DE19927040A1

DE19927040A1 - Information transmission method produces composite signal from reference and information components individually developing discrete states to assemble pattern of binary digits

Info

Publication number: DE19927040A1
Application number: DE1999127040
Authority: DE
Inventors: Rudolf Bannasch; Konstantin Kebkal
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-06-07
Filing date: 1999-06-07
Publication date: 2000-12-14

Abstract

An information signal (IS) is produced. It comprises one or more: reference- (BK) and information- (I1; I2; ... . IN) components. Each component develops discrete states, to assemble a pattern of binary digits. An Independent claim is included for the corresponding signal transmission system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von frequenzvariablen Wellensignalen und ein geeignetes System zur Signalbearbeitung.The present invention relates to a method for processing frequency variables Wave signals and a suitable system for signal processing.

Bei der Übertragung von Wellensignalen treten oftmals Probleme auf, von denen hier die sogenannten Intersymbol Interactions (II) und die Doppler-Effekte (DE) als die wesentlichsten genannt seien. Die ersten ergeben sich daraus, daß ein vom Sender abgegebenes Wellensignal im Übertragungskanal auf vielfältige Weise gebeugt, gebrochen, reflektiert oder anderweitig beeinflußt werden kann, woraufhin dann beim Empfänger nicht ein einzelnes Signal sondern eine Vielzahl von "Abbildern" ein und desselben Signals eintrifft. Diese "Abbilder" werden als Kanalantworten be zeichnet. Infolge der Überlagerung können Phasenverschiebungen und Amplitudenschwankungen bis hin zur völligen Auslöschung auftreten. Dieser Effekt wird als Intersymbol Interactions (II) bezeich net. Doppler-Effekte spielen in erster Linie bei bewegten Objekten eine Rolle, können in geringerem Maße aber auch durch bewegte Grenzflächen des Übertragungskanals verursacht werden.Problems often arise when transmitting wave signals, of which here so-called intersymbol interactions (II) and the Doppler effects (DE) as the most important be mentioned. The first result from the fact that a wave signal emitted by the transmitter in Transmission channel diffracted, broken, reflected or otherwise influenced can be, whereupon not a single signal but a multitude of "Images" of the same signal arrives. These "images" are called channel responses draws. As a result of the superimposition, phase shifts and amplitude fluctuations up to towards complete extinction. This effect is known as the inter-symbol interactions (II) net. Doppler effects primarily play a role in moving objects, but can be less Dimensions are also caused by moving interfaces of the transmission channel.

Ein Großteil dieser physikalisch bedingten Probleme kann umgangen bzw. kompensiert wer den, wenn zur Übertragung der Wellensignale ein Systems von Frequenzkanälen verwendet wird, welches aus zumindest einem Bezugsfrequenzkanal und einem oder mehreren Informationsfrequenz kanälen besteht, die nach der Frequenz-Gradienten-Methode (FGM) variiert werden können (siehe Bannasch & Kebkal, Patentanmeldungen Nummer 198 38 060.7 und 199 04 747.2). Diese Form der Datenübertragung sei im weiteren als VMT (Variable Mehrkanalige Transmission) bezeichnet.Most of these physical problems can be avoided or compensated for if a system of frequency channels is used to transmit the wave signals, which consists of at least one reference frequency channel and one or more information frequencies channels that can be varied using the frequency gradient method (FGM) (see Bannasch & Kebkal, patent applications number 198 38 060.7 and 199 04 747.2). This form of Data transmission is hereinafter referred to as VMT (Variable Multi-Channel Transmission).

Fig. 1 zeigt ein Beispiel, bei dem die Variation der Frequenzkanäle stets proportional zueinander erfolgt. Diese Form sei im weiteren als pVMT bezeichnet. Im Unterschied dazu sei die in Fig. 2 schematisiert dargestellte Variante mit paralleler Frequenzänderung als paVMT bezeichnet. Fig. 1 shows an example in which the variation of the frequency channels is always proportional to each other. This form is referred to below as pVMT. In contrast to this, the variant with a parallel frequency change shown schematically in FIG. 2 is referred to as paVMT.

Allgemein wird mittels der VMT zunächst jedoch nur erreicht, daß auf der Übertragungs strecke möglichst keine Informationen verloren gehen und daß in den Empfangssignalen alle für die Problemlösung erforderlichen Parameter in irgendeiner Form enthalten sind. Damit können die oben genannten Probleme zwar irgendwie behandelt werden, sie sind aber noch nicht gelöst. Im Ergebnis der VMT hat das Empfangssignal eine sehr komplexe Struktur. Es verkörpert eine modulierte Welle, in der die vom Sender ausgesandte zumindest eine Bezugswelle und die zumindest eine Informations welle jedoch meist nicht in reiner Form, sondern als Überlagerung der verschiedenen Kanalantworten sowie diverse Rauschanteile enthalten sind. Wenn während der Informationsübertragung die Frequen zen der Bezugswelle(n) und der Informationswelle(n) nicht konstant gehalten sondern synchron zu einander verändert werden (siehe Fig. 1 und Fig. 2), dann treffen die diversen Kanalantworten, die unterschiedlich lange zum Empfänger gebraucht haben, zu einem gegebenen Zeitpunkt t_i(vergl. senk rechte Hilfslinien in Fig. 1 und 2) nicht nur mit unterschiedlicher Amplitude und Phasenlage, sondern auch mit unterschiedlichen Frequenzen bei diesem ein. In dem empfangenen Signal kann demzufolge je nach Beschaffenheit des Übertragungskanals jeder der verwendeten Frequenzkanäle durch ein mehr oder minder komplexes Spektrum von Kanalantworten (exemplarisch jeweils durch zwei dünne paral lele Linien dargestellt) repräsentiert sein. Die betreffenden Spektren seien im weiteren als Komponen ten bezeichnet.In general, however, the VMT initially only achieves that no information is lost on the transmission route and that all the parameters required for solving the problem are contained in some form in the received signals. Although the above problems can be dealt with in some way, they have not yet been solved. As a result of the VMT, the received signal has a very complex structure. It embodies a modulated wave in which the at least one reference wave and the at least one information wave emitted by the transmitter are usually not contained in pure form, but as a superimposition of the various channel responses and various noise components. If during the information transmission the frequencies of the reference wave (s) and the information wave (s) are not kept constant but are changed synchronously to each other (see Fig. 1 and Fig. 2), then the various channel responses that take different lengths to reach the receiver have, at a given point in time t _i (cf. vertical right auxiliary lines in FIGS. 1 and 2) not only with different amplitude and phase position, but also with different frequencies. Accordingly, depending on the nature of the transmission channel, each of the frequency channels used can be represented in the received signal by a more or less complex spectrum of channel responses (exemplarily each represented by two thin parallel lines). The spectra in question are referred to as components.

Die Schwierigkeit besteht nun darin, die in einem solchermaßen komplexen Empfangssignale enthaltenen Informationen so zu verarbeiten, daß die diversen, ja immer noch darin enthaltenen Stö rungen, Verzerrungen etc. eliminiert und die für die Informationscodierung verwendeten Signalpara meter empfängerseitig rekonstruiert werden können. Im Bereich der Datenübertragung ist jedoch kein Verfahren bekannt, das dieses Problem in optimaler Weise lösen, könnte. The difficulty now is in receiving signals so complex in such a way to process the information contained in such a way that the various faults still contained therein rations, distortions etc. eliminated and the signal para used for the information coding meters can be reconstructed on the receiver side. However, there is none in the area of data transmission Known methods that could solve this problem in an optimal manner.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie ein geeignetes System zur Signalverarbeitung bereitzustellen, mittels dessen bzw.. derer die im Ergebnis der VMT empfangenen Signale auf einfache und bestmögliche Weise von allen Störungen, Verzerrungen etc. bereinigt und die zur Informationscodierung verwendeten Signalparameter mit der größtmöglichen Sicherheit bestimmt werden können.The object of the present invention is to provide a method and a suitable system for To provide signal processing by means of which the received in the result of the VMT Signals in a simple and best possible way from all disturbances, distortions, etc. cleaned and the Signal parameters used for information coding determined with the greatest possible security can be.

Insbesondere wird angestrebt, ein Verfahren bzw. ein geeignetes System zur Signalbearbei tung bereitzustellen, das in der Lage ist, mit hoher Trennschärfe zum bestmöglichen Ausschluß von Intersymbol Interactions aus der Vielzahl der Kanalantworten nach Möglichkeit stets diejenigen Sig nalkomponenten mit den geringsten Übertragungsverlusten zu isolieren und zu analysieren.In particular, the aim is to develop a method or a suitable system for signal processing device that is able to with high selectivity to the best possible exclusion of Intersymbol Interactions from the multitude of channel responses, if possible, always those Sig Isolate and analyze components with the lowest transmission losses.

Weiterhin wird angestrebt, ein Verfahren bzw. ein geeignetes System zur Signalbearbeitung bereitzustellen, das im gleichen Kontext auch die möglichst vollständige Kompensation von Doppler- Effekten gewährleistet.Furthermore, the aim is to develop a method or a suitable system for signal processing to provide, in the same context, the most complete possible compensation of Doppler Effects guaranteed.

Ferner ist beabsichtigt, durch die bestmögliche Qualität der Signalbearbeitung die Voraus setzung für eine erhebliche Steigerung der Übertragungsrate und ggf. auch Reichweite auch unter komplizierten Übertragungsbedingungen, wie beispielsweise bei der Kommunikation mit bzw. zwischen bewegten Objekten unter Wasser, zu schaffen.It is also intended to advance through the best possible signal processing quality setting for a significant increase in the transmission rate and possibly also range under complicated transmission conditions, such as when communicating with or between moving objects under water.

Schließlich wird angestrebt, das Verfahren so auszubauen, daß als Zusatzoption parallel zu der Identifikation der für die Datencodierung verwendeten Signalparameter stets auch die aktuelle Relativ geschwindigkeit zwischen Sender und Empfänger bestimmt werden kann.Finally, the aim is to expand the process so that it is an additional option parallel to the Identification of the signal parameters used for data coding always includes the current relative speed between transmitter and receiver can be determined.

Die Aufgabe wird verfahrenstechnisch mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und vorrichtungs technisch mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.The task is procedural with the features of claim 1 and device technically solved with the features of claim 14.

Da anmeldungsgemäße Verfahren ist besonders geeignet, Wellensignale zu bearbeiten und zu analysieren, die mittels eines mehrkanaligen, veränderlichen Frequenzsystems übertragen wurden. Es setzt voraus, daß das empfangene Informationssignal neben zumindest einer Informationskomponente (I1; I2; . . .; IN) auch zumindest eine Bezugskomponente (B1; B2; . . .; BN) enthält, welche im Übertra gungsprozeß in etwa den gleichen Einflüssen ausgesetzt war und somit eine signalinterne Referenz liefert, mit deren Hilfe die Informationskomponente entzerrt und analysiert werden kann. Die gemein same Verarbeitung dieser Komponenten auf der Empfangsseite wird auf vorteilhafte Weise erleichtert, wenn seitens des Senders die Bezugskomponente selbst nicht für die Informationscodierung im Sinne der Datenübermittlung verwendet wird.Since the method according to the application is particularly suitable for processing and processing wave signals analyze that were transmitted using a multi-channel, variable frequency system. It assumes that the received information signal next to at least one information component (I1; I2;...; IN) also contains at least one reference component (B1; B2;...; BN), which in the transfer process was exposed to roughly the same influences and thus an internal signal reference delivers, with the help of which the information component can be rectified and analyzed. The mean same processing of these components on the receiving side is advantageously facilitated if on the part of the broadcaster the reference component itself is not for the information coding in the sense the data transmission is used.

Das in Anspruch 1 dargestellte Verfahren kann vorzugsweise in Verbindung der pVMT ange wendet werden (vergl. schematische Darstellung für ein System mit drei Frequenzkanälen in Fig. 1). Ein solcher Übertragungsmodus hat den Vorteil, daß die signalinternen Proportionen, d. h. die relativen Abstände zwischen den Frequenzkanälen nicht durch Doppler Effekte beeinflußt werden können, da letztere ebenfalls stets proportionale Veränderungen bewirken.The method shown in claim 1 can preferably be used in conjunction with the pVMT (cf. schematic representation for a system with three frequency channels in FIG. 1). Such a transmission mode has the advantage that the internal signal proportions, ie the relative distances between the frequency channels, cannot be influenced by Doppler effects, since the latter also always cause proportional changes.

