DE19514031C2 - Verfahren zum Detektieren des Beginns von Zeittelegrammen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren des Beginns von Zeittelegrammen im empfangenen Signal eines Zeitzeichensenders nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die meisten Zeitzeichensender im Langwellenbereich übertragen die Zeitinformation in einer Bitfolge während einer Minute, so zum Beispiel der Sender DCF-77 der Physikalisch Technischen Bundesanstalt und der Zeitzeichensender WWVB in den USA.

Die unterschiedlichen Informationseinheiten - z. B. binäre Null, binäre Eins und/oder Frameimpulse - werden durch Pulsweitenmodulation der Austastlücken übertragen, die im Sekundentakt durch Absenken der Trägeramplitude, von einer Referenzuhr gesteuert, erzeugt werden.

Eine Zuordnung der empfangenen Informationen entsprechend ihrer Bedeutung innerhalb des Zeittelegramms (Minuten, Stunden, Tag, Jahr) ist jedoch nur möglich, wenn der Beginn des Zeittelegramms, d. h. der Beginn einer Minute erkannt wurde. Im Übertragungsprotokoll des Senders WWVB wird der Beginn des Zeittelegramms bzw. der Minute durch zwei aufeinanderfolgende Frameimpulse, beim DCF-77 durch Weglassen des 59.ten Sekundenimpulses gekennzeichnet.

Bei bekannten Funkuhren werden diese Marken auf direkte Weise, zum Beispiel durch den Vergleich mit Schwellwerten, detektiert. Diese direkten Methoden weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie auf eine einzige Markierung angewiesen sind und so besonders anfällig sind, wenn Störungen im empfangenen Signal diese Markierung überdecken.

Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Verfahren zum Detektieren des Beginns eines Zeittelegramms der eingangs erwähnten Art anzugeben, das auch bei mit Störungen überlagerten Empfangssignalen sicher arbeitet. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt gemäß den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.

Kurze Beschreibung der Figuren:

Fig. 1 Ablaufdiagramm des Verfahrens;

Fig. 2 Übertragungsprotokoll des Langwellen - Zeitzeichensenders WWVB;

Fig. 3 Impulsformen/-längen der möglichen Sekundenimpulse des Senders WWVB.

Die betrachteten Sender übertragen die Information über Zeit und Datum während dem Verlauf einer Minute nach einem von jedem Land festgelegten Schema, dem Zeitprotokoll. In diesen Protokollen werden an bestimmten Positionen fest vorgegebene Informationseinheiten übertragen. Zur Detektion des Beginns eines Zeittelegramms (einer Minute) werden diese festen, vorgegebenen Informationseinheiten mit einem Referenztelegramm verglichen. Der genaue Ablauf des Verfahrens soll am Beispiel des Zeitprotokolls des Zeitzeichensenders WWVB erläutert werden.

In Fig. 2 sind die Positionen innerhalb dem Verlauf einer Minute dargestellt, an denen nach dem Zeitprotokoll die Zeit- und Datumsinformation kodiert sind. In festen Abständen sind zusätzlich Impulse vorgesehen, die sich von den eigentlichen Informationsbits unterscheiden. Sie werden als Frameimpulse bezeichnet und sind in der Fig. 2 mit den Bezugszeichen P0-P6 versehen. Die Frameimpulse werden beim Sender WWVB durch Sekundenimpulse markiert, deren Austastintervall 800 ms lang sind. Binäre Einsen werden durch 500 ms lange Austastintervalle, binäre Nullen durch 200 ms lange Austastintervalle dargestellt. Weiterhin werden an den freien, nicht informationstragenden Stellen des Zeittelegramms grundsätzlich binäre Nullen gesendet, d. h. das Austastintervall dieser für die Kodierung zusätzlicher Informationen nicht genutzter Sekundenimpulse beträgt immer 200 ms. Diese Bits werden zusammen mit den Frameimpulse zu einem Referenztelegramm zusammengefaßt und in einem ersten Speicherbereich eines Rechenwerks der Funkuhr abgelegt. Der erste Speicherbereich enthält für jeden Sekundenimpuls des Zeittelegramms mindestens eine Stelle.

