DE2938871A1 - Verfahren zur gesicherten uebertragung von informationsbloecken an einen im interferenzfeld von mobilfunknetzen bewegten empfaenger - Google Patents

Description

• Verfahren zur gesicherten Übertragung von Informations-
• blöcken an einen im Interferenzfeld von Mobilfunknetzen bewegten Empfänger Di. Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Im Mobilfunk treten häufig Interferenzstörungen durch Reflexionen oder in Gleichwellenfunknetzen durch Überlagerung auf.
• Üblicherweise werden fest vorgegebene Informationsmengen, die nicht an den Funkkanal und die Bewegung des Empfängers angepaßt sind, durch mehrfache Wiederholung gesichert.
• Automatische Blockwiederholung nach fehlender Quittierung ist üblich.
• Die bekannten Verfahren sind entweder sehr aufwendig, wenn z.B. ohne Systematik auf getrennten Funkkanälen übertragen wird oder extrem zeitraubend, wenn so lange und so oft übertragen wird, bis eine Informationsmenge sicher empfangen wurde. In der Regel werden aufwendige Prüf-, Kontroll- und Korrekturverfahren eingesetzt. Die automatische Wiederholung nach fehlender Quittierung ist sehr zeitaufwendig und erhöht lediglich die Übertragungssicherheit, ohne sie gewährleisten zu können.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine vorgegebene Inforinationsmenge auf einfache Weise über interferenzgestörte Funkkanäle von Mobilfunkdiensten ohne Änderungen der systembestimmenden Parameter störungsfrei zu übertragen.
• Die Erfindung ist im Anspruch 1 beschrieben.
• Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen bzw. Ausführungen der Erfindung.
• Für den Funkkanal wird das Zwei-Wellen-Interferenzmodell bei gleichen Feldstarkewerten vorausgesetzt, das bekanntermaßen bei Eigeninterferenz den stärksten Störungsfall darstellt. In der Praxis lassen sich Zwei-Wellen-Interferenzstörungen bei Reflexionen durch die Überlagerung von direkter und indirekter Welle bei Einzelsendern, sowohl am Erdboden als auch besonders auf Straßen, in Städten, also an flächigen Reflektoren beobachten, als auch an stangenförmigen senkrechten Reflektoren wie Masten aus Metall oder Bäumen. FIG. 1 zeigt eine entsprechende gemessene Feldstärkeverteilung in einer Straße bei Bewegung des Empfängers mit 40 km/h.
• Desgleichen beobachtet man systematische Zwei-Wellen-Interferenzen im Zwischensendergebiet zweier Gleichwellenfunksender S1 und S2 in Bereichen gleicher Feldstärkewerte.
• FIG. 2 zeigt dazu schraffiert den Bereich, in dem das Auftreten von Zwei-Wellen-Interferensen sehr wahrscheinlich ist.
• FIG. 3 verdeutlicht die Verhältnisse bei Zwei -Wellen-Interferenz. Es ist zunächst das Zeigerdiagramm @ dargestellt mit den beiden HF-Trägerspannungen U1 und U2 und der resultierenden Amplitude A. Weiter sind dargestellt der Verlauf von Amplitude und Phase, sowie der Stör-FM.
• Es sind zwei Fälle angenommen, mit r r O dB und r - 3 dB, wobei r = U1/U2 das relative Trägerspannungsverhältnis ist.
• Bei gleicher Amplitude von U1 und U2 ergeben sich als Stör-FM sogenannte Diracstöße.
• Weitere Voraussetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß sich die Informationsmenge einfach quantisieren, d. h.
• in Informationsblöcke aufteilen läßt, so wie das schon bei der digitalen Datenübertragung in Form von Teleganzen der Fall ist. Bei analogen kontinuierlichen Informationsmengen müssen entweder A/D-Wandler mit digitalen Speichern eingesetzt werden oder Zeitkompressionsverfahren Anwendung finden.
• Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Informationsblock automatisch und ohne Zwischenräume so oft wiederholt, bis sichergestellt ist, daß ein im Funkfeld bewegter Empfänger mindestens einen Informationsblock ungestört empfangen konnte. Dabei wird die Übertragungszeit eines Informationsblockes t an die störfreie Zeit t frei zwischen je zwei Interferenzeinbrüchen der Feldstärke im minimalen räumlichen Abstand A/2 und an die Anzahl der Übertragungen Ü bzw. der lückenlosen Wiederholungen w eines Inforeationsblockes angepaßt.
• Es läßt sich zeigen, daß ein Informationsblock mittels lückenloser Wiederholung mindestens einmal störungsfrei übertragen wird, wenn auf die gesamte Übertragungszahl Ü eines Blockes maximal Ü-1=w Interferenzstörungen (Störimpulse) entfallen, d. h. wenn gilt: w . Tfrei = Ü. tB (1) oder tfrei Ü = (2) umgeformt: tfrei - tB Die interferenzfreie Zeit beim Fahren eines Empfängers durch ein Zwei-Wellen-Interferenzfeld mit #/2-Extrema läßt sich, unter der Voraussetzung, daß die Interferenzstörung zeitlich sehr klein ist, nach folgender Formel ermitteln: tfrei = # (3) 2vk wobei vk die Geschwindigkeitskomponente ist, die der fahrende Empfänger zwischen zwei #/2-Minima besitzt.
• Aus (2) und (3) folgt: ####### (4) Nach dieser Formel können in Abhängigkeit von # und der Empfängerbewegung die Übertragungszeit Ü und die Blocklänge tB abgestimmt und optimiert werden.
• FIG. 4 zeigt den Verlauf von Formel (4) unter den Annahmen X = 4 m, tB = 53,3 ms in Abhängigkeit von vk.