Das Empfangssignal kann entweder in analoger Form oder als digitaler Datensatz vorliegen:The received signal can either be in analog form or as a digital data set:

Auch wenn sich die nachfolgenden Erklärungen im wesentlichen auf die Bearbeitung digitalisierter Empfangssignale beziehen, sei vermerkt, daß alle im weiteren aufgeführten Operationen mittels geeigneter Schaltungen auch für analoge Signale durchgeführt werden können.Even if the following explanations essentially focus on the processing of digitized Receive signals, it should be noted that all the operations listed below by means of suitable circuits can also be carried out for analog signals.

Anmeldungsgemäß erfolgt die Signalbearbeitung in fünf Bearbeitungsschritten, welche mit A, B, C, D und E bezeichnet werden.According to the application, the signal processing takes place in five processing steps, which with A, B, C, D and E are referred to.

Schritt A beinhaltet, daß das vom Empfänger aufgenommene Signal mittels geeigneter, bei spielsweise feststehender oder mitlaufender Filter oder einer Filterkaskaden in die Bezugskomponente (B) und die Informationskomponenten (I1; I2; . . .; IN) getrennt wird. Step A includes that the signal picked up by the receiver by means of suitable, at for example, fixed or moving filter or a filter cascade in the reference component (B) and the information components (I1; I2;...; IN) is separated.

Diese Aufgabe kann dadurch erleichtert werden, daß die Trennbarkeit der Komponenten in geeigneter Weise bereits bei der Abstimmung von Sender und Empfänger berücksichtigt wird. Fig. 3 enthält einige Vorschläge für günstige Frequenzabstände in verschiedenen Anwendungen. Es sei vermerkt, daß es zwar vorteilhaft, in einer Reihe von Anwendungen jedoch nicht obligatorisch ist, in Schritt A auch gleich die einzelnen Informationskomponenten (I1; I2; . . .; IN) voneinander zu trennen. Falls beispielsweise die Informationskanäle so gewählt wurden, daß ihre Frequenzen in einem ganz zahligen Verhältnis zur Frequenz des Bezugskanals stehen, können sie zunächst auch gemeinschaftlich behandelt werden. Die Trennung kann dann in einem späteren, ggf. besser geeigneten Bearbeitungs schritt erfolgen.This task can be facilitated in that the separability of the components is already taken into account in a suitable manner when coordinating the transmitter and receiver. Fig. 3 gives some suggestions for the lowest frequency separations in various applications. It should be noted that, although it is advantageous in a number of applications, it is not mandatory to also separate the individual information components (I1; I2;...; IN) from one another in step A. If, for example, the information channels were chosen so that their frequencies are in a whole number relation to the frequency of the reference channel, they can first be treated jointly. The separation can then take place in a later, possibly more suitable processing step.

In Schritt B wird durch die paarweise Bearbeitung der jeweiligen informationstragenden Signal komponente mit der einen, bzw. der jeweils am besten geeigneten Bezugs- bzw. Referenzkomponente eine Kompensation von Doppler-Effekten erreicht. Als Nebenergebnis kann dieser Bearbeitungs schritt helfen, die Frequenzstabilisierung vorzubereiten, welche die Hauptaufgabe von Schritt C verkörpert. Falls erforderlich kann nach jedem Teilschritt eine Neuskalierung der Amplituden erfolgen und nicht benötigte Seitenfrequenzen können weggefiltert werden, falls diese den weiteren Bearbei tungsablauf stören sollten. Beides gilt auch für Schritt C.In step B, the respective information-carrying signal is processed in pairs component with one or the most suitable reference component compensation for Doppler effects. As a side result, this editing step help prepare the frequency stabilization, which is the main task of step C embodies. If necessary, the amplitudes can be rescaled after each sub-step and side frequencies that are not required can be filtered out if these are processed further should disrupt the process. Both also apply to step C.

Schritt C gewährleistet die Überführung der Signalkomponenten in stehende Zwischenfrequen zen (Z'1; Z'2; . . .; Z'N+X), die sich dann vorteilhaft weiter bearbeiten lassen.Step C ensures the conversion of the signal components into standing intermediate frequencies zen (Z'1; Z'2;...; Z'N + X), which can then advantageously be further processed.

Einer dieser Vorteile besteht beispielsweise darin, daß die stehenden Zwischenfrequenzen (Z'1; Z'2; . . .; Z'N+X) in einem für die nachfolgende Filterstufe in Schritt D optimalen Frequenzfenster plaziert werden können, daß gleichzeitig auch den Einsatz besonders scharfer Filter ermöglicht.One of these advantages is, for example, that the standing intermediate frequencies (Z'1; Z'2; . . .; Z'N + X) in an optimal frequency window for the subsequent filter stage in step D. can be placed that also allows the use of particularly sharp filters.

Die Hauptaufgabe von Schritt D besteht darin, aus den nunmehr frequenzstabilen Spektren der diversen Kanalantworten, für jede Signalkomponente den jeweils am besten geeigneten Signalanteil heraus zu filtern und dabei mögliche Störeinflüsse der übrigen Signalanteile Anteile zu minimieren. Letzteres schließt ein, daß in diesem Zuge auch die Signalkomponenten voneinander getrennt werden können, falls dieses nicht oder noch nicht vollständig in Schritt A erfolgt ist. Beispielsweise können die jeweils nicht benötigten, d. h. gerade nicht zur Auswertung anstehenden Komponenten ausgeblen det, d. h. jeweils weggefiltert werden. Im Ergebnis erhält man für jede der informationstragenden Sig nalkomponenten einen klar definierten Repräsentanten anhand dessen sich die für die Informations codierung verwendeten Signalparameter (etwa die Amplitude und/oder die Phasenlage) auf bestmög liche Weise rekonstruieren lassen.The main task of step D consists of the now frequency-stable spectra of Various channel responses, the most suitable signal component for each signal component filter out and thereby minimize possible interference from the other signal components. The latter includes that the signal components are also separated from one another in this course can, if this has not been done or not completely in step A. For example, you can those not required in each case, d. H. Do not hide components currently pending for evaluation det, d. H. are filtered out in each case. The result is for each of the information-bearing sig nal components a clearly defined representative based on which the information Coding used signal parameters (such as the amplitude and / or the phase position) to the best possible have it reconstructed.

Schritt E beinhaltet schließlich die Bestimmung der für die Informationscodierung relevanten Signalparameter anhand der im Ergebnis von Schritt B und/oder D aufbereiteten Signalkomponenten. Falls dazu benötigt, können geeignete, beispielsweise frequenzgleiche Refernzschwingungen system intern erzeugt und genutzt werden.Step E finally includes the determination of those relevant for the information coding Signal parameters based on the signal components prepared in the result of step B and / or D. If necessary, suitable reference vibrations, for example of the same frequency, can be used generated and used internally.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Anspruch 2 ermöglicht eine flexible Anpassung des Verfahrens an unterschiedliche Anwen dungsbedingungen, wobei die einzelnen Bearbeitungsschritte ggf. auch getrennt von einander in der jeweils am besten geeigneten Reihenfolge ausgeführt werden können.Claim 2 enables a flexible adaptation of the method to different users conditions, whereby the individual processing steps may also be separate from one another in the most appropriate order can be performed.

Wird beispielsweise zu Beginn der Informationsübertragung ein Kanal-Tuning gemäß An spruch 3 durchgeführt und ggf. in geeigneten Zeitabständen wiederholt, so können für das Verfahren stets optimale, d. h. auf bestmögliche Weise an die aktuellen Übertragungsbedingungen angepaßte Filtereinstellungen verwendet werden, die auch die bestmögliche Qualität der Signalauswertung ermöglichen. Letzteres kann u. a. zu einem vergrößerten Empfangsradius und/oder auch zur Erhöhung der Informationsrate beitragen. Je besser und sicherer die Empfangssignale ausgewertet werden können, desto mehr Möglichkeiten stehen auch zur Verfügung, feinere Abstufungen oder auch unterschiedliche Kombinationen von Parametervariationen für die Informationscodierung zu verwenden. If, for example, a channel tuning according to An Say 3 carried out and possibly repeated at suitable time intervals, so for the procedure always optimal, d. H. adapted in the best possible way to the current transmission conditions Filter settings are used, which also give the best possible signal evaluation quality enable. The latter can a. to an increased reception radius and / or also to increase contribute to the information rate. The better and more reliably the received signals are evaluated the more options are available, finer gradations or too different combinations of parameter variations for information coding use.

Durch fortlaufende Aktualisierung der Filtereinstellungen gemäß Anspruch 4 können optimale Empfangsergebnisse beispielsweise auch unter sich rasch ändernden Übertragungsbedingungen erreicht werden, wobei ein Vorteil des genannten Verfahrens darin besteht, daß für das Kanal-Tuning keine Unterbrechung der eigentlichen Informationsübertragung erforderlich ist.By continuously updating the filter settings according to claim 4 optimal Receive results, for example, even under rapidly changing transmission conditions can be achieved, an advantage of the above method is that for channel tuning no interruption of the actual information transfer is required.

Das Verfahren gemäß Anspruch 5 ist vorzugsweise für die Verarbeitung von Empfangssignalen mit starker Doppler-Belastung anzuwenden, bei welche jede Signalkomponente im wesentlichen nur durch eine Kanalantwort repräsentiert ist.The method according to claim 5 is preferably for processing received signals with a strong Doppler load, in which each signal component essentially only is represented by a channel response.

Die Verfahren gemäß den Ansprüchen 6 bis 9 verkörpern jeweils vorteilhafte Ausführungs formen ein Verfahren gemäß eines der Ansprüche 1 bis 4, welche weiter unten näher erläutert werden.The methods according to claims 6 to 9 each embody advantageous embodiments form a method according to any one of claims 1 to 4, which are explained in more detail below.

Wird gemäß Anspruch 10 dem Verfahren zur Signalverarbeitung eine Information über die jeweils aktuelle Doppler-Verschiebung, beispielsweise in Form einer Angabe zur Relativgeschwin digkeit zwischen Sender- und Empfänger oder in Form des Doppler-Koeffizienten zur. Verfügung gestellt, welche ggf. mit anderen Mitteln bestimmt oder direkt gemessen werden, so läßt sich diese beispielsweise bei der Erzeugung systeminterner Hilfsfrequenzen dergestalt berücksichtigen, daß eine bestmögliche Doppler-Kompensation erreicht wird und/oder zumindest zwischenzeitlich einige Bearbeitungsschritte erheblich vereinfacht bzw. eingespart werden können.According to claim 10, the method for signal processing is information about the current Doppler shift, for example in the form of an indication of the relative speed between transmitter and receiver or in the form of the Doppler coefficient. Available posed, which may be determined by other means or measured directly, this can be Take into account, for example, when generating system-internal auxiliary frequencies that a best possible Doppler compensation is achieved and / or at least some in the meantime Processing steps can be significantly simplified or saved.

Anspruch 11 beschreibt eine vorteilhafte Ausführungsform eines Verfahrens nach Anspruch 10.Claim 11 describes an advantageous embodiment of a method according to claim 10.

Erfolgt gemäß Anspruch 12 eine Erweiterung der Signalverarbeitung dahingehend, daß anhand des Empfangssignals zusätzlich auch die aktuelle Doppler-Verschiebung bestimmt wird, so kann diese Information in det gleichen vorteilhaften Weise genutzt werden, wie die externe Information im Verfahren gemäß Anspruch 10. Ferner kann aus der so ermittelten Doppler-Verschiebung die aktuelle Geschwindigkeit der Annäherung bzw. Entfernung zwischen Sender und Empfänger bestimmt, oder zumindest abgeschätzt und dem Anwender als wertvolle Zusatzinformation zur Verfügung gestellt werden.If, according to claim 12, the signal processing is expanded in such a way that the current Doppler shift of the received signal is also determined, so can this information can be used in the same advantageous manner as the external information in the The method according to claim 10. Furthermore, the current Doppler shift can be determined Speed of approach or distance between transmitter and receiver is determined, or at least estimated and made available to the user as valuable additional information will.

