DE2724198C3

DE2724198C3 - Verfahren zur Optimierung der Betriebseigenschaften einer Richtfunkübertragungsstrecke

Info

Publication number: DE2724198C3
Application number: DE2724198A
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Gammel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-05-27
Filing date: 1977-05-27
Publication date: 1981-11-26
Also published as: IE781053L; DK151600B; AT363127B; CA1116697A; CH634185A5; DK234778A; NO145451C; NL7805724A; LU79712A1; NO145451B; GB1584493A; IT1095918B; DE2724198A1; NO781814L; NL175775B; BE867555A; DE2724198B2; SE7806071L; TR20604A; NL175775C

Description

Die Erfindung Jezieht sich auf ein Verfahren zur Optimierung der Betriebscigensc'· Jten einer Richtfunkübertragungsstrecke, bei der die Strahlrichtung der im Bereich der optischen Sicht geg· -einander ausgerichteten Antennen, und zwar die jeweils empfangende Antenne, in kurzen Abständen oder kontinuierlich automatisch und fortlaufend durch Schwenken des Antennendiagramms in der Hauptachse in vertikaler Richtung von der Hauptstrahlrichtung, vorzugsweise in kleinen Winkeln im Vergleich zur Halbwertbreite, geändert und mittels Signalauswertung ein Antennensteuerkriterium für maximalen Empfang abgeleitet wird.

Ein Verfahren dieser Art ist durch die DE-PS 8 35 908 bekannt.

Bei Richtfunknachrichtenübertragungsstrecken treten über den Tag relativ große Schwankungen der Funkfelddämpfung auf. Nur beispielsweise wird in diesem Zusammenhang auf die folgenden Literaturstellen hingewiesen:

Jürgen Großkopf, »Wellenausbreitung« I. S. 144—154,
H. Brodhage und W. Hormuth, »Planung und Berechnung von Richtfunkverbindungen«, Büdanlagen 15 und 16.

Beispielsweise ergeben sich bei einer Sichtverbindung nach Fig.() mit einer ersten freien Fresnelzone zwischen Sende- und Empfangsantenne 1 und 2 in Richtung des Strahls 6 Schwankungen mit mehr als dreißig dB. Manche der auftretenden Funkfeldschwankungen sind dabei sehr kurzzeitig, andere wiederum von einem größeren Zeilraum des Tages abhängig. So ist z. B. die Feldstärke am frühen Morgen wesentlich höher als zu den Nachmittagsstunden mit eventueller Sonneneinstrahlung. Diese Schwunderscheinungen lassen sich zum großen Teil dadurch erklären, daß die Dielektrizitätskonstante der Luft nicht konstant ist, sondern entweder zum Boden stark zu- oder abnimmt. Dadurch bedingt wird, wie bekannt und in F i g. 6 angedeutet, die elektromagnetische Welle gebrochen — entweder zur Erdoberfläche 11 hin nach Strahl 3 oder von ihr weg nach Strahl 5 — und es treten im Funkfeld insbesondere bei stark bündelnden Antennen Koppelverluste bzw. Fading auf, da nunmehr die Vorzugsrichtung des Antennendiagramms 10 nicht mehr optimal auf die Richtung bzw. den Weg ausgerichtet ist, auf dem unter den obengenannten Verhältnissen die elektromagnetische Welle vom Sendeort zum Empfangsort gelangen

ίο kann. Durch Nachregeln des Abstrahlwinkels des Antennendiagramms 8 nach Fig.6 im Sinne einer Anpassung an die klimatologisch geänderten Ausbreitungsbedingungen, wodurch bei Richtantennen die Richtcharakteristik stets auf den Weg, den die elektromagnetische Welle nimmt, ausgerichtet wird, lassen sich diese Schwankungen der Funkfelddämpfung erheblich reduzieren.

Wie die Praxis zeigt, führt die Ausrichtung der Richtantennen in Richtung des Minimums der Funkfelddämpfung nicht in allen Fällen zu einer Optimierung der

Übertragungseigenschaften der Strecke. Dies trifft insbesondere für den Fall zu, daß die Übertragung der Nachricht in digitalisierter Form vorgenommen wird.

Beispielsweise bei TDM-Signalen muß damit gerechnet werden, daß gleichartige Schwunderscheinungen, wie sie bei der Übertragung von FDM-Signalen auftreten, die bei der FDM-Signalübertragung lediglich, zum Teil kräftige Geräuschanstiege zur Folge haben, hier zum Zusammenbruch der Übertragung über das Funkfeld mit einer Fehlerrate in der Größenordnung von bis zu 50% führen. Die Ursache für diesen Zusammenbruch ist darin zu sehen, daß Signale auf verschiedenen Wegen vom Sende- zum Empfangsort gelangen und dadurch eine Selbstzerstörung von zumindest Teilen des Nachrichtenspektrums verursachen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für das Verfahren der einleitend geschilderten Art eine weitere Lösungsvariante anzugeben, die gerade bei Übertragung digitalisierter Nachrichten auch Uiiter Berücksichtigung der durch Multipatheinflüsse verursachten Fehler zu optimalen Ergebnissen führt.

