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Verfahren zur Erzeugung wenigstens zweier statistisch verteilter Schwankungsvorgänge
zur Nachbildung von Interferenzerscheinungen elektromagnetischer Wellen Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Erzeugung wenigstens zweier statistisch verteilter Schwankungsvorgänge
zur Nachbildung von Interferenzerscheinungen elektromagnetischer Wellen, wobei zur
Bildung des ersten Schwankungsvorganges die Spannungen mehrerer auf etwa der gleichen
Frequenz schwingender Oszillatoren vektoriell werden.
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Mit dem obenerwähnten Verfahren sollen die Eigenschaften . eines Funkübertragungsweges
im Bereich kurzer Wellen möglichst gut nachgebildet werden. Da mit dem Verfahren
unterschiedliche Funkübertragungsverfahren - hinsichtlich ihres Verhaltens gegenüber
den auf Funkkanälen vorkommenden Störungen - untersucht werden sollen, wird die
reproduzierbare Einstellung der wichtigsten Betriebsparameter eines Funkübertragungsweges
gefordert.
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Zur Untersuchung von Diversity-Effekten muß außerdem ein zweiter Ausgangspegel
erzeugt werden, der die gleiche Häufigkeitsverteilung aufweist wie der erste Ausgangspegel.
Die Korrelation zwischen beiden Schwankungsvorgängen ist dabei zweckmäßigerweise
veränderlich zu machen, damit auch der Einfiuß der Korrelation auf die Betriebsgüte
einer Diversity-übertragung untersucht werden kann.
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Geräte zur Nachbildung von Schwunderscheinungen mit zwei Ausgängen
sind in zwei nach verschiedenen Verfahren arbeitenden Ausführungen bekannt. Bei
der frühesten bekannten Ausführungsform wird die Pegelschwankung am ersten Ausgang
dadurch erzeugt, daß zwei Modulatoren zwei Trägerschwingungen von annähernd gleicher
Frequenz zugeführt werden und die Modulationsprodukte der beiden Modulatoren vektoriell
addiert werden. Der zweite Ausgang wird dadurch gewonnen, daß die Modulationsprodukte
eines weiteren Modulators mit denen eines der ersten Modulatoren zusammengeführt
werden. Die Trägerspannung bezieht der weitere Modulator dabei über .einen von 0
bis 360° einstellbaren Phasenschieber.
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Durch Verstellung des Phasenschiebers lassen sich die beiden Kurven
zeitlich gegeneinander verschieben. Durch die zeitliche Verschiebung läßt sich mithin
auch die Korrelation .zwischen den beiden Pegelschwankungen verändern.
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-pie mit dieser Schaltung erzeugten Pegelschwankringen entsprechen
in verschiedener Hinsicht nicht den Empfangspegelschwankungen an Diversity-Antennen.
So weisen die Pegelschwankungen in der Praxis gewöhnlich nicht den mit einer solchen
Schaltung erzielten periodischen Verlauf auf. Ein bis auf die zeitliche Verschiebung
vollkommen identischer Verlauf der Pegelschwankungen auf beiden Ausgängen stellt
ebenfalls eine Abweichung gegenüber den bei praktisch durchgeführtem Diversity-Empfang
auftretenden Verhältnissen dar. Weiter ist von Nachteil, daß eine durch Einstellung
des Phasenschiebers eingestellte Korrelation keinerlei Streuung aufweist, während
die zwischen Diversity-Antennen gemessenen Korrelationskoeffizienten statistisch
verteilt sind. Die Bedeutung der statistischen Verteilung des Korrelationskoeffizienten
kann man z. B. daraus ermessen, daß bei Diversity-Antennen reit üblicher Korrelation
(etwa -f- 0,4) der Fall nicht ausgeschlossen ist, daß die Amplitude an beiden Antennen
gleichzeitig zu Null wird: Das gleichzeitige Zu-Null-Werden beider Pegel kann nach
der bekannten Schaltanordnung nur dadurch erreicht werden, daß man den Phasenschieber
auf 0° einstellt. Das bedeutet aber für die Korrelation zwischen beiden Pegelschwankungen
einen Wert von -I- 1, d. h., der Diversity-Effekt ginge vollkommen verloren.
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Um auch Schwundvorgänge mit statistischer Verteilung zu erzeugen,
bediente man sich später eines weiteren Verfahrens. Danach werden die Ausgangsspannungen
oder Ströme mehrerer unabhängig voneinander auf ungefähr der gleichen Frequenz schwingender
Oszillatoren addiert. Der Augenblickswert der Summenspannung ist dann von der Größe
der einzelnen Spannungsvektoren und von deren gegen-, seitiger Phasenlage (vektorielle
Addition) abhängig. Wählt man zur Erzeugung der Summenspannung sechs Spannungsvektoren
gleicher Größe, so erhält man einen .Schwankungsvorgang, -der angenähert
durch
eine Rayleigh-Verteilung beschrieben werden kann. Diese Häufigkeitsverteilungen
weisen - zumindest bei Kurzzeitnnessungen - auch die Empfangsfeldstärken ferner
Kurzwellensender auf.
