Abtastwerte
im Nullpaket rein zufällig
zu wählen.
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Grenzen
der Rekonstruktion sind durch den Maximalwert des Zeitstempels 303 vorgegeben.
Das beschriebene Verfahren kann in einem Ausführungsbeispiel beispielsweise
so lange funktionieren, wie die Anzahl verloren gegangener Pakete
zwischen zwei erfolgreich empfangenen Paketen in einem Datenstrom
kleiner dem Maximalwert des Zeitstempels 303 ist. Gehen
mehr Pakete verloren, so kann beispielsweise empfangsseitig nicht
mehr die korrekte Anzahl der verloren gegangenen Pakete festgestellt werden,
außer über eine
weitere Informationsquelle, zum Beispiel eine PC-Uhr, liegt eine
grobe Schätzung über die
Anzahl der verloren gegangenen Pakete vor.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
kann die Wirksamkeit bzw. Effizienz einer Flottenverwaltung von
z. B. Verkehrsbetrieben oder des Transportwesens durch das erfindungsgemäße Konzept
erhöht
werden, indem die Korrelation der Datenpakete (z. B. mit einem Referenzmuster)
beispielsweise nicht mehr im Fahrzeug durchgeführt wird, sondern in einer
Zentrale durchgeführt
wird. Die Zentrale kann beispielsweise eine größere Rechenkapazität bereitstellen
und einen Überblick über die
Daten mehrerer Fahrzeuge haben. Weiterhin können die Satellitenempfänger 200 im
Fahrzeug unter Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens sehr kompakt
aufgebaut sein und brauchen beispielsweise keine große oder im
optimalen Fall gar keine Rechenkapazität für Korrelationsberechnungen
bereitstellen, wenn beispielsweise diese Rechenschritte von der
Zentrale ausgeführt
werden. Beispielsweise könnte
die Zentrale die Fahrzeuge dann über
einen Steuerkanal unter Verwendung von Steueranweisungen über ihre
aktuellen Positionen informieren.
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Der
Satellitenempfänger 200 kann
beispielsweise auch über
eine USB-Schnittstelle (Universelle Serielle Bus- Schnittstelle) oder eine alternative übertragungsfehlerbehaftete
bidirektionale Schnittstelle verfügen, die beispielsweise zur Übertragung
der Datenpakete 230 zu der Vorrichtung 100 verwendet werden
kann. Auch wenn eine USB-Schnittstelle
beispielsweise eine bidirektionale Datenübertragung erlaubt, kann sie
in einem Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens
genutzt werden. Beispielsweise kann es effizienter sein, eine bidirektionale
Schnittstelle unidirektional zu betreiben und eine empfängerseitige
Auswertung unter Verwendung des hier beschriebenen Konzepts bzw.
mittels Korrelationsverfahren durchzuführen, als beispielsweise bei jedem
Fehler eine erneute Anforderung der fehlerhaften Pakete zu veranlassen.
Im Rückkanal
der bidirektionalen Schnittstelle könnten beispielsweise Steuerinformationen
mit einer geringen Datenrate gesendet werden.
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Die
Vorrichtung 100 zum Erzeugen eines Datenstroms 101,
der Satellitenempfänger 200 sowie die
Komponenten der Systeme 500, 700 zum Übertragen
von Datenpaketen, die auf einem Empfangssignal eines Satellitenempfängers basieren,
und die mit Paketfolgemarkierungen versehen sind, können in
digitaler oder analoger Logik, beispielsweise als elektronische
oder photonische Schaltungen aufgebaut sein.
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Abhängig von
den Gegebenheiten kann das erfindungsgemäße Verfahren in Hardware oder
in Software implementiert werden. Die Implementierung kann auf einem
digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette oder CD mit
elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem
programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass das entsprechende
Verfahren ausgeführt
wird. Allgemein besteht die Erfindung somit auch in einem Computerprogrammprodukt
mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode
zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Rechner abläuft. In
anderen Worten ausgedrückt,
kann die Erfindung somit als ein Computerprogramm mit einem Pro grammcode
zur Durchführung
des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computerprogramm auf
einem Computer abläuft.