Ausgehend von einem Verfahren zur Optimierung der Betriebseigenschaften einer Richtfunkübertragungsstrecke, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Erzielung einer möglichst geringen Anzahl von durch Multipatheinflüsse verursachten Fehlern als Antennensteuerkriterium die Augenöffnung herangezogen wird.

In der Datenübertragungstechnik ist es, wie beispielsweise die Literaturstellen »Fernmeldepraxis«, Bd. 46 (1969) Nr. 4, Seiten 150-156 und die DE-AS 18 04 719 ausweisen, bekannt, die Güte eines Datenübertragungskanals mittels des sogenannten »Augen-Oszillo- gramms« und zwar über die Augenöffnung zu beurteilen. Durch die erfindungsgemäße Auswertung dieses Kriteriums für die gegenseitige Ausrichtung von Sende- und Empfangsantenne einer Richtfunkstrecke für digitale Signale läßt sich in außerordentlich vorteilhafter Weise eine Optimierung ihres Betriebsverhaltens über der Zeit herbeiführen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung wird die Richtcharakteristik der jeweils empfangenden Antenne sinus- oder sägezahnförmig langsam geändert.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung ist im Anspruch 3 angegeben.
Anhand der Zeichnung soll die dem Verfahren nach

der Erfindung zugrunde liegende Problematik im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeutet

F i g. 1 ein erstes Vektordiagramm

F i g. 2 ein zweites Vektordiagramm

F i g. 3 ein die Empfangsspannung über der Frequenz darstellendes Diagramm

F i g. 4 ein drittes Zeigerdiagramm

F i g. 5 ein viertes Zeigerdiagramm

F i g. 6 die schematische Darstellung einer Richtfunk- ι ο strecke.

Der Erläuterung der Ursache für den Zusammenbrach einer TDM-Signalübertragung über eine Richtfunkstrecke durch die Ausbreitung der zu übertragenden Signale zwischen Sende- und Empfangsort auf verschiedenen Wegen wird in den F i g. 1 bis 3 näher erläutert

F i g. 1 zeigt den Normalfall bei teilweiser Totalreflexion (sehr kleine Winkel z. B. Stahl 3 bei Fi g. 6) der elektromagnetischen Wellen am Boden oder an Reflexionsschichten im Übertragun£smedium. Der Vektor Vl entspricht dem Hauptstrahl vom Spiegel, d. h. dem Strahl in der Mitte der Keule. Der Vektor V2 ist ein Summenvektor und ist wie dargestellt aus verschiedenen Seitenstrahlen des Antennenabstrahldiagramms auf der Sendeseite und des Empfangsdiagramms zusammengesetzt Aus diesen beiden Vektoren wird der Vektor Vr gebildet Da sich die Vektoren, die den Vektor V2 bilden, unterschiedlich zusammensetzen können, bewegt sich das Ende des Vektors V2 auf jo einem strichliert angedeuteten Kreis K oder einem anderen geometrischen Ort

In der F i g. 2 ist ein anderer Begrenzungsfall dargestellt, bei dem sich die Vektoren VX und V2 größenmäßig entsprechen. Da sich dieser Vektor V2 wiederum z. B. hier angenommen auf einem Kreis K bewegt, ist sogar, wie ersichtlich, eine Totallöschung des Signals je nach Frequenz und Reflexion möglich.

Dargestellt sind solche Vorgänge in Diagrammform in der F i g. 3. Im oberen Teil der F i g. 3 ist die Empfangsspannung U 2 auf der Ordinate und auf der Abszisse die Frequenz aufgetragen. Die Kurve 1 zeigt den Fall, bei dem Totallöschung an den Punkten χ und eine Teilauslöschung an den Punkten y stattfindet. Wenn sich das Übertragungsfrequenzband, wie darunterliegend skizziert (Kurve 4), über eine solche Auslöschungsstelle erstreckt treten im Modulationsspektrum Verzerrungen auf. Die Kurve 2 deutet einen Fall an, bei dem eine Totalauslöschung wegen der Lage der Vektoren, siehe Fig. 1 nicht stattfindet. Es ergeben dann wieder Maxima und Minima, die letzteren sind mit y bezeichnet. In einem solchen Fall wird das RF-Modulationsspektrum am Empfängereingang gemäß dem Übertragungsverhalten des Funkfeldes dargestellt in Kurve 4 in etwa zu einer Form verzerrt, wie durch Kurve 5 angedeutet. Dies kann besonders bei Digitalsignalen zu erheblichen Zeichenverfälschungen führen.