Der weitere Ablauf des Verfahrens ist im Ablaufdiagramm der Fig. 1 dargestellt. Zur Detektion des Beginns des Zeittelegramms dekodiert man die einzelnen Informationseinheiten eines Signalausschnittes mit einer Länge, der der Länge eines Zeittelegramms entspricht. Bei den Sendern WWVB und DCF-77 sind das 60 aufeinanderfolgende Informationseinheiten. Im Allgemeinen gehören die zur Auswertung anstehenden Informationseinheiten zu zwei aufeinanderfolgenden Zeittelegrammen. Zum Beispiel werden in jeder Sekunde die Frameimpulse von den binär Nullen darstellenden Impulsen unterschieden, die Wahrscheinlichkeit bestimmt, mit der jeder Impuls erkannt wurde und das jeweilige Ergebnis an der entsprechenden Stelle eines zweiten Speicherbereichs des Rechenwerks eingetragen. Der zweite Speicherbereich umfaßt wie der erste Speicherbereich für jeden Sekundenimpuls des Zeittelegramms mindestens eine Speicherstelle. Die Unterscheidung der Informationseinheiten und die Bestimmung der Wahrscheinlichkeiten für das Erkennen erfolgt mit dem in der DE 44 27 885 beschriebenen Verfahren zum Zuordnen von Informationseinheiten durch das Bilden von Flächenäquivalenten. Die dabei ermittelten Flächenäquivalente werden als Wahrscheinlichkeitswerte für das Erkennen verwendet.

Nachdem die einem vollständigen Zeittelegramm entsprechende Anzahl von Wahrscheinlichkeiten im zweiten Speicherbereich abgespeichert wurden, werden die ermittelten Daten mit dem im ersten Speicherbereich abgelegten Referenztelegramm verglichen. Der Vergleich erfolgt Speicherstelle für Speicherstelle. Stimmen die korrespondierenden Speicherstellen nicht überein, so wird beim Vergleich im Rechenwerk ein Fehler erkannt und festgehalten. Das Referenztelegramm wird dann um eine Stelle im ersten Speicherbereich verschoben und der stellenweise Vergleich zwischen Referenztelegramm und den ermittelten Daten wiederholt. Das geschieht solange bis eine Übereinstimmung aller relevanten Stellen des Referenztelegramms mit den ermittelten Daten im zweiten Speicherbereich erzielt wird.

Stimmen alle relevanten Informationseinheiten des Referenztelegramms und des dekodierten Telegramms nach den Verschiebungen überein, so ist die Anzahl der dazu benötigten Verschiebungen der Wert, um vom Beginn des zweiten Speicherbereichs zu der Speicherzelle zu gelangen, an der ein Zeittelegramm beginnt.

Kann keine Übereinstimmung zwischen dem Referenztelegramm und den ermittelten Daten gefunden werden, so werden in der folgenden Minute erneut die Sekundenimpulse dekodiert, und z. B. die Frameimpulse von den binäre Nullen darstellenden Impulsen unterschieden und die Wahrscheinlichkeit, mit der jeder Impuls erkannt wurde, bestimmt. Das jeweilige Ergebnis wird an der entsprechenden Stelle des zweiten Speicherbereichs des Rechenwerks zu dem bereits vorhandenen Ergebnis der vorherigen Minute summiert.