Das Verfahren gemäß Anspruch 13 beinhaltet eine vorteilhafte Ausführungsform eines Verfahrens nach Anspruch 12.The method according to claim 13 includes an advantageous embodiment of a Method according to claim 12.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.Further advantageous embodiments of the present invention are the subject of other subclaims.

Unter Bezugnahme auf die Figuren sollen die Funktionsprinzipien und unterschiedliche Ausführungsformen des anmeldungsgemäßen Gegenstandes detaillierter beschrieben werden.With reference to the figures, the principles of operation and different Embodiments of the subject matter of the application are described in more detail.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Informationssignals bei pVMT. Fig. 1 shows a schematic representation of an information signal at pVMT.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Informationssignals bei paVMT. Fig. 2 shows a schematic representation of an information signal at paVMT.

Fig. 3 zeigt einige schematisierte Beispiele für günstige Frequenzäbstände bei verschiedenen Anwendungen. Fig. 3 shows some schematic examples of favorable frequency spacings in various applications.

Fig. 4 zeigt schematisch eine Grundvariante für den Ablauf des anmeldungsgemäßen Verfahrens. Fig. 4 schematically shows a basic variant of the process according to the application of the method.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel für die zeitliche Änderung der Frequenzanteile eines pVMT- Empfangssignals, bestehend aus einer Bezugs- und drei Informationskomponenten bei nahezu idealen Übertragungsbedingungen (minimale Intersymbol Interactions). Fig. 5 shows an example of the temporal change of the frequency components of a received signal pVMT- consisting of a reference and information components in three nearly ideal transmission conditions (minimum intersymbol Interactions).

Fig. 6 zeigt das Empfangssignal gemäß Fig. 5 nach Ausführung des Bearbeitungsschrittes C für die erste informationstragenden Signalkomponente. FIG. 6 shows the received signal according to FIG. 5 after execution of processing step C for the first information-carrying signal component.

Fig. 7 zeigt für ein realitätsnahes Beispiel, daß im Ergebnis des Bearbeitungsschrittes C die Stärke der diversen Spektralanteile einer gegebenen Signalkomponente noch erhebliche zeitliche Fluktuationen aufweisen kann. Fig. 7 shows a realistic example, that as a result of the machining step C may have a given signal component, considerable temporal fluctuations, the strength of the various spectral components.

Fig. 8 zeigt das bereits in Fig. 7 dargestellte Beispiel, nach dem Passieren der scharfen Filterstufe im Bearbeitungsschritt D. FIG. 8 shows the example already shown in FIG. 7 after passing the sharp filter stage in processing step D.

Fig. 9 zeigt schematisch den Ablauf einer Grundvariante des anmeldungsgemäßen Verfahrens, für welche ein Kanal-Tuning durchgeführt wird. Fig. 9 schematically shows the flow of a basic variant of the process according to the application for which a channel tuning is performed.

Fig. 10 zeigt eine schematisierte Übersicht über die wichtigsten Bearbeitungsschritte bei verschiedenen vorteilhaften Ausführungsformen des Verfahrens. Fig. 10 shows a schematic overview of the main processing steps in various advantageous embodiments of the method.

Fig. 11 zeigt einen Grundaufbau eines anmeldungsgemäßen Systems. Fig. 11 shows a basic structure of a system according to the application.

Fig. 12 zeigt einen Grundaufbau eines anmeldungsgemäßen Systems für das Kanal-Tuning. Fig. 12 shows a basic structure of a system according to the application for channel tuning.

Das anmeldungsgemäße Verfahren beinhaltet zwei wesentliche Grundfunktionen, die auf unterschied liche Weise realisiert und kombiniert, ggf. auch einzeln angewendet werden können. Diese Grund funktionen seien als vollständige Doppler-Kompensation, abgekürzt vDK und als "Kanalreinigung", abgekürzt KR bezeichnet. Die entsprechenden Grundprinzipien seien zunächst separat erklärt, bevor dann auf die diversen verfahrenstechnischen Modifikations- und Kombinationsmöglichkeiten eingegangen wird:The procedure according to the application contains two essential basic functions that differ realized and combined, if necessary, can also be used individually. This reason functions as complete Doppler compensation, abbreviated vDK and as "sewer cleaning", abbreviated KR. The corresponding basic principles are first explained separately before then on the various procedural modification and combination options is received:

1. Solution of the Doppler problem

Zur Erläuterung der Grundprinzipen der vDK sei hier zunächst ein einfaches Beispiel ausgewählt, bei dem der niedrigste Frequenzkanal die Bezugskomponente liefert und die Frequenzen der Informa tionskanäle eine harmonische Reihe bilden, d. h. in einem ganzzahligen Verhältnis zur Bezugsfrequenz stehen. Falls seitens des Senders eine Variation der Frequenzen erfolgt, so mittels der pVMT. Seitens des Empfängers werden alle Signalkomponenten gleich im ersten Schritt, beispielsweise mittels einer Kaskade von Bandpaßfiltern (BPF) voneinander getrennt. Der Einfachheit halber seien zunächst auch ideale Übertragungsbedingungen angenommen, so daß jede Komponente nur aus einer Kanalantwort besteht und alle Komponenten in etwa mit der gleichen Stärke gesendet und empfangen werden kön nen. Derart günstige Verhältnisse können z. B. bei der Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen in der Luft vorkommen. An diesem Beispiel soll zunächst erklärt werden, daß und wie durch eine geeig nete Bearbeitung eine vollständige Doppler-Kompensation erfolgen kann.To explain the basic principles of the vDK, let us first select a simple example, at which the lowest frequency channel provides the reference component and the frequencies of the informa tion channels form a harmonious series, d. H. in an integer ratio to the reference frequency stand. If the frequency is varied by the transmitter, this is done using the pVMT. On the part of of the receiver, all signal components are the same in the first step, for example by means of a Cascade of bandpass filters (BPF) separated from each other. For the sake of simplicity, first of all ideal transmission conditions assumed so that each component only has one channel response exists and all components can be sent and received with approximately the same strength nen. Such favorable conditions can e.g. B. in the propagation of electromagnetic waves in occur in the air. This example should first explain that and how appropriate Complete Doppler compensation can be performed.

Das Doppler-Problem besteht darin, daß infolge von Relativbewegungen zwischen Sender und Empfänger Frequenzverschiebungen auftreten die oftmals nicht genau vorhergesagt werden können, weil beispielsweise die Geschwindigkeit der Relativbewegung nicht genau bekannt ist. Damit lassen sich aber auch die Phasenlagen der Informationssignale nicht mehr genau bestimmen, was erhebliche Einschränkungen für alle Formen der Informationsübertragung bedeutet, die eine Phasencodierung verwenden. Dieses Problem kann mittels der differenziellen Phasencodierung, bei der nicht die Pha senwinkel an sich sondern nur deren Veränderung von Takt zu Takt betrachtet wird, etwas reduziert, jedoch nicht grundsätzlich gelöst werden. Es läßt sich jedoch eine nahezu hundertprozentige Doppler- Kompensation erreichen, wenn die einzelnen Informationskomponenten auf geeignete Weise jeweils gemeinsam mit der Bezugskomponente bearbeitet werden. Eine vorteilhafte Lösung beinhaltet, einen paarweisen Doppler-Abgleich, abgekürzt pDA, der auf unterschiedliche Weise realisiert werden kann. Eine einfache Möglichkeit soll im folgenden Beispiel etwas ausführlicher erläutert werden:The Doppler problem is that due to relative movements between the transmitter and Receiver frequency shifts occur which often cannot be predicted exactly, because, for example, the speed of the relative movement is not exactly known. Leave with it however, the phase positions of the information signals can no longer be determined exactly, which is significant Restrictions on all forms of information transfer means phase encoding use. This problem can be solved by means of differential phase coding, in which the Pha angle itself, but only its change from measure to measure is considered, somewhat reduced, but cannot be solved in principle. However, an almost 100% Doppler Achieve compensation if the individual information components are each in a suitable manner are processed together with the reference component. An advantageous solution includes one pairwise Doppler adjustment, abbreviated pDA, which can be implemented in different ways. A simple possibility should be explained in more detail in the following example:

Exemplarisch für alle anderen sei hier für einen Zeittakt die Bearbeitung der ersten Informations komponente dargestellt, deren Frequenz f_ik und demzufolge auch deren Winkelgeschwindigkeit ω_ik doppelt so groß ist, wie die entsprechenden Werte f_b und ω_b der Bezugskomponente. Angenommen, das Empfangssignal liegt in digitaler Form vor, dann können die vom Sender abgegebenen Signal anteile send_b und send_ik in der folgenden Form dargestellt werden:
As an example for all others, the processing of the first information component is shown here for a time cycle, whose frequency f _ik and consequently also its angular velocity ω _{ik is} twice as large as the corresponding values f _b and ω _{b of} the reference component. Assuming that the received signal is in digital form, the signal components send _b and send _ik emitted by the transmitter can be represented in the following form:

wobei N - die Gesamtzahl der Abtastungen in dem gegebenen Taktintervall, n - die Nummer der jeweils aktuelle Abtastung, t_s - die Länge der Zeitintervalle in denen die Abtastung erfolgte und demzufolge nt_s - die diskrete Zeit, E die Energie, θ_ik - die Anfangsphase und θ_inf den für die Codierung verwendeten Winkel der Informationskomponente bezeichnen und Faktor k die Steilheit der bei der proportionalen VMT aktiv erzeugten Frequenzverschiebung definiert.where N - the total number of samples in the given clock interval, n - the number of the current sample, t _s - the length of the time intervals in which the sample was taken and consequently nt _s - the discrete time, E the energy, θ _ik - the The initial phase and θ _inf denote the angle of the information component used for coding and factor k defines the steepness of the frequency shift actively generated in the proportional VMT.

Allgemein kann k eine beliebige geeignet Funktion der Zeit sein, positive oder auch negative Werte annehmen oder auch Null sein. Letzteres bedeutet, daß sie Verwendung konstanter Sendefrequenzen als Spezialfall in die Betrachtung eingeschlossen sind.In general, k can be any suitable function of time, positive or negative values assume or be zero. The latter means that they use constant transmission frequencies are included as a special case.

Da die Phasenlage der Bezugsfrequenz senderseitig nicht verändert und im weiteren auch keine Rolle spielen wird, wurde in Gleichung (1) der betreffende Wert gleich Null gesetzt.Since the phase position of the reference frequency does not change on the transmitter side and also does not matter will play, the relevant value was set to zero in equation (1).

Infolge des Doppler-Beaufschlagung unterscheiden sich die empfangenen Signalkomponenten empf_b und empf_ik von den gesendeten durch ein zusätzliches Glied:
As a result of the Doppler applying the received signal components differ received _b _ik and received from the transmitted by an additional element:

wobei D - den Doppler-Koeffizient bezeichnet, der das Verhältnis von Relativgeschwindigkeit zwischen Sender und Empfänger (mit positivem Vorzeichen bei gegenseitiger Annäherung und negativem Vorzeichen bei Entfernung) und der Geschwindigkeit der Signalausbreitung im Übertragungsmedium beinhaltet.where D - denotes the Doppler coefficient, which is the ratio of relative speed between sender and receiver (with a positive sign for mutual approximation and negative sign at distance) and the speed of signal propagation in the Transmission medium includes.

Anhand der unterstrichenen Glieder dieser Gleichungen wird deutlich, daß sich die Doppler-Beauf schlagung der beiden Signalkomponenten genau um den Proportionalitätsfaktor unterscheidet, der auch das Verhältnis der entsprechenden Sendefrequenzen definiert. Im vorliegenden Beispiel ist dieser Faktor gleich 2.The underlined terms of these equations make it clear that the Doppler Beauf beat of the two signal components exactly by the proportionality factor that also defines the ratio of the corresponding transmission frequencies. In the present example this is Factor equal to 2.

