-
Die Erfindung bezieht sich auf ein mehrwertiges FSK Frequenzmodulationssystem für
ein Fernsteuergerät zur Steuerung eines Objektes, das sich an einem entfernten Ort befindet,
auf der Grundlage von Steuerdaten, welche durch Radiowellen übertragen werden. FSK
(Frequecy Shift Keying) bedeutet dabei eine Frequenzumtastung.
-
Fernsteuergeräte zur Beeinflussung eines sich bewegenden Gegenstandes oder
Instrumentes von einem entfernten Ort über Steuerinformation, welche von Radiowellen übertragen
wird, sind allgemein bekannt. Modellautos und Modellschiffe sind ein Beispiel für die sich
bewegenden Objekte, welche durch die Radiowellen gesteuert werden sollen.
-
Da solch eine Vorrichtung im Allgemeinen schmalbandige Modulationssignale
benutzt, welche vom Rundfunkgesetz erlaubt sind, wird von binären (oder zweiwertigen)
Impulsdaten Gebrauch gemacht. Jedoch verbreitert sich die Bandbreite der Trägerfrequenz, wenn
die Datenübertragungsrate erhöht wird, um das Ansprechverhalten des gesteuerten Gerätes zu
verbessern. In der Konsequenz erzeugt dies ein Problem, dass zwischen den Steuersignalen in
Nachbarkanälen eine Intersymbolinterferenz auftritt.
-
Um solch ein Problem zu lösen, kann darüber nachgedacht werden, dass die
Steuerdaten in einen mehrwertigen Wert konvertiert werden, zum Beispiel könnten zwei Bits in ein
Symbol konvertiert werden, um die konvertierten Daten zu übertragen, so dass die
Übertragungsrate erhöht werden kann, ohne dass die Übertragungszeit eines Symbols in einem
herkömmlichen System verändert wird.
-
Die Fig. 5(a) und (b) zeigen schematisch ein Gerät, um zweiwertige Daten als
vierwertige Daten in Übereinstimmung mit dem herkömmlichen System über eine Entfernung
zu übertragen.
-
In Fig. 5 zeigt die Nummer 11 eine 2-zu-4-Wert-Übertragungsschaltung, welche
digitale Eingabedaten eines binären Formats (0, 1) zur Steuerung empfängt. Die Frequenz eines
Frequenzmodulators 12 moduliert eine Trägerfrequenz mit den durch die 2-zu-4-Wert-
Übertragungsschaltung konvertierten Ausgabedaten. Ein Hochfrequenzleistungsverstärker 13
verstärkt ein moduliertes Trägersignal und gibt es dann an eine Sendeantenne 14.
-
Eine Empfangsantenne 21 empfängt die vom Sender 13 ausgesandten Radiowellen.
-
Ein Hochfrequenzverstärker 22 verstärkt die von der Antenne 21 empfangenen Radiowellen
auf ein Signal eines konstanten Wertes. Der Frequenzdetektor 23, der von einem
Diskriminator gebildet wird, empfängt das Verstärkersignal und gibt es dann als einen vorgegebenen
Spannungswert aus (z. B. eine vierwertige Spannung).
-
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden vierwertige
Gleichspannungskomponenten detektiert. Jedoch konvertiert die nächste
4-zu-2-Wert-Übertragungsschaltung 24 die vierwertigen Werte in ein vorgegebenes Codesignal.
-
In Fig. 5(c) ist das Codesignal in der vierwertigen Frequenz-/Amplitudenebene
dargestellt. Zum Beispiel entspricht die Frequenz f0 einem 2-Bit-Codesignal von "00". Die
Frequenz f1 entspricht einem 2-Bit-Codesignal von "01". Die Frequenz f2 entspricht einem 2-Bit-
Codesignal von "11 ". Die Frequenz f3 entspricht einem 2-Bit-Digitalsignal von "10".
-
Im Fall des vierwertigen FSK Frequenzmodulationssystems erzeugt der
Frequenzdetektor oft Ausgangssignale desselben Amplitudenwertes für eine lange Zeitperiode ohne
Rücksicht auf die 2-zu-4-Übertragungsschaltung, wenn dieselben Symbole der
Übertragungsdaten nacheinander erzeugt werden. Folglich wird es schwierig, die Intersymboldecodierung
eines digitalen Signales (oder einen Zeichenpunkt zu detektieren) durchzuführen. Folglich
sind die detektierten Daten fehlerhaft.
-
Um solch ein Problem zu vermeiden, werden Modulationssysteme vorgeschlagen,
welche ein Einleitungssignal während einer vorgegebenen Zeitperiode einfügen, während
dieselben Zeichen während dem Codieren nicht kontinuierlich ausgegeben werden, oder das
nächste Zeichen im Vergleich zum vorgehenden Zeichen invertieren, wenn dieselben Daten
folgen. Der Nachteil an diesen Systemen ist jedoch, dass die
Informationsübertragungseffizienz ausgesprochen niedrig ist, weil den ursprünglichen Daten zusätzliche Daten hinzugefügt
werden.
