DE19942208C1 - Verfahren zur nachbildenden Erzeugung von zeitabhängigen Signaldämpfungen oder von Größen vergleichbarer stochastischer Prozesse - Google Patents

Verfahren zur nachbildenden Erzeugung von zeitabhängigen Signaldämpfungen oder von Größen vergleichbarer stochastischer Prozesse

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Abstract

Bei einem Verfahren zur nachbildenden Erzeugung zeitabhängiger Signaldämpfungen oder der Größen vergleichbarer stochastischer Prozesse in einem Signalmodell wird die nachzubildende Größe durch eine zeitdiskrete Folge nachgebildet, wobei die Art dieser Nachbildung Bedingungen genügt, die darin bestehen, daß der Wert der Folge zu einem bestimmten Zeitpunkt das Ergebnis einer einmaligen Auswürfelung einer Gaußschen Zufallsvariablen ist, die einen Erwartungswert und eine Standardabweichung hat, und daß sowohl der Erwartungswert als auch die Standardabweichung von einem Wert mit eingeschränktem Wertebereich zu einen früheren Zeitpunkt und von einem Wert abhängen, der aus der Differenz zweier früherer Werte gewonnen wird. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich insbesondere zur Nachbildung von atmosphärisch beeinflußten Signaldämpfungen anwenden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur nachbildenden Erzeu­ gung der zeitabhängigen Dämpfung von Signalen auf ihrem Über­ tragungsweg oder einer Größe vergleichbarer stochastischer Pro­ zesse in einem Signalmodell.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur nachbildenden Erzeugung der Dämpfung von Signalen, die auf ih­ rem Übertragungsweg durch die Atmosphäre durch meteorologische Phänomene vor allem durch Niederschläge in Form von Regen, Schnee, Hagel und Eis, aber auch durch Nebel oder Wolken in ih­ rer Energie abgeschwächt werden.
In der älteren Anmeldung gemäß der DE 198 08 954 C1 ist zur Emulation von Mehrwegschwund- Funkkanälen von einem sogenannten WSSUS (Wide-Sense Stationary Uncorrelated Scattering)-Modell ausgegangen. Hierbei wird das ursprüngliche Monte Carlo-Modell, bei welchem der Parametersatz oder Elemente des Parametersatzes zufällig oder in gleichmäßi­ ger Vorteilung deterministisch oder stochastisch mittels gleich verteilter nichtlinearer Eingangsvariablen ausgewürfelt sind, durch Verwenden eines frequenzmodulierten Rasters modifiziert, welches wiederum durch ein deterministisches oder ein zufälli­ ges (stochastisches) durch die nichtlineare Eingangsvariable gebildetes Eingangsraster erzeugt wird.
Ferner ist aus DE 42 33 222 C2 ein Meßsystem zur Untersuchung von Mobilfunkkanälen bekannt, bei welchem ein ein periodisches analoges Testsignal abgebender Sender und ein Empfänger verwen­ det sind, in welchem die zeitvariante komplexe Impulsantwort eines Mobilfunkkanals in Realzeit bestimmt wird. Hierzu wird ein speziell optimiertes komplexes Testsignal mit N Spektralli­ nien vorgesehen, dessen komplexe Einhüllende im Zeitbereich einen möglichst geringen Crest-Faktor aufweist. Im Empfänger ist zur Kanalvermessung eine Einrichtung zur sogenannten erwar­ tungstreuen Optimalschätzung vorgesehen, bei welcher zum einen zur Ermittlung des Meßfrequenzganges eine Kalibrierung durchge­ führt wird, während der Sender und der Empfänger unmittelbar miteinander verbunden sind. Zum anderen wird der erwartungs­ treuen Optimalschätzung die Impulsantwort des bandbegrenzten Mobilfunkkanals nach dem Grundprinzip einer Division des Emp­ fangsspektrums durch den Meßfrequenzgang bestimmt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, stochastische Pro­ zesse und unter diesen insbesondere die zeitabhängige Dämpfung von Signalen auf einem Übertragungsweg mit einem flexiblen Ver­ fahren in einem stabilen Signalmodell abzubilden, ohne daß ein großer Implementierungsaufwand erforderlich ist.