Da der Proportionalitätsfaktor also bekannt ist, spielen die genauen Beträge der durch den Doppler- Effekt verursachten Phasenverschiebungen praktisch keine Rolle mehr. Wenn nämlich die Bezugs komponente so transformiert wird, daß sie die selbe Frequenzcharakteristik wie die jeweils zu analysierende Informationskomponente bekommt, ergibt sich für beide exakt die gleiche Doppler- Verschiebung. Im vorliegenden Beispiel kann aus der Bezugskomponente durch Multiplikation mit sich selbst eine solche, mit der Informationskomponente Doppler-identische Referenz Rf erzeugt werden. Nach der Multiplikationsregel ergibt sich:
Since the proportionality factor is known, the exact amounts of the phase shifts caused by the Doppler effect are practically irrelevant. If the reference component is transformed in such a way that it gets the same frequency characteristic as the information component to be analyzed in each case, the exact Doppler shift results for both. In the present example, such a reference Rf, which is identical to the information component Doppler, can be generated from the reference component by multiplication with itself. According to the multiplication rule:

Nach Wegfiltern des nicht benötigten Seitenbandes und Skalierung mit dem Faktor √2 N / E bekommen wir schließlich ein normiertes Referenzsignal Rf', welches sich hinsichtlich der Phase von der in Gleichung (5) dargestellten Informationskomponente unterscheidet:
After filtering off the sideband that is not required and scaling by the factor √2 N / E, we finally get a standardized reference signal Rf ', which differs in phase from the information component shown in equation (5):

Dieses Referenzsignal kann somit gewissermaßen als signalinterne Uhr verwendet werden, mit deren Hilfe die Phasenwinkel der Informationskomponente bestimmt werden können.This reference signal can thus be used to a certain extent as an internal signal clock with its Help the phase angle of the information component can be determined.

In ähnlicher Weise können aus der Bezugskomponente auch für alle weiteren, in dem Empfangssignal enthaltenen Informationskomponenten die jeweils erforderlichen Referenzen entwickelt werden. Nur muß dann mehrfach multipliziert und ggf. auch gefiltert werden. Generell lassen sich natürlich auch die Informationskomponenten in der gleichen Weise um wandeln, was sich z. B. dann als nützlich erweisen kann, wenn anders als in dem hier ausgewählten Beispiel die Frequenzen der Informations komponenten niedriger als die der Bezugskomponente liegen oder zur derselben in keinem ganz zahligen Verhältnis stehen. Im letzten Fall kann der gleiche Vorgang individuell für jede Seite der jeweils aus Bezugs- und Informationskomponente zu bildenden Paare so oft angewendet werden, bis beide Anteile zur Deckung kommen. Da sich aber mit jeder Multiplikation auch die Anzahl der im jeweiligen Spektrum enthaltenen Frequenzanteile vervielfacht, wird man bemüht sein die Kanäle so zu legen, daß möglichst wenig Schritte für den paarweisen Doppler-Abgleich erforderlich sind. Generell muß bei allen Anwendungen für phasencodierte Signale hinsichtlich der Auswahl einer für den paarweisen Doppler-Abgleich geeigneten Vorgehensweise auch beachtet werden, daß bei der Manipulation der Informationskomponenten kein Informationsverlust, beispielsweise durch mehr deutige (ambigious) Phasenlagen, auftritt.Similarly, the reference component can also be used for all others in the received signal contained information components, the necessary references are developed. Just must then be multiplied several times and, if necessary, also filtered. In general, of course, too convert the information components in the same way to what z. B. then useful can prove, if different from the example selected here, the frequencies of the information components are lower than that of the reference component or in none at all number ratio. In the latter case, the same process can be done individually for each side of the pairs to be formed from reference and information components are used until both shares are covered. But since with each multiplication the number of im frequency spectrum contained multiplied, one will endeavor the channels determine that as few steps as possible are required for pairwise Doppler adjustment. In general, in all applications for phase-coded signals, the selection of one for the pairwise Doppler comparison, the appropriate procedure should also be taken into account that the Manipulation of the information components no loss of information, for example through more clear (ambigious) phases, occurs.

Im weiteren soll anhand des genannten Beispiels eine Möglichkeit erläutert werden, wie nach der oben beschriebenen Signalaufbereitung nun auf einfache Weise die Phasenlage der jeweiligen Informations komponente bestimmt werden kann. Dazu kann beispielsweise eine Zerlegung der betreffenden Infor mationskomponente auf den die Quadratur-Funktionen des dazugehörigen Referenzsignals Rf' [n] durchgeführt werden, welche nachfolgend beschrieben wird.In the following, one possibility will be explained using the example mentioned, as in the above described signal processing now the phase position of the respective information in a simple manner component can be determined. This can be done, for example, by disassembling the relevant information tion component on the quadrature functions of the associated reference signal Rf '[n] be carried out, which is described below.

Da die Referenz Rf' [n] in diesem Beispiel bereits in der Kosinusform vorliegt, können wir schreiben:
Since the reference Rf '[n] already exists in the cosine form in this example, we can write:

RfC [n] = Rf' [n]RfC [n] = Rf '[n]

Die entsprechende Sinus-Quadratur-Komponente RfS [n] kann man dann z. B. durch Bildung der ersten Ableitung von RfC [n] und entsprechende Normierung der Amplitude erhalten.The corresponding sine quadrature component RfS [n] can then be z. B. by forming the first derivative of RfC [n] and corresponding normalization of the amplitude obtained.

Jetzt schreiben wir für die Projektion der Informationskomponente auf die Kosinus-Quadratur- Komponente der Referenz:
Now we write for the projection of the information component onto the cosine quadrature component of the reference:

wobei N1 den Anfang und N2 das Ende des jeweiligen Taktes bezeichnen. where N1 denotes the start and N2 the end of the respective measure.

Da im zweiten Summanden die Funktionswerte um Null schwingen, heben sich in der Summe die positiven und negativen Anteile auf, so daß dieses Glied insgesamt gegen Null strebt und somit ohne großen Fehler vernachlässigt werden kann:
Since the function values oscillate around zero in the second summand, the positive and negative components cancel each other out, so that this link strives towards zero overall and can therefore be neglected without major errors:

CQ ≈ √E.cos(θ_ik + θ_inf)CQ ≈ √E.cos (θ _ik + θ _inf )

Entsprechend ergibt sich für die Projektion der empfangenen Informationskomponente auf die Sin- Quadratur-Komponente der Referenz:
Correspondingly, for the projection of the received information component onto the sin quadrature component of the reference:

Im weiteren seien nun CQ und SQ als x- bzw. y-Koordinate eines Punktes im rechtwinkligen Koordinatensystem betrachte. Dann schließen die Verbindungslinie zwischen diesem Punkt und dem Koordinatenursprung und die Abszisse den gesuchten Phasenwinkel Θ ein. Dieser kann nun mit geeigneten Algorithmen leicht bestimmt werden. Eine anschauliche Darstellungsform ist z. B.:
Let us now consider the CQ and SQ as x and y coordinates of a point in the right-angled coordinate system. Then the connecting line between this point and the coordinate origin and the abscissa include the sought phase angle winkel. This can now be easily determined using suitable algorithms. An illustrative form of representation is e.g. B .:

Die Phase der empfangenen Informationskomponente wird hier als Differenz zwischen der Anfangsphase der gesendeten Welle und der Codierungsphase dargestellt, d. h., daß sie innerhalb eines jeden Taktes invariant gegenüber der Zeit ist. Der Vollständigkeit halber sei dargestellt, daß ebensogut auch die Phasendifferenz zwischen dem vorangegangenen und dem aktuellen Takt zur Codierung genutzt werden kann. Bezeichnet man die Takte mit den Indizes i bzw. i+1, so ergibt sich für die differenzielle Phasencodierung:
The phase of the received information component is shown here as the difference between the initial phase of the transmitted wave and the coding phase, that is to say that it is invariant with respect to time within each cycle. For the sake of completeness, it should be shown that the phase difference between the previous and the current clock can also be used for coding. If one denotes the clocks with the indices i or i + 1, the following results for the differential phase coding:

In analoger Weise lassen sich für jeden Zeittakt auch die Phasenlagen der übrigen Informations komponenten mit hoher Genauigkeit bestimmen. Das wiederum bietet dem Anwender die Möglichkeit für eine entsprechend feine Diskretisierung der Phasenwinkel und damit für eine Steigerung der Informationsrate. Die oben beschriebene Methode der Phasenwinkelbestimmung sei im weiteren allgemein als C-S-Projektion bezeichnet.The phase positions of the other information can be analogously for each time cycle determine components with high accuracy. This in turn offers the user the opportunity for a correspondingly fine discretization of the phase angle and thus for an increase in Information rate. The method of determining the phase angle described above is further below commonly referred to as C-S projection.

Die vDK bildet insbesondere die Grundlage für das Verfahren nach Anspruch 5. Fig. 10 veranschau licht in der Gesamtübersicht nochmals die wichtigsten Elemente des Bearbeitungsflusses der vDK. Die Übersicht zeigt weiterhin, daß verschiedene der hier beschriebenen Elemente in ähnlicher Weise auch in anderen vorteilhaften Ausführungsformen Verwendung finden können.The vDK forms in particular the basis for the method according to claim 5. FIG. 10 illustrates the most important elements of the processing flow of the vDK in the overall overview. The overview also shows that various of the elements described here can be used in a similar manner in other advantageous embodiments.

2. Sewer cleaning

Die KR beinhaltet die Identifikation der jeweils besten Kanalantwort und deren signaltechnische Sepa ration bei gleichzeitiger Minimierung der Intersymbol Interactions. Sie kann ihrerseits bereits eine teilweise Doppler-Kompensation einschließen, welche für eine Reihe von Anwendungen bereits ausreichen kann.The KR includes the identification of the best channel response and its signaling sepa ration while minimizing the intersymbol interactions. For its part, it can already have one partially include Doppler compensation, which is already available for a number of applications can suffice.

Betrachten wir nun als Beispiel den Fall, daß die Doppler-Effekte keine wesentliche Rolle spielen, der Empfang aber durch die Überlagerung diverser Kanalantworten beeinträchtigt wird. Derartige Über tragungsbedingungen sind u. a. häufig bei der akustischen Kommunikation mit oder zwischen langsam bewegten oder stationären Objekten unter Wasser anzutreffen. Jede der Signalkomponenten ist dann durch ein ganzes Spektrum von Kanalantworten repräsentiert (vergl. schematische Darstellung in Fig. 1 und Fig. 4a). Das anmeldungsgemäße Verfahren zur Signalverarbeitung muß nun vor allem gewähr leisten, daß die Intersymbol Interactions minimiert werden.Let us now consider as an example the case where the Doppler effects do not play a significant role, but reception is impaired by the overlay of various channel responses. Such transmission conditions are often encountered in acoustic communication with or between slowly moving or stationary objects under water. Each of the signal components is then represented by a spectrum of channel responses (see FIG. Diagrammatic representation in Fig. 1 and Fig. 4a). The method according to the application for signal processing now has to ensure above all that the intersymbol interactions are minimized.

Obwohl, wie wir eingangs festgestellt hatten, im Ergebnis der VMT die diversen Kanalantworten mit unterschiedlichen Frequenzen beim Empfänger eintreffen, ist es in der Praxis kaum möglich, gleich im ersten Schritt für jede Komponente die jeweils günstigste Kanalantwort aus dem betreffenden Spek trum herauszufiltern, da diese meist sehr dicht beieinander liegen und die Frequenzen nicht feststehen (vergl. Fig. 5). Auch mitlaufende Bandpaßfilter können schwerlich genügend scharf dafür eingestellt werden. Eingangs hatten wir jedoch vorausgesetzt, daß es möglich sein muß, die entsprechenden Spektren der Bezugs- und Informationskomponenten voneinander zu trennen (Fig. 4b und Fig. 4c).Although, as we stated at the beginning, the result of the VMT is that the various channel responses with different frequencies arrive at the receiver, in practice it is hardly possible in the first step to filter out the most favorable channel response for each component from the relevant spectrum, since this are usually very close together and the frequencies are not fixed (see Fig. 5). Even bandpass filters that are running can hardly be set sufficiently sharply for this. Input we provided, however, that it must be possible to separate the corresponding spectra of the reference and information components from each other (Fig. 4b and Fig. 4c).

