DE10318643A1 - Mehrwertiges FSK Frequenzmodulationssystem - Google Patents

Mehrwertiges FSK Frequenzmodulationssystem

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Abstract

Es wird ein mehrwertiges FSK Frequenzmodulationssystem zur Verfügung gestellt, bei dem, wenn zu sendende Daten mehrwertig sind und gesendet/empfangen werden, der Detektionswert bei jedem Symbol unterschiedlich ist. Wenn ein zweiwertiges Signal als ein Symbol übertragen wird, dann waren die Daten (11), (01), (00) und (10) früher jeweils auf zum Beispiel eine Umtastung von -6, eine Umtastung von +6, eine Umtastung von +2 und eine Umtastung von -2 eingestellt. Wenn die nächsten einzugebenden Daten den Wert von (00) haben, dann wird die Abbildung so ausgeführt, dass es ab dem Ort der aktuellen Daten ein Zeichengewicht von +2 vom Zeichengewicht am Ort der aktuellen Daten zur Verfügung stellt. Wenn die als nächstes einzugebenden Daten den Wert (10) haben, dann wird die Abbildung so ausgeführt, dass es ein Zeichengewicht von -2 vom Ort des aktuellen Zeichengewichts ab zur Verfügung stellt. Folglich können sogar dann, wenn Daten vom selben Wert eingegeben werden, Signale immer in unterschiedlichen Werten detektiert werden, so dass der Zeichendetektionspunkt nicht fehlerhaft festgelegt wird.

Description

  • 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.

Claims (4)

1. Mehrwertiges FSK Frequenzmodulationssystem, gekennzeichnet durch: einen Codierer, der so aufgebaut ist, dass er ein Modulationssignal erhält, welches auf differenziellen Daten zu einem früheren Symbolwert basiert, um das Modulationssignal abzubilden oder zu mappen und die abgebildeten oder gemappten Daten unterschiedlich zu codieren.
2. Mehrwertiges FSK Frequenzmodulationssystem, gekennzeichnet durch: einen Codierer, der so aufgebaut ist, dass er ein Modulationssignal erhält, welches auf differentiellen Daten zu einem vorhergehenden Symbolwert basiert, wobei die erhaltenen mehrwertigen, differenziellen Abbildungs- oder Mapp-Daten acht besondere Werte auf einer Frequenzebene hat und ein Symbolabstand zwischen den Symbolwerten eines jeden besonderen Wertes eine vierwertige Amplitude hat.
3. Frequenzmodulation system nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulationssignal PCM Codedaten zur Fernsteuerung umfasst.
4. Frequenzmodulationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die abgebildeten Daten aus einem Gray-Code gebildet werden.
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