Verwendet man einen negativen Wert um die Wahrscheinlichkeit der Erkennung einer ersten Informationseinheit (zum Beispiel einer binären Null) darzustellen und einen positiven Wert um die Wahrscheinlichkeit der Erkennung einer zweiten Informationseinheit (z. B. eines Frameimpulses) auszudrücken, so kann die Bedeutung des Inhalt jeder Stelle im zweiten Speicherbereich nach der Addition der Wahrscheinlichkeitswerte der folgenden Minute umgewandelt werden. Ist die Wahrscheinlichkeit für die Erkennung der ersten Informationseinheit an einer bestimmten Stelle höher als die Wahrscheinlichkeit der Erkennung der zweiten Informationseinheit an derselben Stelle der vorherigen Minute, so wird die Bedeutung der Stelle überschrieben. Der gleiche Effekt tritt ein, wenn zwar eine Falscherkennung mit einer hohen Wahrscheinlichkeit erfolgt ist, in der Summe jedoch der Wahrscheinlichkeitswert der eigentlich gesendeten Information überwiegt. So steigt die Sicherheit der Erkennung der einzelnen, für den Vergleich mit dem Referenztelegramm relevanten Informationseinheiten von Minute zu Minute. Es wird jede Minute erneut versucht durch den zuvor beschriebenen Vergleich eine Übereinstimmung des Referenztelegramms mit den ermittelten Werten zu finden.

Ist die Anzahl der Verschiebungen zum Anfang des Zeittelegramms einmal ermittelt, so kann der Wert dazu benutzt werden, um das Erfassen der zur Auswertung benötigten Informationseinheiten mit dem Datenfluß des Zeitzeichensenders zu synchronisieren.

Claims (9)

1. Verfahren zum Detektieren des Beginns von Zeittelegrammen im empfangenen Signal eines Zeitzeichensenders, wobei das Signal des Zeitzeichensenders aus einer Abfolge von Austastlücken auf einem Trägersignal im Sekundentakt besteht, bei denen durch verschieden lange Austastlücken unterschiedliche Informationseinheiten (NULL-, EINS-, Frameimpulse) gebildet werden, und ein Zeittelegramm aus den während einer Minute gesendeten Informationseinheiten besteht und Bereiche/Abschnitte mit vorgegebenen, konstanten, an festen Stellen liegenden Informationseinheiten und Bereiche/Abschnitte mit variablem Inhalt, durch die die Zeitinformation kodiert ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Referenztelegramm in einem ersten Speicherbereich abgelegt ist, das die vorgegebenen, konstanten, an festen Bereichen/Abschnitten liegenden Informationseinheiten enthält;
daß eine der Länge eines Zeittelegramms entsprechende Anzahl von aufeinanderfolgenden Informationseinheiten in einem zweiten Speicherbereich gespeichert;
daß der Inhalt des ersten Speicherbereichs mit dem zweiten Speicherbereich Einheit für Einheit verglichen wird;
daß bei einem Fehler das Referenztelegramm im ersten Speicherbereich solange bezüglich der empfangenen Informationseinheiten um eine Einheit verschoben und anschließend erneut verglichen wird bis kein Fehler auftritt;
daß bei Übereinstimmung die Anzahl der Verschiebungen zum Bestimmen des Beginns der empfangenen Zeittelegramme herangezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, zur Verminderung der Fehlerwahrscheinlichkeit mindestens zwei aufeinanderfolgende Zeittelegramme empfangen und überlagert abgelegt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die empfangenen Informationseinheiten mit der Wahrscheinlichkeit für ihr Erkennen gewichtet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die empfangenen Informationseinheiten nach ersten und zweiten Informationseinheiten unterschieden werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wahrscheinlichkeiten für die erste Informationseinheit und zweite Informationseinheit mit unterschiedlichen Vorzeichen versehen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wahrscheinlichkeiten für die erste Informationseinheit mit einem negativen Vorzeichen und die Wahrscheinlichkeiten für die zweite Informationseinheit mit einem positiven Vorzeichen versehen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wahrscheinlichkeiten für die erste Informationseinheit mit einem positiven Vorzeichen und die Wahrscheinlichkeiten für die zweite Informationseinheit mit einem negativen Vorzeichen versehen werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Informationseinheiten Nullimpulse und die zweiten Informationseinheiten Frameimpulse sind.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund der ermittelten Anzahl der Verschiebungen die Auswertung der Informationseinheiten bezüglich der im Zeittelegramm enthaltenen Information mit dem Signalfluß des Zeitzeichensenders synchronisiert wird.