Nach Multiplikation der Bezugskomponente mit der jeweilige Informationskomponente (Fig. 4d) erhält man jeweils zwei Spektren von Zwischenfrequenzen, die unterschiedlich hoch liegen und unterschiedlich schnell laufen (Fig. 4e). Es bietet sich an, das jeweils niedrigere Frequenzband z. B. mittels eines Low-Pass-Filters für die weitere Bearbeitung herauszufiltern. In diesem Anteil sind mögliche Doppler-Effekte reduziert, während sie in dem anderen Spektralanateil verstärkt werden. Falls das zweite Seitenband nicht stört, weil beispielsweise genügend Rechenkapazität vorhanden ist, kann es auch mitgeführt werden, d. h. die Filterstufe kann eingespart werden.After multiplying the reference component by the respective information component ( FIG. 4d), two spectra of intermediate frequencies are obtained, which are at different heights and run at different speeds ( FIG. 4e). It lends itself to the lower frequency band z. B. using a low-pass filter for further processing. In this part, possible Doppler effects are reduced, while they are amplified in the other part of the spectrum. If the second side band does not interfere, for example because there is sufficient computing capacity, it can also be carried along, ie the filter stage can be saved.

Im nächsten Bearbeitungsschritt wird das zumindest eine verbliebene Frequenzband mit einer systeminternen generierten Hilfsfrequenz multipliziert (Fig. 4f), deren Charakteristik so gewählt wird, daß im Ergebnis der Multiplikation der eine Anteil der zweiten Zwischenfrequenzen fest steht, d. h. sich diese betreffenden Frequenzen zeitlich nicht mehr ändern (Fig. 4g).In the next processing step, the at least one remaining frequency band is multiplied by a system-generated auxiliary frequency ( Fig. 4f), the characteristics of which are selected so that the result of the multiplication is that a portion of the second intermediate frequencies is fixed, ie these frequencies no longer change in time ( Fig. 4g).

Die Charakteristik der jeweiligen Hilfsfrequenz (H1; H2; ... HN) ergibt sich entweder aus der zwischen Sender und Empfänger festgelegten oder operativ vereinbarten Abstimmung hinsichtlich der für die Informationsübertragung verwendeten Signalstruktur oder sie wird im Rahmen einer im Vorfeld der Informationsübertragung durchgeführten Sondierung des Übertragungskanals (Kanal training siehe unten) bestimmt.The characteristic of the respective auxiliary frequency (H1; H2; ... HN) results either from the agreement between the sender and the recipient, or an operationally agreed coordination regarding the signal structure used for information transmission or it is part of an im Sounding of the transmission channel (channel training see below).

Fig. 6 veranschaulicht, daß diese Stufe auch dann erreicht werden kann, wenn zunächst nur die Bezugskomponente von den Informationskomponenten getrennt werden konnte. Durch geeignete Wahl der Heterodynefrequenz kann dann die Frequenz der jeweils zur Bearbeitung vorgesehenen Informationskomponente (im vorliegenden Beispiel die erste) stabilisiert werden. Fig. 6 illustrates that this stage can also be achieved if only the reference component could be separated from the information components at first. The frequency of the information component intended for processing (in the present example, the first) can then be stabilized by a suitable choice of the heterodyne frequency.

Ein Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, daß mittels geeigneter Heterodynfrequenzen die gewünschten Anteile der stabilen Zwischenfrequenzen stets in einem deimierten Fenster plaziert und somit mittels eines feststehenden Filters, beispielsweise eines Low-Pass-Filters optimal herausgefiltert werden können (Fig. 4h).An advantage of this procedure is that by means of suitable heterodyne frequencies, the desired proportions of the stable intermediate frequencies are always placed in a dim window and can thus be optimally filtered out by means of a fixed filter, for example a low-pass filter ( FIG. 4h).

Fig. 7 soll an einem praxisnahen Beispiel mit einer Vielzahl von Kanalantworten veranschaulichen, daß jedoch anhand eines solchen Spektrums stabiler Zwischenfrequenzen noch keine verläßlichen Aussagen z. B. über die Phasenlage zu machen sind, da die diversen Kanalantworten zu unterschied lichen Zeiten verschieden stark repräsentiert sein können. Fig. 7 is to illustrate using a practical example with a variety of channel responses, but based on such a spectrum of stable intermediate frequencies no reliable statements such. B. are to be made about the phase position, since the various channel responses can be represented to different extents at different times.

Deshalb wird nunmehr eine zweite Filterstufe eingefügt, bei der im Prozeß eines vorangegangenen Kanaltrainings (Beschreibung siehe weiter unten) für jede Komponente bestmögliche Trennschärfe für die insgesamt stärkste Kanalantwort eingestellt wurde. Die gepunktete Linie in Fig. 4h soll zeigen, daß die Flanken dieser Filter sehr steil eingestellt werden können. Folglich können die Einflüsse der übrigen Kanalantworten auf die bestmögliche Weise minimiert werden (Fig. 4i).Therefore, a second filter stage is now inserted, in which the best possible selectivity for the strongest overall channel response was set for each component in the process of a previous channel training (description see below). The dotted line in Fig. 4h should show that the edges of these filters can be set very steep. As a result, the influences of the remaining channel responses can be minimized in the best possible way ( Fig. 4i).

Fig. 8 veranschaulicht für das praxisnahe Beispiel, daß im Ergebnis einer solchen scharfen Filterung aus der Vielzahl der in Fig. 7 noch fluktuierenden Kanalantworten eine eindeutige Auswahl getroffen und der Einfluß der übrigen Anteile unterdrückt werden kann. Der gesamte, in diesem Zusammenhang beschriebene Prozeß sei als Kanalreinigung mit teilweiser Doppler-Kompensation bezeichnet.For the practical example, FIG. 8 illustrates that, as a result of such a sharp filtering, a clear selection can be made from the large number of channel responses still fluctuating in FIG. 7 and the influence of the remaining components can be suppressed. The entire process described in this connection is referred to as sewer cleaning with partial Doppler compensation.

Parameter determination

Die solchermaßen aufbereiteten und von störenden Kanaleinflüssen weitestgehend bereinigten Signal komponenten können nunmehr einer detaillierten Parameteranalyse unterzogen werden. Dabei lassen sich sowohl die Amplituden als auch die Phasen der informationstragenden Signalanteile mit größt möglicher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit ermitteln. Verschiedene Amplitudenwerte können z. B. auf einfache Weise mittels Schwellwertschalter unterschieden werden. Falls zur Bestimmung der Phasenwinkel eine C-S-Projektion durchgeführt werden soll, können ggf. zur Komponentenzerlegung erforderliche Referenzschwingungen (bzw. deren Sinus- und Cosinusanteile) künstlich generiert werden. Letzteres ist technisch kein Problem, da dem System die Einstellungen der letzten (scharfen) Filterstufe und damit die Frequenzen der informationstragenden Signalanteile bekannt sind. Je nach verwendeter Codierungsform können aber auch vom Anwender aus dem breiten Repertoire der bekannten Algorithmen die jeweils am besten geeigneten ausgewählt und eingesetzt werden.The signal prepared in this way and largely cleaned of disturbing channel influences components can now be subjected to a detailed parameter analysis. Let it go the amplitudes as well as the phases of the information-carrying signal components are greatest determine possible accuracy and reproducibility. Different amplitude values can e.g. B. can be easily distinguished using a threshold switch. If to determine the Phase angle a C-S projection should be carried out, if necessary, for component decomposition required reference vibrations (or their sine and cosine components) artificially generated will. The latter is technically not a problem, because the settings of the last (sharp) Filter stage and thus the frequencies of the information-carrying signal components are known. Depending on Coding form used can also be used by the user from the wide repertoire of known algorithms which are selected and used in the most suitable manner.

In der oben beschriebenen Form kann die KR vorzugsweise in Verbindung mit einer pVMT (vergl. Fig. 1) eingesetzt werden. Sie läßt sich aber auch problemlos an die paVMT (vergl. Fig. 2) anpassen. Im Fall der paVMT führt die Multiplikation von Bezugs- und Informationskomponente unmittelbar zu stehenden Zwischenfrequenzen, so daß sich ggf. die Multiplikation mit Hilfsfrequenzen erübrigt. Sollte ein solcher Zwischenschritt dennoch zweckmäßig sein, beispielsweise um das betreffenden Frequenzband in ein bestimmtes Filterfenster zu schieben, so kann dieses leicht durch Multiplikation mit jeweils einer konstanten Hilfsfrequenzen geschehen. Das liegt aber im Spielraum der obigen Beschreibung.In the form described above, the KR can preferably be used in conjunction with a pVMT (see FIG. 1). But it can also be easily adapted to the paVMT (see Fig. 2). In the case of paVMT, the multiplication of reference and information components leads directly to standing intermediate frequencies, so that the multiplication with auxiliary frequencies may not be necessary. If such an intermediate step is nevertheless expedient, for example in order to shift the frequency band in question into a certain filter window, this can easily be done by multiplying it with a constant auxiliary frequency. But that is within the scope of the description above.

Die KR ist somit grundsätzlich für alle Formen der VMT geeignet, bei denen der Gradient der aktiv erzeugten Frequenzänderung ungleich Null ist. Um die hier beschriebene Variante von den nachfolgenden Modifikationen zu unterscheiden, sei sie mit KR1 bezeichnet. Die hier beschriebene vorteilhafte Ausführungsform des anmeldungsgemäßen Verfahrens bildet die Grundlage des Anspruchs 6. Die wichtigsten Elemente dieses grundlegenden Verfahrens sind nochmals in der Übersicht in Fig. 10 dargestellt.The KR is therefore basically suitable for all forms of VMT in which the gradient of the actively generated frequency change is not equal to zero. To distinguish the variant described here from the following modifications, it is referred to as KR1. The advantageous embodiment of the method according to the application described here forms the basis of claim 6. The most important elements of this basic method are shown again in the overview in FIG. 10.

Die oben beschriebene Variante der KR kann beispielsweise dergestalt modifiziert werden, daß die Bezugs- und Informationskomponente zunächst nicht miteinander multipliziert werden. In diesem Fall erfolgt die Bildung stabiler Zwischenfrequenzen direkt in einem Schritt durch Multiplikation der jeweiligen Signalkomponente mit einer jeweils geeigneten Hilfsfrequenz. Diese Vorgehensweise bringt den Vorteil; daß die Spektren der stabilen Zwischenfrequenzen nicht mehr Anteile haben, als die Empfangskomponenten. Nach dem Herausfiltern der für jede Komponente jeweils besten Kanal antwort (Kanalreinigung) besteht dann immer noch die Möglichkeit, den jeweiligen informations tragenden Signalanateil mit der Referenz zu verarbeiten, um zumindest eine teilweise Doppler- Kompensation zu erreichen, bzw. um, analog zu dem bei der vDK beschriebenen Beispiel, eine Phasenwinkelbestimmung mittels C-S-Projektion der informationstragenden Komponente auf die Kosinus- und Sinus-Quadratur-Komponenten des gereinigten Bezugssignals durchzuführen. Die entsprechende Frequenzanpassung der Referenz kann, falls erforderlich, entweder im Zuge der Multiplikation mit einer geeigneten Hilfsfrequenz erfolgen, oder nach Abschluß der letzten Filterstufe durch Multiplikation mit jeweils einer geeigneten konstanten Hilfsfrequenz. Im zweiten Fall braucht die Referenzkomponente nur einmal durch die Filter zu laufen.The variant of the KR described above can be modified such that the Reference and information components are not initially multiplied together. In this case stable intermediate frequencies are formed directly in one step by multiplying the respective signal component with a suitable auxiliary frequency. This approach brings the advantage; that the spectra of the stable intermediate frequencies have no more shares than the receiving components. After filtering out the best channel for each component answer (sewer cleaning) then there is still the possibility of the respective information processing signal component with the reference to process at least a partial Doppler Compensation to achieve, or, analogous to the example described in the vDK, a Phase angle determination by means of C-S projection of the information-carrying component onto the Perform cosine and sine quadrature components of the cleaned reference signal. The appropriate frequency adjustment of the reference can, if necessary, either in the course of Multiplication with a suitable auxiliary frequency, or after completion of the last filter stage by multiplication with a suitable constant auxiliary frequency. In the second case needs run the reference component only once through the filters.