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Die Herstellung jedes der beiden Schwankungsvorgänge erfordert die
Addition der Modulationsprodukte von jeweils sechs Modulatoren.
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Da die Spannungsschwankungen beider Ausgänge von verschiedenen, voneinander
unabhängig schwingenden Oszillatoren erzeugt werden, besteht zwischen beiden Schwankungsvorgängen
keinerlei Korrelation. Genauer gesagt ist es so, daß die Korrelationskoeffizienten
zwar eine statistische Verteilung -aufweisen, daß der Medianwert der Verteilung
jedoch Null beträgt. Dies ist von Nachteil, dadieser Fall -Medianwert der Korrelationsverteilung
gleich Null - bei 'praktisch durchgeführtem Diversity-Empfang im Kurzwellengebiet
nie vorkommt, denn zur Erreichung völlig unkorrelierter Pegelschwankungen an Diversity-Antennen
müßten die verwendeten Antennen in der Praxis nur schwer zu realisierende Abstände
aufweisen.
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Ein weiterer Nachtelf des vorstehend beschriebenen zweiten bekannten
Verfahrens bzw. des nach ihm entwickelten Gerätes liegt darin, daß die Schwundgeschwindigkeit,
die von der Verstimmung der sechs jeweils zusammengefaßten Oszillatoren abhängt,
auf beiden Ausgängen des Gerätes nur -dann gleich groß ist, wenn die sechs Oszillatoren
des Ausgangs 1 gegeneinander die gleichen Verstimmungen aufweisen wie die sechs
Oszillatoren des Ausgangs 2. Um gleich große Schwundgeschwindigkeiten zu erreichen,
müssen also die zwölf Oszillatoren sehr sorgfältig abgeglichen werden.
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Zur Darstellung des Ausgangs 2 war bei den bisher bekannten Verfahren
stets eine Verdoppelung der Zahl der verwendeten Oszillatoren erforderlich.
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In dem Verfahren nach der Erfindung wird der erste Schwankungsvorgang
in der üblichen Weise dadurch gewonnen, daß die Spannungen mehrerer auf etwa der
gleichen Frequenz schwingender Oszillatoren vektoriell addiert werden. Zur Darstellung
des zweiten Ausganges werden im Gegensatz zu den bekannten Verfahren keine zusätzlichen
Oszillatoren und Modulatoren verwendet. Es wird vielmehr erfindungsgemäß so verfahren,
daß zur Bildung weiterer Schwankungsvorgänge mit statistisch verteilten Kreuzkorrelationen
die Beträge oder Nullphasenwinkel wenigstens einer der zur Bildung des ersten Schwankungsvorgangs
verwendeten Oszillatorspannungen vor ihrer weiteren Addition mit den restlichen
Oszillatorspannungen geändert werden und zur kontinuierlichen Einstellung der Medianwerte
der Kreuzkorrelationen die Zahl der in ihrem Nullphasenwinkel zu drehenden Oszillatorspannungen
und/oder die Größe des Nullphasenwinkels geändert werden.
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Im folgenden wird an Hand von drei schematischen Darstellungen das
erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.
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Nach der F i g. 1 wird der erste Schwankungsvorgang in der üblichen
Weise dadurch gewonnen, daß die Ausgänge von sechs Modulatoren Ml bis M6 hintereinandergeschaltet
werden. Die Trägerspannung für jeden der sechs Modulatoren M1 bis Mg wird von sechs
Quarzoszillatoren 01 bis 0s geliefert, die - um wenige Hz verstimmbar -- auf 120
kHz schwingen. Die mit der Niederfrequenz modulierte Zwischenfrequenz wird drei
Modulatoren direkt und drei Modulatoren über eine von 0 bis 2 ms einstellbare Laufzeitkette
zugeführt. Wie aus der F i g. 1 eisichtlich ist, wird der zweite Schwankungsvorgang
dadurch gewonnen, daß von den. äm: Züstandekommen des ersten Schwankungsvorgangs
beteiligten sechs Vektoren IC, bis lt. null bis drei Vektoren in ihrer Phase durch
den Phasenschieber Ph um .einen bestimmten Winkel gedreht werden und zu den restlichen
Vektoren hinzuaddiert werden. Durch dieses Verfahren wurde es möglich, aus einem
Schwankungsvorgang einen weiteren zu erzeugen, der die gleiche Häufigkeitsverteilung
wie der ursprüngliche aufweist.
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Als Phasenschieber Ph läßt sich im einfachsten Fall ein Übertrager
oder eine die Phase um 180° drehende Röhrenstufe verwenden.