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes mehrwertiges FSK
Frequenzmodulationssystem zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, die
Trägerfrequenzen zu modulieren und mehrwertige Daten zu übertragen und zu empfangen.
-
Ein mehrwertiges FSK Frequenzmodulationssystem entsprechend der Erfindung ist in
den unabhängigen Ansprüchen charakterisiert, während die Unteransprüche vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung enthalten.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen beschrieben, in
denen:
-
Fig. 1 ein Blockdiagramm ist, welches einen Sender/Empfänger darstellt, der ein
mehrwertiges Modulationssystem entsprechend der vorliegenden Erfindung benutzt;
-
Fig. 2 eine Tabelle ist, welche die Gewichtung von Zeichen für unterschiedliche Codierung
auflistet;
-
Fig. 3 ein erklärendes Diagramm ist, welches die aktuellen Daten darstellt, die basierend auf
den früheren Daten abgebildet werden;
-
Fig. 4 ein Wellenformdiagramm ist, das teilweise eine modulierte Wellenform darstellt,
welche durch Abbildung verschoben ist; und
-
Fig. 5 ein Blockdiagramm ist, welches einen herkömmlichen Sender/Empfänger für Zwei-
Wert-zu-Vier-Wert-Konversion darstellt.
-
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, welches ein Ausführungsbeispiel entsprechend der
vorliegenden Erfindung darstellt. In Bezug auf Fig. 1 stellt Fig. 11 einen Differenzcodierer
(Decoder) dar, in den die Übertragungsdaten eingegeben werden. Der Differenzcodierer 21 wird
aus einer Tabelle gebildet, aufgrund der die nächsten Übertragungsdaten abgebildet werden,
auf der Basis der früheren Übertragungsdaten, so wie dies später beschrieben wird.
-
Ein Frequenzmodulator 22 moduliert die Frequenz von Modulationssignalen, die von
dem Differenzcodierer 21 erzeugt werden. Ein Hochfrequenzleistungsverstärker 23 verstärkt
die Leistung einer modulierten Trägerfrequenz. Die Nummer 24 stellt eine Sendeantenne dar.
-
Eine Empfangsantenne 25 empfängt die Information, welche von der Sendeseite
ausgesandt wird. Nummer 26 stellt einen Hochfrequenzverstärker dar. Nummer 27 stellt einen
Frequenzdetektor dar, der von einem Diskriminator gebildet wird.
-
Ein Differenzcodierer (Decoder) 28 auf der Sendeseite konvertiert die durch die
Abbildung decodierten Daten in die Originalreihenfolge. Folglich kann die Steuerinformation für
ein zu steuerndes Objekt von den Daten des Differenzdecoders 28 erhalten werden.
-
Fig. 2 ist eine Tabelle, welche die Gewichtsverschiebungsbeträge auflistet, welche den
Betrag der Umtastung oder Verschiebung von Daten zeigen, die als nächstes zu einem
Zeitpunkt mit vierwertigen Daten Y1, Y2 ausgegeben werden, während die vierwertigen Daten
Y1, Y2 in den Sender eingegeben werden.
-
In Fig. 2 sind Y1, Y2 Daten, die ein Symbol darstellen, welches aus zwei Bits gebildet
wird und welches das Intervall angibt, während dem die Umsetzungsbeträge davon abgebildet
oder gemappt werden (oder das Zeichen gewichtet wird).
-
Fig. 3 ist eine Gewichtsübergangstabelle, die auflistet, wie sich das Zeichengewicht
der Daten verändert. In Fig. 3 markiert eine schwarze rechtwinklige Marke die
Zeichenposition eines früheren Symbols. Die linke Spalte zeigt ein Zeichengewicht im Sinne eines
Gewichtschiebebetrages und die horizontale Achse stellt einen Datenübergang dar. Wie aus Fig.
3 ersichtlich ist, wird das Gewicht eines vierwertigen Frequenzmodulationssignales durch die
differentielle Codierung eines Zwei-Bit-Signales auf eine 8-Niveau-Amplitudenebene für
jedes Symbol abgebildet. Die Tabelle zeigt, dass die 8-wertigen Zeichengewichte jeweils durch
(- 7), (- 5), (- 3), (- 1), (+ 1), (+ 2), (+ 3), (+ 5) und (+ 7) dargestellt werden. In diesem Fall sind die
differenziellen Amplitudenwerte + 2, - 2, + 6 und - 6 jeweils den Zwei Bit-Daten (00), (10), (01)
und (11) zugeordnet.