Mit den im vorangegangenen Absatz beschriebenen Modifikationen ergibt sich eine weitere vorteilhafte Ausführungsform gemäß Anspruch 7. Der schematisch vereinfachte Ablaufplan wurde in der Übersichtsdarstellung (Fig. 10) als KR2 bezeichnet. The modifications described in the previous paragraph result in a further advantageous embodiment according to claim 7. The schematically simplified flow chart was referred to as KR2 in the overview ( FIG. 10).

Falls Doppler-Effekte aber gar keine Rolle spielen, kann die Bezugskomponente auch ganz weg gelassen oder als zusätzliche Informationskomponente verwendet Werden. Dann ist ohnehin nur KR2 anwendbar. Die Parameterbestimmung muß dann allerdings wieder analog zu der bei KR1 beschriebenen Vorgehensweise erfolgen.If Doppler effects are irrelevant, the reference component can also be removed entirely left or used as an additional information component. Then only KR2 is anyway applicable. However, the parameter determination must then again be analogous to that for KR1 described procedure.

Complete solutions

Nachdem zunächst die verfahrenstechnischen Grundlagen für die vollständige Doppler-Kompensation und verschiedene Varianten der Kanalreinigung (z. T. inklusive einer teilweisen Doppler-Kompensa tion) separat beschrieben wurden, sei nun ein Anwendungsfall betrachtet, bei dem der Empfang sowohl durch diverse Kanalantworten als auch durch starke Doppler-Effekte beeinträchtigt ist. Eine solche Kombination von Störgrößen erschwert z. B. häufig die Kommunikation mit bzw. zwischen bewegten Objekten unter Wasser.After first the procedural basics for the complete Doppler compensation and different variants of sewer cleaning (partly including a partial Doppler compensation tion) have been described separately, now consider an application in which the reception is affected both by various channel responses and by strong Doppler effects. A such combination of disturbances makes z. B. often communication with or between moving objects under water.

Für diesen Fall besteht eine Lösungsmöglichkeit beispielsweise darin, vDK und KR2 miteinander zu kombinieren:In this case, one solution is to connect vDK and KR2 to each other combine:

Nach Trennung von Bezugs- und Informationskomponente wird zunächst, wie bei der vDK beschrie ben, ein paarweiser Doppler-Abgleich durchgeführt, indem zumindest eine der paarweise zu betrach tenden Signalkomponenten, ggf. auch beide auf geeignete Weise so transformiert wird bzw. werden, daß beide exakt den selben Frequenzgang aufweisen, somit gleich stark Doppler-belastet sind. Optional können die jeweils nicht benötigten Seitenbänder weggefiltert und die verbliebenen Signalanteile wieder normiert werden.After separating the reference and information components, the first step is as described for the vDK ben, performed a pairwise Doppler comparison by looking at at least one of the pairs tendency signal components, possibly both, are transformed in a suitable manner, that both have exactly the same frequency response, so are equally loaded with Doppler. Optionally, the side bands that are not required can be filtered out and the remaining ones Signal components are normalized again.

Danach werden beide Komponenten separat durch Multiplikation mit typischerweise der selben Hilfs frequenz (die den gleichen Anstieg wie die betreffenden Komponenten hat, jedoch etwas parallel ver schoben ist) multipliziert, somit in stabile Zwischenfrequenzen überführt und dann jeweils separat den nachfolgenden Filterstufen zur Kanalreinigung unterzogen. Dazu können die scharfen Filter ggf. für jede Komponente individuell eingestellt werden. Im Idealfall können die betreffenden Filtereinstel lungen auch bei der Feinabstimmung der o. g. Hilfsfrequenzen berücksichtigt werden.After that, both components are separated by multiplying them with typically the same auxiliary frequency (which has the same increase as the components in question, but somewhat parallel is multiplied), thus converted into stable intermediate frequencies and then each separately Subsequent filter stages for sewer cleaning. The sharp filters can be used for each component can be set individually. Ideally, the filter settings concerned also when fine-tuning the above-mentioned. Auxiliary frequencies are taken into account.

Im Ergebnis erhält man sowohl für die Informationskomponente als auch für die Referenz jeweils ein von II weitestgehend bereinigtes Signal. Nach dieser "Reinigung" (ggf. inklusive Schwellwertanalyse) kann die Parameterbestimmung dann entsprechend der bei der vDK bzw. KR2 beschriebenen Vor gehensweise erfolgen, wobei mittels der paarweisen Bearbeitung der jeweiligen Informationskompo nente mit der dazugehörigen Referenz die vollständige Doppler-Kompensation erreicht wird.The result is one for both the information component and the reference Signal largely cleared of II. After this "cleaning" (possibly including threshold analysis) can then determine the parameters according to the procedure described for the vDK or KR2 to proceed, whereby by means of the paired processing of the respective information compo complete Doppler compensation is achieved with the associated reference.

Die oben beschriebene Ausführungsform des anmeldungsgemäßen Verfahrens bildet die Grundlage für die vorteilhafte Ausführungsform des Verfahren gemäß Anspruch 8. In der schematisierten Übersicht in Fig. 10 wurde sie mit Kompl. 1 bezeichnet.The above-described embodiment of the method according to the application forms the basis for the advantageous embodiment of the method according to claim 8. In the schematic overview in FIG. 10, it was designated with complete 1.

Eine weitere Lösungsmöglichkeit besteht in einer geeigneten Kombination von vDK und KR1 (vergl. vereinfachte Darstellung des Ablaufplanes Kompl. 2 in Fig. 10):Another solution is a suitable combination of vDK and KR1 (see simplified representation of the flowchart compl. 2 in Fig. 10):

Auch in diesem Fall erfolgt nach der Trennung von Bezugs- und Informationskomponente zunächst der paarweise Doppler-Abgleich. Danach wird eine der beiden Komponenten durch Multiplikation mit einer in diesem Fall jedoch konstanten, im System generierten Hilfsfrequenz um einen geeigneten. Betrag parallel verschoben. Anschließend werden beide Partnerkomponenten miteinander multipli ziert, womit die in Fig. 4g dargestellte Bearbeitungsstufe, d. h. die Ebene der stabilen Zwischenfre quenzen erreicht wird. Danach wird das Verfahren mit den beiden Filterstufen und der Parameter bestimmung gemäß KR1 fortgesetzt.In this case too, after the separation of the reference and information components, the pairwise Doppler comparison is carried out. Then one of the two components is multiplied by a suitable auxiliary frequency generated in the system in this case, however constant in this case. Amount shifted in parallel. Then both partner components are multiplied with each other, whereby the processing stage shown in Fig. 4g, ie the level of the stable intermediate frequencies is reached. The process is then continued with the two filter stages and the parameter determination according to KR1.

Diese zweite Komplettlösung beinhaltet, daß durch die Projektion der Informationskomponente auf die Doppler-identische Referenz die Einflüsse von durch Bewegungen hervorgerufenen Frequenzver schiebungen vollständig eliminiert werden. Damit ist die Referenz jedoch "aufgebraucht". Sie wird aber auch nicht mehr benötigt. Ein wesentlicher Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, daß systemintern lediglich jeweils eine konstante Hilfsfrequenz generiert zu werden braucht, um das ge wünschte Seitenband der stabilen Zwischenfrequenzen exakt in das für die Filterung optimale Fre quenzfenster einzuordnen. Im günstigsten Fall könnte möglicherweise für alle Komponentenpaare auch ein und dieselbe Hilfsfrequenz verwendet werden. Im Prinzip besteht die Möglichkeit, diese Hilfsfrequenz im Anschluß an die "Reinigung" auch als Referenz für die Phasenanalyse zu nutzen. Da man in der Praxis jedoch versuchen wird, die scharfen Filter individuell für jede Signalkomponente (die im vorliegenden Fall bereits eine entsprechend aufbereitete Kombination aus der jeweiligen Info- und Bezugskomponente verkörpert) einzustellen, die Filtereinstellungen dem System somit bekannt sind, können problemlos systemintern auch exakt darauf abgestimmte Referenzen (inklusive der Sinus- und Kosinus-Quadratur-Komponenten) künstlich erzeugt werden, falls diese für die Phasen analyse benötigt werden (vergl. KR1).This second complete solution involves that by projecting the information component onto the Doppler-identical reference shows the influences of frequency ver shifts are completely eliminated. However, this means that the reference is "used up". she will but also no longer needed. A major advantage of this approach is that only a constant auxiliary frequency needs to be generated within the system in order to achieve the ge desired sideband of the stable intermediate frequencies exactly in the optimal Fre for filtering to classify the window. At best, it could possibly be for all component pairs one and the same auxiliary frequency can also be used. In principle there is the possibility of this Auxiliary frequency after the "cleaning" can also be used as a reference for the phase analysis. There in practice, however, one will try to set the sharp filters individually for each signal component (which in the present case is already a suitably prepared combination of the respective information and reference component embodied), the filter settings are known to the system references can be easily created within the system, including precisely matched references (including the Sine and cosine quadrature components) are generated artificially, if these for the phases analysis are required (see KR1).

Die zuletzt beschriebene vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens ist Gegenstand des Unter anspruchs 9.The last described advantageous embodiment of the method is the subject of the sub claim 9.

Channel training and tuning

Mittels des bereits mehrfach erwähnten Kanaltrainings ist anhand von geeigneten Testsignalen zu nächst sicherzustellen, daß Signalstruktur möglichst optimal an die jeweiligen Übertragungsbedin gungen angepaßt ist und/oder das zumindest gewährleistet wird, daß der Empfänger stets im erfor derlichen Maße die Komponententrennung vornehmen kann. Wenn diese Voraussetzung erfüllt ist, kann das für das Verfahren nach Anspruch 1 sowie auch für alle weiteren Varianten, die eine Kanal reinigung enthalten, unbedingt zu empfehlende Kanal-Tuning durchgeführt werden. Dazu bietet es sich an, etwas längere, Signale ohne Codierung zu senden; welche im übrigen aber bereits die zur Informationsübertragung vorgesehene Charakteristik besitzen. Hierbei liegt es im Ermessen des Anwenders, ob alle Frequenzkanäle gleichzeitig verwendet werden, oder ob das Kanal-Tuning anhand von Testsignale durchgeführt wird, die nacheinander jeweils eine Bezugskomponente und eine oder mehrere Informationskomponente(n) enthalten. Die jeweilige Vorgehensweise muß natürlich auf die entsprechend ausgewählte Variante des Signalbearbeitungsverfahren abgestimmt sein. Die empfange nen Testsignale durchlaufen nun alle in der betreffenden Variante vorgesehenen Bearbeitungsstufen bis zur Bildung der stabilen Zwischenfrequenzen. Auf dieser Ebene wird für jede der zur Auswertung vorgesehenen Signalkomponente (bzw. aus der jeweiligen Informations- und Bezugskomponente ge bildeten Mischkomponente) individuell eine Analyse der Energiedichteverteilung in dem gegebenen Frequenzspektrum durchgeführt. Für eine solche Analyse kann beispielsweise eine FFT angewendet werden. Anhand dieser Auswertungsergebnisse wird dann die jeweils am besten geeignete Kanal antwort (typischerweise die energiereichste) ausgewählt, für die nunmehr die jeweils bestmöglich Einstellung der "scharfen" Filter vorgenommen und abgespeichert wird. Nachdem die betreffenden Einstellungen für alle Komponenten festgelegt sind, kann die eigentliche Informationsübertragung beginnen. Die Filtereinstellungen werden dann bis zum nächsten Kanal-Tuning beibehalten. Die hier beschriebene Ausführungsform bildet die Grundlage für Anspruch 3.By means of the channel training already mentioned several times, using suitable test signals Next, ensure that the signal structure is optimally matched to the respective transmission conditions conditions is adapted and / or at least it is ensured that the recipient is always in the requ the extent to which the components can be separated. If this requirement is met, can for the method according to claim 1 as well as for all other variants that a channel cleaning included, channel tuning that is absolutely recommended must be carried out. It offers starting to send somewhat longer signals without coding; which, by the way, are already used for Have information intended characteristic transmission. It is at the discretion of the User whether all frequency channels are used at the same time or whether the channel tuning based on is carried out by test signals, which in each case one reference component and one or contain several information component (s). The respective procedure must of course be based on the be matched to the selected variant of the signal processing method. The receive NEN test signals now run through all processing stages provided in the relevant variant until the formation of the stable intermediate frequencies. At this level, each is used for evaluation provided signal component (or from the respective information and reference component ge mixed component) individually an analysis of the energy density distribution in the given Frequency spectrum performed. An FFT, for example, can be used for such an analysis will. Based on these evaluation results, the most suitable channel is then selected answer (typically the most energetic) selected, for which the best possible Setting the "sharp" filter is made and saved. After the concerned Settings are set for all components, the actual information transfer can kick off. The filter settings are then retained until the next channel tuning. This one The embodiment described forms the basis for claim 3.