Gemäß der Erfindung, die sich auf ein Verfahren der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die im Signalmodell nachzubildende Größe, also insbesondere die Signaldämpfung d(t), die eine Funktion der Zeit t ist, durch eine zeitdiskrete Folge d(k) nachgebildet wird, wobei die Art dieser Nachbildung folgenden Bedingungen genügt:
  • a) Der Wert d(ki) der Folge d(k) zum Zeitpunkt ki ist das Er­ gebnis einer einmaligen Auswürfelung einer Gaußschen Zu­ fallsvariablen Γ(ki), die den Erwartungswert µi und die Standardabweichung σi hat;
  • b) sowohl der Erwartungswert µi als auch die Standardabweichung σi hängen ab:
    • - zum einen vom Wert d(ka) zu einem früheren Zeitpunkt ka, und
    • - zum anderen von einem Wert Z, der aus der Differenz Δ = [d(kb) - d(kc)] zweier früherer Werte d(kb) und d(kc) zu den Zeitpunkten kb und kc gewonnen wird, wobei gilt: ka < ki, kc < kb, kb < Ki;
  • c) der Wert Z hat im Gegensatz zum Differenzwert Δ einen ein­ geschränkten Wertebereich.
Der Erwartungswert µi und die Standardabweichung σi, die beide von der Dämpfung bzw. der betreffenden Größe zu einem früheren Zeitpunkt und dem Wert Z abhängen, können beim Verfahren nach der Erfindung aus gemessenen Daten bestimmt werden.
Werden für den Erwartungswert µi und die Standarddabweichung σi geeignete Werte, die im folgenden als Parametersatz bezeichnet werden, gewählt, so können die Charakteristika der gemessenen Signaldämpfung bzw. der betreffenden Größe des stochastischen Prozesses nachgebildet werden.
Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht eine rechnerge­ stützte Auslegung von Nachrichtensystemen, insbesondere soge­ nannter Schwundgegenmaßnahmen. Solche Maßnahmen dienen dazu, auch im Falle des Auftretens starker Signaldämpfungen ein Mindestmaß an Übertragungsqualität sicherzustellen. Die Aus­ legung von Schwundgegenmaßnahmen mittels Rechnerunterstützung erfordert eine genaue Nachbildung der Charakteristika der be­ obachteten Signaldämpfung hinsichtlich zahlreicher Kriterien, wie beispielsweise Dauer und Tiefe sowie Steilheit von Zu- und Abnahme der Signaldämpfung. Das Verfahren nach der vor­ liegenden Erfindung wird diesen Kriterien gerecht, so daß sich Schwundgegenmaßnahmen auf der Grundlage dieses Verfah­ rens problemlos in realistischen Rechnersimulationen dimen­ sionieren lassen.
Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen sowie eine be­ vorzugte Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Zur Berücksichtigung bekannter Schwankungen während eines Zeitraumes, beispielsweise tageszeitlicher und jahreszeitli­ cher Schwankungen, bei der Nachbildung der Dämpfung, werden in vorteilhafter Weise verschiedene Parametersätze aus geeig­ neten Werten für den Erwartungswert µi und die Standardabwei­ chung σi benutzt, die entsprechend ihrer zeitlichen Gültig­ keit angewandt werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens nach der Er­ findung besteht darin, die nachzubildende Signaldämpfung d(t) als zeitdiskrete Folge d(k) nachzubilden, wobei der zeitliche Abstand benachbarter Elemente der Folge d(k) in der Größen­ ordnung zwischen 10 und 100 Sekunden liegt.
Wie bereits vorher ausgeführt wurde, ist der Wert d(ki) der Folge d(k) zum Zeitpunkt ki das Ergebnis einer einmaligen Auswürfelung einer Gaußschen Zufallsvariablen Γ(ki) mit einem Erwartungswert µi und einer Standardabweichung σi, die abhän­ gen:
  • - Zum einen vom Wert d(ka) zu einem früheren Zeitpunkt ka, der in typischer Weise 1 bis 2 Minuten zurückliegt, und
  • - zum anderen vom Wert Z, der aus der Differenz Δ abgeleitet wird, wobei die Differenz aus in typischer Weise etwa 1 bis 5 Minuten auseinander liegenden Zeitpunkten kb und kc er­ mittelt wird und die Zeitpunkte ka und kb in der Regel identisch sind.
Der Wert Z hat in typischer Weise einen dreiwertigen Werte­ bereich: Die drei Werte seien "Const", "Down" und "Up" und werden dadurch ermittelt, daß Z den Wert: "Const" annimmt, wenn die Differenz Δ nahezu null ist, daß Z den Wert "Down" annimmt, wenn die Differenz Δ signifikant größer als null ist, und ansonsten den Wert "Up" hat.