Wenn es gelingt, die Übertragungscharakteristik zwischen den beiden Antennen mit nur geringer oder ω gar keiner Welligkeit, angedeutet durch Kurve 3, durch entsprechende Antenneneinstellung zu ebnen, so können diese Signalverfälschungen vermieden werden. In jedem Fall kann natürlich die Selbstzerstörung, von der oben gesprochen wurde, durch spezielle Ausrichtung der Antennen vermieden werden.

Eine weitere Erklärung dafür ergibt sich bei deBetrachtung der Summen-Vektoren. Wenn durch vektorielle Substraktion Verzerrungen im Signalspektrum auftreten (wie χ und y in F i g. 3) so können diese Verzerrungen dann überproportional reduziert werden, wenn von den beiden relativ großen Signalen, die das Differenzprodukt bilden nur der eine gegenüber dem anderen geringfügig verkleinert wird. Dies ist in den Fig.4 und 5 dargestellt Bei der Fig.5 sieht man, daß dann, wenn der Vektor Vl gegenüber dem Umwegvektor V2 nur geringfügig angehoben wird, bereits eine erhebliche Verringerung in den Verzerrungen über der Frequenz (siehe Fig.3) gegenüber dem Fall erzielt wird, bei dem beide Vektoren in der Größe nahezu gleich sind. R sol! dabei die Restamplitude an den Substraktionsstellen und damit ein Maß für die auftretenden Verzerrungen darstellen.

Im Gegensatz zur FDM-Signalübertragung (abgesehen von Pilotsignalen) ist es bei der '* DM-Signalübertragung möglich, die Empfangsqualität ...er Nachricht selbst exakt zu ermitteln, d. h. zu erkennen, ob insbesondere Multipatheinflüsse im FunkFeld vorliegen. Mit Hilfe der nachfolgend näher beschriebenen »Qualitg'-süberwachungseinrichtung« ist es somit möglich, Qualitätsverschlechterung der Empfangssignale, noch bevor Fehler bei der Regeneration auftreten, festzustellen. Dabei sind die Signalverzerrungen, bedingt durch die Natur des Multipathcinflusses, durch eine Änderung der Abstrahlcharakteristik der Sende- und Empfangsantennen beeinflußbar. Diese Tatsache eröffnet die Möglichkeit, wenn die Sende- und Empfangscharakteristik der Antennen nach Qualitätsmerkmalen des empfangenen Signals geändert wird, der Selbstzerstörung des durch die Addition mehrerer auf verschiedenen Wegen den Empfangsort erreichenden Signalen entgegenzuwirken.

Die Qualität des Empfangssignals — nach einer Demodulation — wird überlicherweise durch den Begriff »Augenöffnung« definiert, d. h. die Qualität eines TDIvt-Signals wird umso schlechter sein, je kleiner die »Augenöffnung« ist. Dabei ist es nicht wesentlich, ob durch einen Störvorgang eine »Augenöffnunp« bereits soweit reduziert ist, daß im Rahmen dar Regeneration Fehler auftreten oder nicht.

Entsprechend der obigen Darlegung wird beim Auftreten eines Multipatheffektes die Größe der Signalverzerrung von der momentanen Antenneneinstellung abhängen. Dabei ist der Einfluß der Abstrahlrichtung auf der Sendeseite genauso groß wie auf der Empfangsseite. Wird also abhängig von einer ζ. Β sinoidalen oder sägezahnförmigen Steuergröße, die Riohtc'ia-'akteristik der Empfangsantenne geringfügig geändert, dann wird im Rhythmus dieser Änderung die Signalverzerrung Jes empfangenen Signals sich gleichermaßen ändern, d. h. die »Augenöffnung« des empfangenen Digitalsignals gleichermaßen schwanken und damit für die die Änderung der Richtung der Antennenempfangscharakteristik des Nachstellkriterium liefern. Für die Ermittlung der »Augenöffnung« sind die an sich bekannten Verfahren vorgesehen. Sieire z. B. hierzu die NTZ 1971, Heft 4, Seiten 213 bis 216.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Optimierung der Betriebseigenschaften einer Richtfunkübertragungsstrecke, bei der die Strahlrichtung der im Bereich der optischen Sicht gegeneinander ausgerichteten Antennen, und zwar die jeweils empfangende Antenne, in kurzen Abständen oder kontinuierlich automatisch und fortlaufend durch Schwenken des Antennendiagramms in der Hauptachse in vertikaler Richtung von der Hauptstrahlrichtung, vorzugsweise in kleinen Winkeln im Vergleich zur Halbwertbreite, geändert und mittels Signalauswertung ein Antennensteuerkriterium für maximalen Empfang abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer möglichst geringen Anzahl von durch Multipatheinflüsse verursachten Fehlern als Antennensteuerkriterium die Augenöffnung herangezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daö die Richtcharakteristik der jeweils empfangenden Antenne sinus- oder sägezahnförmig langsam geändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß den empfangenen Signalen ein Testprogramm zum Vergleich der Fehlerhäufigkeit beigegeben wird.