-
Nun wird der in Fig. 3 dargestellte Übergang beschrieben. Beim Übergang 4 hat eine
frühere Datengewichtsposition den Wert (- 1). Wenn die bei einer positiven Umtastung oder
Verschiebung eingegebenen Daten den Wert (00) haben, dann beträgt der Umtastungsbetrag
+2, so wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Folglich erhalten die Daten einen Wert mit einem
Zeichengewicht von + 1, der auf (- 1) + (+ 2) basiert. Beim Übergang 4 hat das Zeichengewicht
einen Wert von - 3 ( = (- 1) + (- 2)), wegen einem Umtastungsbetrag von - 2, so wie dies in Fig. 2
dargestellt ist, wenn ein als nächstes einzugebendes 2-Bit-Symbol den Wert (10) hat.
Auf ähnliche Art und Weise hat der Schiebebetrag den Wert + 6, wenn beim Übergang
4 die als nächstes einzugebenden Daten den Wert (01) haben. Folglich erhält das
Zeichengewicht den Wert + 5. Wenn die Daten den Wert (11) haben, dann hat der Schiebebetrag den
Wert - 6 und der Zeichengewichtswert hat einen Wert von - 7. Wenn der Zeichengewichtswert
einen kleineren Wert als - 7 erhält, dann verändert sich der Umtastungsbetrag auf + 7. Der
Gewichtsabstand zwischen + 7 und - 7 ist auf + 2 eingestellt.
-
Das Zeichengewicht verschiebt sich um 1/8 bei jedem Symbol. Jedes Symbol hat ein
unterschiedliches Zeichengewicht, so dass die Lauflänge von 1 garantiert wird. Die
Gewichtsdistanz eines jeden Symboles ist 4, was zum gleichen Abstand wie dem in dem
herkömmlichen vierwertigen Frequenzmodulationssystem korrespondiert. Dies zeigt dieselben
Fehlerratencharakteristika.
-
Ein unterschiedliches Bit in der Nachbarschaft eines Symboles hat nur den Wert 1 und
wird in einen Gray-Code konvertiert. Dies kann den Zahlenwert davor bewahren, dass er
aufgrund eines 1-Bit-Fehlers eine große Abweichung aufweist.
-
Wie aus der Zeichentabelle klar ist, verschiebt sich das Zeichengewicht um 1/8, wenn
die Symbole (00) und (10) kontinuierlich auftreten. Das Modulationsschema entsprechend der
vorliegenden Erfindung kann ausgehend von diesem Verhalten als ein vierwertiges 1/8-
Umtastungs- Frequenzmodulationssystem bezeichnet werden.
-
Beim Decodieren wird die Frequenzdetektion in einer ähnlichen Art und Weise
durchgeführt, wie bei einem herkömmlichen vierwertigen FSK Frequenzmodulationssystem, so
dass das Symbol in den Basisbandbereich zurückkehrt. Folglich können 2-Bit-Daten auf der
Basis eines differenziellen Amplitudenbetrags zwischen empfangenen Daten und früheren
Daten bewertet werden.
-
Fig. 4 zeigt einen Zeichengewichtsübergang (Modulationswellenform), der mit dem
Symbolwert übereinstimmt, wenn der Symbolwert von - 7 ein Startwert ist.
-
Eine vierwertige Symbolsequenz, welche in diesem Ausführungsbeispiel benutzt wird,
ist 00111100010101011000011000101110. Wie aus diesem modulierten Wellensystem
verstanden werden kann, gibt es keine kontinuierliche Frequenzebene bei jedem Symbol.
-
Entsprechend der vorliegenden Erfindung verändert sich die Signalamplitude eines
Symbolpunktes bei jedem Symbol, wenn ein mehrwertiges Signal aus einem zweiwertigen
Signal gebildet wird. Aus diesem Grund kann die Symbolsynchronisation leicht erhalten
werden, wenn die durch den Differenzdecoder erhaltenen Daten auf der Empfangsseite
empfangen werden.
-
Die vorliegende Erfindung ist insofern vorteilhaft, dass die
Zeichenübertragungseffizienz sich nicht verschlechtert, weil es vermieden werden kann, dass Daten derselben
Amplitude ohne Hinzufügung von redundanten Daten übertragen werden.
-
Darüber hinaus hat in der vorliegenden Erfindung die Frequenzamplitudenebene acht
Werte, wobei aber der Intersymbolabstand zwischen jedem Symbol derselbe ist, wie bei dem
vierwertigen Frequenzmodulationssystem. Folglich gibt es keine Verschlechterung des
Phänomens, welches die Fehlerrate verursacht, weil dieselbe Fehlerratencharakteristik wie beim
vierwertigen FSK Frequenzmodulationssystem vorliegt.