DE19514030C2 - Verfahren zum Erkennen der Zeittelegramme im gestörten Signal eines Zeitzeichensenders - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von Zeittelegrammen im gestörten Signal eines Zeitzeichensenders nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In Schubert, M.: "Untersuchungen der Parameter einer digitalen Korrelation zur Implementierung in Zeitzeichenempfängern", 5. Europäischer Chronometriekongreß vom 18.-19 Oktober 1994 CECi 94) in Bessancon, Frankreich, S. 37-40, wird ein Verfahren zum Erkennen von Zeit-Telegrammen im gestörten Signal eines Zeitzeichensenders beschrieben, bei dem mit Hilfe von Korrelationsfunktionen jedem empfangenen Bit zwei Wahrscheinlichkeiten zugeordnet werden. Dabei werden zu jedem Bit zunächst die Wahr­ scheinlichkeiten des Signals mit der Ähnlichkeit mit einer logischen "0" und zusätzlich die mit der Ähnlichkeit einer logischen "1" abgespeichert. Die Auswertung wird erst dann vorgenommen, wenn das vollständige Protokoll empfangen wurde und somit auch die Prüfbits in die Auswertung mit einfließen können. Bei der Auswertung werden aufgrund der beiden Wahrscheinlichkeiten die jeweilige Wertigkeit des Bits bestimmt. Anschließend erfolgt die übliche Prüfung der in einer Anzahl von Bits enthaltenen Information aufgrund der Parität und der Plausibilität. Führen diese beiden Prüfungen zu einem gültigen und sinnvollen Ergebnis, so wird die Auswertung mit einem richtigen Ergebnis abgeschlossen. Ansonsten werden einzelne Bits aufgrund Ihrer zugeordneten Wahrscheinlichkeitspaare solange korrigiert bis ein plausibles Ergebnis vorliegt. Weiterhin ist dieser Druckschrift zu entnehmen, daß dieses Verfahren auf alle in Teilinformationen des Zeitzeichensenders angewendet werden kann, die mit einem Prüfbit versehen sind.

In der DE 37 33 965 A1 wird ein Verfahren zur Informationsgewinnung aus gestörten Daten eines Zeitzeichensenders beschrieben, bei dem die Signalauswertung anhand eines Protokollfeldes erfolgt. Die empfangenen Zeittelegramme, die aus den Bitfolgen jeweils einer Minute bestehen, werden in einem Speicherfeld mit 60 Spalten und X Zeilen abgelegt. Für jedes Zeittelegramm ist eine Zeile im Speicherfeld vorgesehen. Zur Gewinnung fehlerfreier Daten werden die im Protokollfeld gespeicherten Zeittelegramme dann so zusammengefaßt und bewertet, daß sich die Daten aus den Störungen herausheben. Da sich die Minuten mit jedem Zeittelegramm ändern, wird bei dem bekannten Verfahren vorgeschlagen, die Bitwerte der untersten Stelle der Stunden und die der Minuten mit im voraus berechenbaren Musterfunktionen zu vergleichen. Weiterhin wird vorgeschlagen die Einträge in das Protokollfeld mit einem Wert für ihre Empfangssicherheit zu gewichten. Damit soll eine schnellere Konvergenz der Wahrscheinlichkeit erreicht werden, mit der ein Zeittelegramm richtig erkannt wird. Als Gütekriterium für die Gewichtung ist das Signal- Rauschverhältnis angegeben.

Das bekannte Verfahren benötigt einen großen Speicherbereich um das Protokollfeld anzulegen. Dieser hohe Bedarf an Speicherkapazität, was schließlich auch den Einsatz großer Rechnerleistung bestimmt, wird noch weiter erhöht, wenn jeder Eintrag im Protokollfeld um einen Werte für seine Empfangssicherheit ergänzt wird. Soll die Empfangssicherheit mit einer hohen Auflösung angegeben werden, so wird der Speicherbedarf nochmals erhöht. Außerdem ist der rechnerische Aufwand, um die Werte der vorgeschlagenen 400 Einträge im Protokollfeld zusammenzufassen, nicht praktikabel. Die Zeit, die vergeht um eine gültige Uhrzeit zur Anzeige zu bringen, ist dementsprechend hoch.

Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Verfahren zum Erkennen von Zeittelegrammen im gestörten Signal eines Zeitzeichensenders anzugeben, das nur einen geringen Bedarf an Speicherkapazität aufweist und schneller eine Auswertung erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt nach den Merkmalen des Unteranspruches.