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F i g. 2 a zeigt die prinzipielle Wirkungsweise der beschriebenen
Anordnung. Zur Phasendrehung findet ein Übertrager Verwendung. Die beiden resultierenden
Vektoren ICRi und LCR2 sind in der F i g. 2 b für um 180° gedrehte Lagen des Vektors
U6 gezeichnet. Es ist zu erkennen, daß sowohl die Größe als auch die Phase der beiden
resultierenden Vektoren llR 1 und 14 2 in keinem festen Verhältnis zueinander stehen.
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Die F i g. 3 zeigt den zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung UR
1 und UR, im Diagramm. Da beide Schwankungsvorgänge aus den gleichen Einzelkomponenten
zusammengesetzt sind, besteht zwischen den Beträgen und den Phasen der Resultierenden
ein bestimmter Grad der Verwandtschaft. Der Verwandtschaftsgrad wird durch die Größe
des Kreuzkorrelationskoeffizienten ausgedrückt, der mit Hilfe geeigneter Meßinstrumente
(Korrelatoren) bestimmt werden kann. Die Korrelation zwischen den beiden Schwankungsvorgängen
ist jedoch zeitlich nicht konstant, sondern bestimmten statistischen Schwankungen
unterworfen. Eine charakteristische Größe der Korrelationsschwankungen ist der Medianwert
der Korrelation.
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Die Größe des Medianwertes der Korrelation läßt sich bei dem beschriebenen
Verfahren auf unterschiedliche Art und Weise ändern. So kann man z. B. (F i g. 1)
die Zahl der um einen festen Betrag zu drehenden Einzelvektoren variieren. Ebenso
kann man die Zahl der zu drehenden Vektoren konstant halten und die Größe des Nullphasenwinkels
ändern. Auch eine Kombination beider Verfahren kann angewandt werden. Außer der
Beeinflussung des Nullphasenwinkels einzelner Vektoren ist grundsätzlich auch eine
Veränderung ihrer Beträge möglich. In F i g. 1 tritt dann an die Stelle des Phasenschiebers
Ph lediglich ein Dämpfungsglied.
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Die Veränderung der Beträge hat jedoch den Nachteil, daß mit der Variation
des Medianwertes der Korrelation auch eine Beeinflussung des Medianwertes der Amplitudenverteilung
des zweiten Schwankungsvorganges verbunden wäre. Auch würde sich bei Verwendung
von nur sechs Vektoren bereits die Amplitudenverteilung des erzeugten zweiten Schwankungsvorgangs
von der des ursprünglichen unterscheiden.
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Das geschilderte Verfahren erlaubt grundsätzlich auch die Darstellung
von mehr als zwei Schwankungsvorgängen, wobei die verschiedenartigsten Kombinationen
der Medianwerte der Korrelationskoeffizienten eingestellt werden können.
Die
in F i g. 1 gezeigte Schaltung gestattet es, mit Hilfe zweier Meßsender das Verhalten
von Empfangsspannungen auf Diversity-Antennen naturgetreu nachzuahmen. Die wichtigsten
Betriebsparameter, wie Schwundfrequenz, Medianwert der Amplitudenverteilung, Laufzeitunterschiede
auf den einzelnen Ausbreitungswegen und die Größe der Korrelation zwischen beiden
Schwankungsvorgängen lassen sich einstellen. Soll nur ein Schwankungsvorgang erzeugt
werden, so genügt. ein Meßsender. Auf den Eingang der in F i g. 1 gezeigten Schaltung
wird eine - wegen der oberen Grenzfrequenz der Laufzeitkette - möglichst niederfrequente
Zwischenfrequenz des Meßsenders gelegt, die bereits die Modulation enthält. Die
vor den beiden Ausgängen liegenden Bandpässe (F i g. 1) dienen der Ausfilterung
der gewünschten Seitenbänder, die man wieder an geeigneter Stelle in den (oder die)
Meßsender einspeist. Welche Modulationsverfahren untersucht werden können, hängt
von der Art des verwendeten Meßsenders ab. Sehr gut geeignet sind Universal-Meßsender,
die sowohl einseitenbandmäßig als auch mit Telegraphiezeichen moduliert werden können.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist gegenüber den bisher
bekannten folgende Vorteile auf: 1. Der Aufwand ist wesentlich geringer.
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2. Es ist die kontinuierliche Einstellung des Medianwertes statistisch
verteilter Korrelationskoeffizienten möglich.
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3. Die Schwundfrequenz ist auf beiden Ausgängen durch Schaltungszwang
stets gleich groß, solange zur Einstellung der verschiedenen Korrelationskoeffizienten
nur Phasendrehung und keine Amplitudenänderung der Einzelvektoren angewendet wird.
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4. Die entwickelte Schaltung ermöglicht auch die Darstellung von mehr
als zwei Schwankungsvorgängen.