Claims (10)

1. Verfahren zur nachbildenden Erzeugung der zeitabhängigen Dämpfung von Signalen auf ihrem Übertragungsweg oder einer Größe vergleichbarer stochastischer Prozesse in einem Signal­ modell, dadurch gekennzeichnet, daß die im Signalmodell nach­ zubildende Größe, also insbesondere die Signaldämpfung d(t), die eine Funktion der Zeit t ist, durch eine zeitdiskrete Folge d(k) nachgebildet wird, wobei die Art dieser Nachbil­ dung folgenden Bedingungen genügt:
  • a) Der Wert d(ki) der Folge d(k) zum Zeitpunkt ki ist das Ergebnis einer einmaligen Auswürfelung einer Gaußschen Zufallsvariablen Γ(ki), die den Erwartungswert µi und die Standardabweichung σi hat;
  • b) sowohl der Erwartungswert µi als auch die Standardabwei­ chung σi hängen ab:
  • - zum einen vom Wert d(ka) zu einem früheren Zeitpunkt ka, und
  • - zum anderen von einem Wert Z, der aus der Differenz Δ = [d(kb) - d(kc)] zweier früherer Werte d(kb) und d(kc) zu den Zeitpunkten kb und kc gewonnen wird, wobei gilt: ka < ki, kc < kb, kb < ki;
    • a) der Wert Z hat im Gegensatz zum Differenzwert Δ einen eingeschränkten Wertebereich.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Erwartungswert µi und die Standardabweichung σi, die bei­ de von der Dämpfung bzw. der betreffenden Größe zu einem frü­ heren Zeitpunkt und dem Wert Z abhängen, aus gemessenen Daten bestimmt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Berücksichtigung bekannter Schwankungen während eines Zeitraumes, beispielsweise tageszeitlicher und jahreszeitli­ cher Schwankungen, bei der Nachbildung der Signaldämpfung bzw. der betreffenden Größe eines stochastischen Prozesses verschiedene Parametersätze aus geeigneten Werten für den Er­ wartungswert µi und die Standardabweichung σi benutzt werden, die entsprechend ihrer zeitlichen Gültigkeit angewandt wer­ den.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Nachbildung zeitabhängiger Si­ gnaldämpfungen der zeitliche Abstand benachbarter Elemente der zeitdiskreten Folge d(k) in der Größenordnung zwischen 10 und 100 Sekunden liegt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Nachbildung zeitabhängiger Si­ gnaldämpfungen der für den Wert d(ka) maßgebliche frühere Zeitpunkt ka typischerweise etwa 1 bis 2 Minuten zurückliegt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Nachbildung zeitabhängiger Si­ gnaldämpfungen die zur Ableitung des Wertes Z verwendete Dif­ ferenz Δ aus typischerweise etwa 1 bis 5 Minuten auseinander­ liegenden Zeitpunkten kb und kc ermittelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt ka mit dem Zeitpunkt kb identisch ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert Z einen Wertebereich mit zwei, drei oder fünf Werten hat.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Nachbildung zeitabhängiger Signaldämpfungen bei einem Wertebereich von typischerweise drei Werten für den Wert Z diese drei, mit "Const", "Down" bzw. "Up" bezeichneten Werte dadurch ermittelt werden, daß Z den Wert "Const" dann an­ nimmt, wenn die Differenz Δ nahezu null ist, daß Z den Wert "Down" annimmt, wenn die Differenz Δ signifikant größer als null ist, und ansonsten Z den Wert "Up" hat.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch eine Anwendung zur Nachbildung der Dämp­ fung von Signalen, die auf ihrem Übertragungsweg durch die Atmosphäre durch meteorologische Phänomene in ihrer Energie abgeschwächt werden.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4233222C2 (de) * 1992-10-02 1995-07-20 Siemens Ag Meßsystem (Channel Sounder) zur Untersuchung von Mobilfunkkanälen
DE19808954C1 (de) * 1998-03-03 1999-11-04 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Verfahren zur Emulation von Mehrwegeschwund(Multipath Fading)-Funkkanälen sowie dessen Anwendung umd Implementierung

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