Das Verfahren zum Erkennen von Zeittelegrammen im gestörten Signal eines Zeitzeichensenders umfaßt die nachfolgend aufgezählten Verfahrensschritte. Den empfangenen Informationen/Bits werden beim Empfang Wahrscheinlichkeiten zugeordnet, deren Vorzeichen den Wert des Bits angibt und deren Betrag die Empfangssicherheit wiedergibt. Die Wahrscheinlichkeiten aufeinanderfolgender Zeittelegramme werden mit Ausnahme der Bits, welche die Minuteninformation kennzeichnen, in einem 1-dimensionalen Speicherfeld zeitrichtig summiert. Aus den summierten Wahrscheinlichkeiten wird ein reduziertes Zeittelegramm rekonstruiert, das zunächst noch keine Information über die Minuten enthält. Ändert sich das rekonstruierte Zeittelegramm für zwei aufeinanderfolgende Zeitintervalle nicht und sind für alle Bits vorgegebene Mindestwerte für den Betrag der Wahrscheinlichkeiten überschritten, dann gilt das reduzierte Zeittelegramm als richtig erkannt.

Die Minuten werden durch Vergleich mit einer Tabelle mit Musterfunktionen ermittelt und zu dem als richtig erkannten Zeittelegramm hinzugefügt. Das Verfahren zeichnet sich durch ein sicheres und schnelles Erkennen auch von stark gestörten Zeittelegrammen aus. Es benötigt zur Ausführung nur ein Minimum an Arbeitsspeicher und kann somit auch in kleinsten Funkuhren implementiert werden.

Kurze Beschreibung der Figuren:

Fig. 1 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel für das Dekodieren der Minuteninformation anhand von Referenzbitmustern.

Die folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Zuhilfenahme der Figuren erläutert.

Die Fig. 1 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens. Zunächst wird beim Empfang des Telegramms zu jedem Bit eine Wahrscheinlichkeit für dessen Empfangssicherheit ermittelt. Die Erkennung der einzelnen Bits und die Zuordnung der entsprechenden Wahrscheinlichkeiten erfolgt beispielsweise nach dem in der DE 44 27 885 beschriebenen Verfahren durch das Berechnen von Flächenaquivalenten.

Es werden immer 60 Bits zu einem vollständigen Zeittelegramm zusammengefaßt. Dabei ist es notwendig innerhalb des Signals den Beginn des Zeittelegramms zu ermittelten. Der Beginn ist im Protokoll des Zeitzeichensenders DCF 77 der Physikalisch Technischen Bundesanstalt durch das Auslassen einer Sekundenabsenkung gekennzeichnet. Protokolle anderer Zeitzeichensender verwenden andere Methoden um den Beginn eine Zeittelegramms zu kennzeichnen. Es sind daher unterschiedliche Verfahren notwendig, den Beginn des Zeittelegramms zu erfassen. Sie müssen auf den jeweils zu empfangenen Zeitzeichensender angepaßt werden.

In aufeinanderfolgenden Zeittelegrammen unterscheiden sich, solange die Stunde nicht wechselt, nur die Minutenangaben. Die restliche Information ist gleich, d. h. in den entsprechenden Bitstellen zweier aufeinanderfolgender Zeittelegramme steckt im wesentlichen dieselbe Information. Ändert sich der Informationsgehalt, ist mindestens ein Bit der beiden aufeinanderfolgenden Zeittelegramme fehlerhaft.

Vergleicht man in zwei derart aufeinanderfolgenden Zeittelegrammen die Bitpositionen miteinander, an denen sich der Informationsgehalt ändert, so kann man aufgrund der zugeordneten Bewertungszahlen den Informationsgehalt rekonstruieren. Dabei wird die Information als wahrscheinlich richtig angenommen, für die die Bewertungszahl eine höhere Wahrscheinlichkeit angibt. Die Bitpositionen, an denen die Minuten kodiert sind, werden voll dieser Korrektur ausgenommen, da sich zumindest das Bit für die kleinste Stelle in jedem Zeittelegramm ändert.

Um die Fehlerreduzierung weiter zu verbessern, werden die Bewertungszahlen im Verlauf mehrerer Zeittelegramme im Feld summiert. Dadurch wird eine noch zuverlässigere Bestimmung des Informationsgehalts jedes einzelnen Bits möglich, ohne daß ein Protokollfeld großen Ausmaßes für die Speicherung der relevanten Zeittelegramme notwendig wird.