Speziell bei der akustischen Datenübertragung unter Wasser sind die Übertragungsbedingungen oft mals nicht zeitlich stabil. In solchen Fällen bietet es sich an, zumindest das Kanal-Tuning in geeigne ten Zeitabständen zu wiederholen, d. h. die Einstellungen der scharfen Filter regelmäßig zu aktualisie ren.Especially with acoustic data transmission under water, the transmission conditions are often sometimes not stable over time. In such cases, it makes sense to at least tune the channel appropriately to repeat th time intervals, d. H. update the settings of the sharp filters regularly ren.

Die Verwendung längerer uncodierter Signale für das Kanal-Tuning bietet eine gute statistische Sicherheit, bedeutet aber, daß zwischenzeitlich die Informationsübertragung kurz unterbrochen werden muß. Solche Unterbrechungen lassen sich ggf. aber vermeiden. Eine vorteilhafte Alternative biete das Verfahren nach Anspruch 4. Dabei wird während der Informationsübertragung operativ, d. h. anhand der fortlaufend empfangenen Signale, parallel zu dem eigentlichen Signalbearbeitungsprozeß oder als Bestandteil desselben eine fortlaufende Aktualisierung der genannten Filtereinstellungen und somit ein fortlaufendes Kanal-Tuning durchgeführt. Dazu ist es zweckmäßig, die Empfangsergebnisse aus mehreren Takten in die Auswertung einzubeziehen. Eine solche Alternativlösung stellt natürlich entsprechend höhere Anforderungen an das Auswertungssystem. Using longer uncoded signals for channel tuning offers good statistical Security, however, means that in the meantime the information transfer is briefly interrupted got to. Such interruptions can be avoided if necessary. This offers an advantageous alternative 4. The method according to claim 4. Here, during the information transfer, that is, operationally. H. based of the continuously received signals, parallel to the actual signal processing process or as Part of the same a continuous update of the filter settings mentioned and thus one continuous channel tuning performed. To do this, it is useful to look at the reception results include several cycles in the evaluation. Such an alternative solution is of course correspondingly higher demands on the evaluation system.

Determination of the relative speed between transmitter and receiver

Abschließend sei insbesondere im Zusammenhang mit den Ansprüchen 11 bis 13 noch kurz dargestellt, daß aus dem Empfangssignales eine möglicherweise hilfreiche Aussage hinsichtlich der aktuellen Abstandsänderung zwischen Sender und Empfänger abgeleitet werden kann. Die Signalbearbeitung nach den oben beschriebenen Verfahren zielt darauf ab, für jede Signalkomponente auf bestmögliche Weise die (Sende-)Parameter (u. a. die Phasenwinkel) zu rekonstruieren. Dazu war es zweckmäßig, die Komponenten so miteinander zu verarbeiten, daß die Doppler-Anteile eliminiert werden. Letztere wurden als Störgrößen behandelt. Diese Doppler-Anteile enthalten aber in Form des Doppler-Koeffizienten D = v/c (vergl. Gl. 4 und 5) eine Information, die zwar nichts mit der eigentlichen Datenübermittlung zu tun hat, jedoch Aufschluß über die momentane Relativ geschwindigkeit zwischen Senderund Empfänger v geben kann. Der Doppler-Koeffizient kann mittels geeigneter Methoden der Signalbearbeitung bestimmt werden. Da sich die Geschwindigkeit der Signalausbreitung c in etwa bekannt ist, bzw. im Rahmen der Kanalsondierung gemessen werden . kann, läßt sich v abschätzen bzw. auch relativ genau bestimmen.In conclusion, especially in connection with claims 11 to 13, is still brief shown that a possibly helpful statement regarding the current change in distance between transmitter and receiver can be derived. The Signal processing according to the methods described above aims for each signal component to reconstruct the (transmit) parameters (including the phase angle) in the best possible way. This was it is expedient to process the components with one another in such a way that the Doppler components are eliminated will. The latter were treated as disturbances. However, these Doppler components contain in the form of Doppler coefficients D = v / c (see Eq. 4 and 5) information that is not related to the actual data transmission has to do, however, information about the current relative speed between transmitter and receiver v. The Doppler coefficient can be determined using suitable methods of signal processing. Since the speed of the Signal propagation c is approximately known, or can be measured as part of the channel sounding. can, v can be estimated or determined relatively accurately.

Als Beispiel sei hier ein möglicher Lösungswege skizziert:
Dazu kann eine beliebige Empfangskomponente (zweckmäßigerweise z. B. die uncodierte Bezugskom ponente) herausgegriffen werden. Falls erforderlich, kann diese nochmals extra entsprechend KR2 auf eine Kanalantwort reduziert werden. Da dem Empfänger die vom Sender verwendete Signalstruktur bekannt ist und sich mittels der Signalanalyse nach einem der o. g. Verfahren auch die Phasenlage be stimmen läßt, kann nun systemintern ein amplitudennormiertes Referenzsignal generiert werden, das hinsichtlich seiner Phasenlage und Frequenzcharakteristik - mit Ausnahme des Doppler-Anteils, wel cher ja noch nicht bekannt ist - der betreffenden Empfangskomponente gleicht. Nach Projektion der Empfangskomponente auf die Sinus- und Kosinus-Quadratur-Komponenten dieser Referenz und Fil tern (LPF) erhält man jeweils den reinen Doppler-Anteil in Form von einfachen Sinus- und Kosinus- Schwingungen gleicher Amplitude. Die arctan-Funktion liefert das Argument Dωnt_s. Da ωnt_s bekannt ist, ergibt die Division D, und D multipliziert mit c schließlich v. (Schematisierter Ablaufplan siehe Doppler-Best. in Fig. 10).A possible solution is outlined here as an example:
Any reception component (expediently, for example, the uncoded reference component) can be selected for this purpose. If necessary, this can be further reduced to a channel response in accordance with KR2. Since the signal structure used by the transmitter is known to the receiver and the phase position can also be determined by means of the signal analysis using one of the above-mentioned methods, an amplitude-standardized reference signal can now be generated within the system. which is not yet known - is the same as the receiving component in question. After projection of the receiving component onto the sine and cosine quadrature components of this reference and filter (LPF), the pure Doppler component is obtained in the form of simple sine and cosine vibrations of the same amplitude. The arctan function returns the argument Dωnt _s . Since ωnt _{s is} known, the division gives D, and D multiplied by c finally v. (For a schematic flow chart, see Doppler order in Fig. 10).

Es dürfte für viele Anwendungen vorteilhaft sein, diese wertvolle Zusatzinformation ohne zusätzlichen Meßaufwand bekommen zu können.It should be advantageous for many applications to have this valuable additional information without additional information To get measurement effort.

Weiterhin sei vermerkt, daß die Kenntnis der Doppler-Anteile auch zur weiteren Verbesserung der eigentlichen Signalbearbeitung beitragen kann. So können, z. B. die im Rahmen der KR systemintern generierten Hilfsfrequenzen präziser auf die Struktur der jeweiligen Empfangskomponenten abgestimmt und so die bei der eigentlichen Signalanalyse unerwünschten Doppler-Einflüsse noch besser bzw. auf einfachere Weise reduziert werden. Durch die Integration solcher Maßnahmen, ggf. auch deren itera tive Anwendung, kann neben einer Verbesserung der Auswertungsergebnisse zumindest zwischen zeitlich auch eine Verfahrensoptimierung erreicht werden, da sich mit Erhöhung der Doppler- Resistenz auch die möglichen Einsatzbereiche beispielsweise von KR1 und KR2 erweitern. Damit kann der insbesondere bei der Multiplikation von Empfangskomponenten mitunter unvermeidbar rasche Datenzuwachs reduziert, ggf. auf Zwischenfilter verzichtet und der Ablauf insgesamt schneller gemacht werden. Alle Vereinfachungen im Kernbereich des Verfahrens kommen der online Aus wertung zugute. Selbst wenn die Doppler-Auswertung zunächst einen Zusatzaufwand bedeutet, können sich möglicherweise insgesamt Einsparungen ergeben, da die Kernroutinen der Signal bearbeitung dann ggf. mit einer geringeren Hard- und Softwarekapazität bewältigt werden können.It should also be noted that the knowledge of the Doppler shares also to further improve the actual signal processing can contribute. So, e.g. B. within the framework of the KR system generated auxiliary frequencies more precisely matched to the structure of the respective receiving components and so the Doppler influences that are undesirable in the actual signal analysis are even better easier way to be reduced. By integrating such measures, if necessary also their itera tive application, in addition to improving the evaluation results, can at least between a process optimization can also be achieved in time, since with an increase in the Doppler Resistance also expand the possible areas of application, for example of KR1 and KR2. In order to This can sometimes be unavoidable, particularly when multiplying reception components rapid data growth is reduced, intermediate filters may be omitted and the process is faster overall be made. All simplifications in the core area of the procedure come from online evaluation benefits. Even if the Doppler evaluation initially means additional effort, Overall, savings may result from the core routines of the signal processing can then be managed with less hardware and software capacity.

Gemäß Anspruch 10 lassen sich die zuletzt genannten Verbesserungen bzw. Vereinfachungen des anmeldungsgemäßen Verfahrens zumindest zwischenzeitlich auf einfache Weise auch dann realisieren, wenn die Information über die jeweils aktuelle Doppler-Verschiebung in bereits aufbereiteter Form, beispielsweise seitens eines externen Meßsystems zur Verfügung gestellt wird.According to claim 10, the latter improvements or simplifications of the method according to the application, at least in the meantime in a simple manner realize when the information about the current Doppler shift in already prepared form, for example provided by an external measuring system.

In Fig. 11 ist der Grundaufbau einer Signalbearbeitungseinheit dargestellt. Das Grundprinzip weist eine Filtereinheit auf, welche in dieser Ausführungsform aus zwei parallel geschalteten steuerbaren Filterelementen BPF1 und BPF2 besteht, die das Empfangssignal in Bezugs- und Informations komponente teilen. In Fig. 11 of the basic structure of a signal processing unit is illustrated. The basic principle has a filter unit, which in this embodiment consists of two controllable filter elements BPF1 and BPF2 connected in parallel, which divide the received signal into reference and information components.

Diese beiden Signalanteile werden dann gemäß dem Mittel zur Frequenzumwandlung zunächst einer Wandlereinheit bestehend aus Wandler1 und Wandler2 zugeführt, in der ein paarweiser Doppler- Abgleich erfolgt, bevor dann beide Anteile mittels des Multiplikators 1 vereint werden, um später durch Multiplikator 2 mittels einer geeigneten, von einem Generator gelieferten Hilfs- bzw. Hetrodynefrequenz in stehende Zwischenfrequenzen überführt zu werden.These two signal components then become one according to the means for frequency conversion Converter unit consisting of converter1 and converter2 fed, in which a pairwise Doppler Adjustment takes place before both parts are then combined using multiplier 1, later by multiplier 2 by means of a suitable auxiliary or Heterodyne frequency to be converted into standing intermediate frequencies.

Als Mittel zur Unterdrückung von Störanteilen dienen in dieser Ausführungsform zunächst das Filter LPF1 und ggf. auch ein zweites Filter LPF2, welche jeweils in Reihe den Multiplikatoren nachge schaltet sind und nicht benötigte Seitenbänder weg filtern. Danach erfolgt mittels des in Reihe geschalteten scharfen Filters BPF3 die Auslese des jeweils am besten geeigneten Signalanteils, welcher anschließend an das Mittel zur Parameteranalyse, in dieser Ausführungsform ein Modul zur Parameteranalyse, weitergeleitet wird. Falls erforderlich, kann das Modul zur Parameteranalyse durch einen Generator für Referenzsignale ergänzt werden, der mit BRF3 in Verbindung steht.In this embodiment, the filter initially serves as a means of suppressing interference components LPF1 and possibly also a second filter LPF2, which each follow the multipliers in series are switched on and filter out unnecessary sidebands. Afterwards it is done in series switched sharp filter BPF3 the selection of the most suitable signal component, which follows the means for parameter analysis, in this embodiment a module for Parameter analysis, is forwarded. If necessary, the module for parameter analysis can a generator for reference signals can be added, which is connected to BRF3.

Am Ende der Verarbeitungseinheit werden dann für jede Informationskomponenten die zur Codierung verwendeten Signalparameter ausgegeben.At the end of the processing unit, the information is then encoded for each information component used signal parameters output.

Fig. 12 zeigt einen Grundaufbau für das im gleichen Kontext vorteilhaft einzusetzende Kanal-Tuning. Im Unterschied zu Fig. 11 werden in dieser Ausführungsform die Signalkomponenten im Anschluß an LPF2 an das Mittel zum Tunen geleitet, bei welchem hier eine FFT-Einheit das Modul zur Analyse von Frequenzspektren und die mit 3 bezeichnete Einheit die Auswertungseinheit bilden. Das Ergebnis wird dann dem Steuermodul zugeführt, das die jeweils optimalen Filtereinstellungen für BPF3 vor nimmt. FIG. 12 shows a basic structure for the channel tuning to be used advantageously in the same context. In contrast to FIG. 11, in this embodiment the signal components following LPF2 are directed to the means for tuning, in which an FFT unit forms the module for analyzing frequency spectra and the unit denoted by 3 the evaluation unit. The result is then fed to the control module, which takes the optimal filter settings for BPF3.

Claims

1. A method for processing frequency-variable wave signals which contain at least one reference component (B1; B2;...; BN) and at least one information component (I1; I2;...; IN), which together form an information signal which the following mentioned processing steps includes:
Step A:
Separation of the reference component (B1; B2;...; BN) from the information component (I1; I2;...; IN) and possibly also the information components (I1; I2;...; IN) from each other.
Step B:
Doppler compensation by processing the respective information-carrying signal component in pairs with the one or the most suitable reference component.
If necessary, the amplitudes can be rescaled after each sub-step, and side frequencies that are not required can be filtered out if they interfere with the further processing sequence. Both also apply to step C.
Step C:
Conversion of the signal components into standing intermediate frequencies (Z'1;Z'2;...;Z'N + X).
Step D:
Separation of the information-carrying signal components based on these stable intermediate frequencies, if this is not or not completely done in step A, and filtering out the most suitable, typically the strongest or most energy-rich signal component from the spectrum of the frequency-stable intermediate frequencies of the respective signal component with simultaneous minimization the influences of the other signal components.
Steps:
Determination of the signal parameters relevant for the information coding on the basis of the signal components prepared in the result of step B and / or D.
If necessary, suitable reference vibrations, for example of the same frequency, can be generated and used within the system.

2. The method of claim 1, wherein steps A, B, C, D and E are performed in the block or separately from each other at a suitable point in the signal processing process to get integrated.

3. The method according to any one of claims 1 or 2, in which a so-called channel tuning is inserted at suitable time intervals. For this purpose, following step C, a for the stable intermediate frequencies (Z'1;Z'2;...;Z'N + X). Spectral analysis, for example an FFT, is carried out and the distribution of the energy density is determined. Based on these results, the filter settings are made for the best received signal components, which are then used for step D and are retained until the next channel tuning.
Typically, somewhat longer signals without special information coding are used for channel tuning. Consequently, steps D and E of the method can be dispensed with in the relevant time interval.

4. The method according to any one of claims 1 to 3; where the filter settings are based on a suitable analysis of the spectra of the stable intermediate frequencies continuously updated will. This update can be carried out in parallel with the actual signal processing Claim 1 or 2 or be carried out as part of the same.

5. Method for processing frequency-variable wave signals, which contain at least one reference component (B1; B2;...; BN) and at least one information component (I1; I2;...; IN), which includes the following processing steps:
Step A:
Separation of the reference component (s) (B1; B2;...; BN) and also the information components (I1; I2;...; IN) from each other.
Step B:
Frequency transformation of the respectively most suitable reference component and / or possibly also the information component (s), so that the information component (I1, I2,..., Or IN) or (I'1 , I'2,..., Or I'N) can each be assigned a transformed reference component (B'1, B'2,..., Or B'N) that has exactly the same frequency characteristic and thus possibly also has the same Doppler load and is therefore a suitable reference.
Step C:
Determination of the signal parameters relevant to the information coding for each information-bearing component, if necessary by joint processing with the associated reference. For example, the phase position can be determined with the complete exclusion of Doppler influences by breaking down the information-carrying component on the basis of the sine and cosine representations of the associated reference or by simple phase comparisons using a flip-flop circuit.

6. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the steps A, B, C, D and E in in the order specified here, with an extensive one in step B. Doppler compensation is achieved in that the information component (I1; I2; . . .; IN) with the most suitable reference component (B1; B2;...; BN) is multiplied and the intermediate frequencies thus formed (Z1; Z2;...; ZN) then in Step C by multiplication with an auxiliary frequency (H1; H2; ... HN), which has the same frequency response as (Z1; Z2;...; ZN), but by one suitable offset value is shifted somewhat, to stable intermediate frequencies (Z'1; Z'2;... Z'N) are transferred.

7. The method according to any one of claims 1 to 4, in which steps A, C, D and E / B are carried out in the order given here, steps E and B forming a common functional unit E / B.
In this case, the reference component (s) (B1; B2;...; BN) and also the information components (I1; I2;... IN) must be separated from one another in step A.
In step C, each signal component is then separated by multiplying it with a system-generated auxiliary frequency (H1; H2;... HN + X), which has the same frequency response as the respective information component, but is slightly shifted by a suitable offset value stable intermediate frequencies (Z'1;Z'2;...;Z'N + X) transferred.
Each of these spectra goes through processing step D separately, ie separately.
In step E / B, the parameter analysis for the individual information-carrying signal components can then be carried out in combination with the reference component (B1; B2;...; BN) prepared in the same way as a reference. By processing in pairs, for example as described in step C of the method according to claim 5, extensive Doppler compensation is ensured here. The latter corresponds both functionally and in terms of sequence to step B of the method according to claim 1, which thus merges with step E here.

8. The method according to any one of claims 1 to 4 or 6, in which steps A, B / C, D and E are carried out in the order given here, wherein steps B and C form a common functional unit B / C, which by the following substeps are shown:

1. Frequency transformation of the most suitable reference component and / or possibly also the information component (s) so that the information component (I1, I2,..., Or IN) or (I '1, I'2,..., Or I'N) can each be assigned a transformed reference component (B'1, B'2,..., Or B'N), which has exactly the same frequency characteristic and, if necessary, also has the same Doppler load. This processing step is referred to below as a pairwise Doppler comparison.
2. Shift of one of the two partner components (for example B ') by multiplication with a suitable, artificially generated, constant auxiliary frequency (H) or (H1; H2;... HN) by a suitable amount.
3. Conversion to stable intermediate frequencies with simultaneous complete Doppler compensation by multiplying the respective partner components supplied by sub-step 2 with one another.

9. The method according to claim 7, in which in step C, however, first a pair Doppler adjustment (description see claim 9) is carried out, after which the two Partner components each artificially created with one and the same; Auxiliary frequency (H ') or (H'1; H'2;...; H'N) are multiplied, which have the same frequency response as the partner components concerned, but by a suitable offset something is shifted, so that the result is for each of the two components Spectrum of stable intermediate frequencies results. Each of these spectra runs on its own, i. H. Step D separately. In Step E / B there are two signal components available Available, one of which carries the information and the other provides a reference which can then be processed in pairs as part of the parameter analysis, which means here complete Doppler compensation is achieved.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the by an independent Measuring method determined, current Doppler frequency shift or the Doppler Coefficient, taken into account when generating auxiliary frequencies within the system and thus optimizing the Doppler compensation or also partially or entirely in step C. and / or E can be shifted.

11. The method according to any one of claims 1 to 9, wherein in addition, d. H. next to the actual signal processing according to the main task of the method, based on at least one of the received signal components, for example by a suitable, joint processing with a Doppler-free reference signal generated in the system, determines the current Doppler frequency shift or the Doppler coefficient becomes. This or these can then optionally be used for in-system generation Signal processing of required auxiliary frequencies can be taken into account, with which the Doppler compensation optimized or also partially or entirely in step C and / or E. can be shifted, and / or to determine the current relative speed can be used between transmitter and receiver.

12. The method according to any one of claims 1 to 4 or 6 to 9 and claim 10 or 11, at which for processing the information components at least in the meantime instead of the reference component (s) isolated from the received signal. the one from it derived references and / or possibly system instead of auxiliary frequencies internally generated signals with the appropriate frequency characteristics, including the relevant Doppler shift, are used so that, for example, by a times multiplication with the information component to be processed in each case stable, Doppler-compensated intermediate frequencies can be transferred. Then can at least in the meantime steps B and C and possibly also A in a single bear processing step can be summarized. Following step D, the Parameterana then lyse according to step E in claim 1, 6 or 8.

13. The method according to any one of claims 1 to 4 or 6 to 9, which in connection with An Proverb 10 or 11 is at least in the meantime simplified so that - if necessary also under Omit from step A - the information components by multiplying by each a suitable auxiliary frequency that still has the same frequency response without Doppler Taking into account how the respective information component has, but in relation to it is shifted by a suitable offset value, converted into stable intermediate frequencies will. Subsequent to step D, the parameter analysis is then carried out, if necessary, by common Processing with a reference signal generated internally in the system when it is generated the Doppler load on the relevant information-carrying signal component was taken into account in a suitable manner, so that the best possible Doppler compensation he follows.

14. System for signal processing via at least one input, a processing unit and has at least one output, the processing unit providing a means for Separation of the input signals into the at least one reference component (B1; B2;...; BN) and at least one information component (I1; I2;...; IN) a means for their Frequency conversion, a means for suppressing interference and a means for Has parameter analysis.

15. The system of claim 14, wherein the means for separating the input signals is a Has a filter unit with a control module which contains at least two filter elements, preferably in parallel.

16. System according to one of claims 14 or 15, wherein the means for frequency conversion at least one generator for generating internal auxiliary frequencies and at least one Has multiplier.

17. The system according to any one of claims 14 to 16, wherein the means for frequency conversion further has at least one converter for Doppler adjustment.

18. The system according to any one of claims 14 to 17, wherein the means for suppressing Interference components also have at least one filter unit with a control module.

19. System according to any one of claims 14 to 18, wherein the means for suppressing Interference components has additional, preferably controllable filters, each of the means for Frequency conversion are connected downstream.

20. System according to one of claims 14 to 19, wherein the means for parameter analysis has at least one multiplier and one analysis module.

21. System according to one of claims 14 to 20, wherein the means for parameter analysis further has a generator for generating reference signals, which with the Control module of the last filter stage is connected.

22. System according to any one of claims 14 to 20, which additionally a means for tuning which preferably precedes the means for parameter analysis, wherein the means for tuning a module for analyzing frequency spectra, for example one FFT unit, and has an evaluation unit and with the control module Filter unit is connected to suppress interference.

23. System according to any one of claims 13 to 18, which additionally has a module for Doppler analysis has, which with at least one of the generators of auxiliary frequencies and / or with a further evaluation module for determining the speed of the distance change between sender and receiver is connected.