Bei einer autonomen Funkuhr wird nicht ständig die empfangene Zeit zur Anzeige gebracht. Vielmehr wird eine interne Quarzuhr zur Anzeige verwendet, die in vorgegebenen Zeitabständen mit dem Zeitzeichensender synchronisiert wird. Es ist besonders wichtig, die interne Quarzuhr erst dann mit der empfangenen Zeit zu synchronisieren, wenn ein Zeittelegramm mit hoher Wahrscheinlichkeit fehlerfrei rekonstruiert wurde. Das Dekodieren der Information kann also erst dann abgebrochen werden, wenn die Zuverlässigkeit der dekodierten Bits mit einer hohen Sicherheit bestimmt ist. Diese Zuverlässigkeit wird durch den Vergleich mit der eine Minute zuvor gewonnenen Information bestimmt. Die Bitinformation des vorigen Zeittelegramms wird festgehalten und mit der aktuellen Information verglichen. Stimmen die einzelnen Bits überein und überschreiten alle Beträge der Wahrscheinlichkeiten einen Mindestwert, so ist das Zeittelegramm mit einer genügend hohen Wahrscheinlichkeit richtig erkannt worden.

Da durch die Mittelung über mehrere Minuten die gesendete Information der aktuellen Minute ständig wechselt, kann die Minute nicht durch Mittelung der Bitinformation gewonnen werden. Zur Gewinnung der Minuteninformation werden die Minutenbits für jede gesendete Minute festgehalten.

Zur Bestimmung der aktuellen Minute wird ein Referenzbitmuster (BCD-Code Tabelle) über die dekodierte Minuteninformation geschoben. Das geschieht solange bis eine maximale Übereinstimmung zwischen Refierenzbitmuster und der Minuteninformation detektiert werden kann; zum Beispiel durch bitweisen Vergleich. Um die Genauigkeit zu erhöhen werden die Minutenbits mehrerer aufeinanderfolgende Zeittelegramme zusammengefaßt und gemeinsam mit dem Referenzbitmuster verglichen.

Die Fig. 2 zeigt ein Beispiel zur Bestimmung der aktuellen Minute. Als dekodierte Minutenbits sind die BCD kodierten Bitfolgen für die aufeinanderfolgenden Minuten 8 bis 11 in einem Block zusammengefaßt. Dieser Block wird nun solange über dem Referenzbitmuster verschoben, bis der bitweise Vergleich eine maximale Übereinstimmung ergibt. Je nach Ausgestaltung des Verfahrens wird entweder der erste oder der letzte Wert des Blocks als Antwort ausgegeben. Im gezeigten Beispiel wäre das entweder die 8 oder die 11.

Dieses Verfahren gestattet auch bei falsch erkannten einzelnen Bits die Gewinnung der aktuell gültigen Minute, da stets die Zeitspanne vom Eintrag in das Feld bis zur aktuellen Zeit bekannt ist.

Claims (2)

1. Verfahren zum Erkennen von Zeittelegrammen im gestörten Signal eines Zeitzeichensenders, mit folgenden Verfahrensschritten:

• 1. den empfangenen Informationen/Bits werden beim Empfang Wahrscheinlichkeiten zugeordnet, deren Vorzeichen den Wert des Bits angibt und deren Betrag die Empfangssicherheit wiedergibt;
• 2. die Wahrscheinlichkeiten aufeinanderfolgender Zeittelegramme werden mit Ausnahme der Bits, welche die Minuteninformation kennzeichnen, in einem 1-dimensionalen Speicherfeld zeitrichtig summiert;
• 3. aus den summierten Wahrscheinlichkeiten wird ein reduziertes Zeittelegramm rekonstruiert, das zunächst noch keine Information über die Minuten enthält;
• 4. ändert sich das rekonstruierte Zeittelegramm nicht für zwei aufeinanderfolgende Zeitintervalle und sind für alle Bits vorgegebene Mindestwerte für die Wahrscheinlichkeiten überschritten, dann gilt das reduzierte Zeittelegramm als richtig erkannt;
• 5. die Minuten werden separat ermittelt und zu dem als richtig erkannten Zeittelegramm hinzugefügt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Minuten durch den Vergleich mit einer Tabelle mit Musterfunktionen ermittelt werden.