• FIG. 5 zeigt die Übertragungsverhältnisse bei der optima-# len Blocklänge tB (opt.) = 1/3 . . Teil a) zeigt die günvk stigste Ubertragungsmöglichkeit relativ zur Lage der Interferenzstörungen in b), Teil c) die ungünstigste Übertra- gungemöglichkeit, bei der aber in Jedem Fall ein Block ungestört bleibt.
• Die Übertragungszeit tB eines Informationsblockes sollte möglichst kurz gewählt werden. Sie ist von folgenden Parametern abhängig: Informationsmenge (Anzahl der Bits), Bitgeschwindigkeit vBit sowie den Übertragungseigenschaften von Funkgeräten und -netzen. Die Übertragungsgeschwindigkeit eines digitalen Datenblocks läßt sich schon in naher Zukunft unter Beibehaltung der HF-Bandbreiten (Kanalraster 20 kllz bzw.
• 25 kHz) von gegenwärtig 600 bzw. 1200 bit/s auf 2400, 4800, 9600 und 19200 bit/s steigern. Diese Moglichkeiten kommen entweder der Übertragung einer größeren Informationsmenge zugute, was wirtschaftlicher sein kann, oder einer sehr hohen Wiederholungszahl w, die die Übertragungssicherheit steigert.
• Solange die resultierende Amplitude A groß ist gegenüber dem Rauschen, sind die Interferenzstörimpulse sehr kurz gegenüber tfrei, vgl. FIG. 6. Bei sehr kleinen Feldstärken kann die Modulation jedoch durch die lnterferenzen für längere Zeit im Rauschen verschwinden, vgl. FIG. 7.
• Es muß daher mit Rücksicht auf kleine Feldstärkewerte sowie das Nachschwingverhalten von Funkgeräten als Folge der Impulsstörungen und der Zunahme von Signalverzerrungen im Interferenzminimum, ein sogenannter Störbereichsfaktor im Interferenzinimum berücksichtigt werden. Der Störbereichsfaktor kann bei schwachen Feldstärkewerten, bei denen ohne Interferenz bereits nichts mehr empfangen werden kann, z. B. 50 % der interferenzfreien Zeit betragen, so daß Ü verdoppelt werden müßte. Es wird als Kompromiß vorgeschlagen, zur Berücksichtigung schwacher Feldstärkewerte die Anzahl der Übertragungen Ü z. B. um eins zu erhöhen.
• In einer Weiterbildung des erfindungsgemäß Verfahrens wird vorgeschlagen, daß der bewegte E Empfänger über einen Rückkanal zur sendenden Stelle ein Maß für die günstigste Anzahl Ü der Übertragungen sendet. Dieses Maß kann opt beispielsweise gewonnen werden durch Zählen von Störimpulsen bzw. Interferenzeinbrüchen. Die sendende Stelle erhält entsprechende elektronische Mittel zur Umsetzung des Maßes in die optimale Anzahl Üopt, so daß Ü optimal an die Relativgeschwindigkeit zwischen dem sich bewegenden Interferenzfeld und den bewegten Empfänger angepaßt ist.
• FIG. 8 zeigt eine mögliche Anordnung zur Übertragung kontinuierlicher Informationsflüsse nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Kontinuierliche Infornationsflüsse (analoge oder digitale) müssen zunächst in Blöcke endlicher Länge elektronisch eingeteilt werden. Bei digitalen endlosen Datenströmen ist das relativ einfach durch Bitzählung möglich, während bei kontinuierlichen analogen Informationsflüssen im allgemeinen zunächst eine Analog/ Digital-Wandlung vorgenommen werden muß. Eine einfache A/D-Wandlung für Sprache ist der Delta-Modulator, der als IC zur Verfügung steht. Nach der Blockbildung werden die Datenblöcke im Wechsel je einem von zwei digitalen Speiadern, z. B. Schieberegistern, zugeführt1 die welchselseitig als Arbeits- bzw. als Speicherregister betrieben werden. Um einen lückenlosen Datenstrom zu gewährleisten, muß die Bitgeschwindigkeit der Übertragung gegenüber der Zeitgeschwindigkeit des Datenstroms erhöht werden. Der Faktor, um den erhöht wird, ist der Anzahl der Übertragungen U eines Datenblockes gleich. Das Ende eines Datenblocks wird durch ein Schlußzeichen gekennzeichnet, mit dem gleichzeitig die Schieberegister umgeschaltet werden.
• FIG. 9 zeigt schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Sprachübertragung, mit der Annahme Ü = 3.
• Obwohl Informationsblöcke auf dem Funkweg gestört werden, kommt jeder Block mindestens einmal ungestört an, so daß auf der Empfängerseite das Gespräch völlig ungestört wieder zusammengesetzt werden kann.
• Die Vorteile der Erfindung sind folgende: Dieses Verfahren ist universell einsetzbar, ohne systembestimmende Parameter von Funkgeräten und -netzen zu ändern.
• Mit Hilfe der vorgeschlagenen Prozedur gelingt es, unabhängig von Eigeninterferenzstörungen auf Funkkanälen, ab- solut sicher zu übertragen.
• Das vorgeschlagene Verfahren begünstigt den systematischen Aufbau von Gleichwellenfunknetzen, ohne Rücksicht auf eine minimale Ausdehnung von Empfangsgebieten mit Zwei-Wellen-Interferenz. Dies wirkt frequenzökonomisch.
• Das Verfahren ist einfachen Block-Wiederholungen in seiner Systematik bei der Anpassung der Blockübertrgungen an die Trägerfrequenz und die Fahrzeuggeschwindigkeit in Bezug auf die erzielte Übertragungsgeschwindigkeit überlegen, da erstere Methode nur eine erhöhte Sicherungawahrscheinlichkeit erzielt bei gleich großem elektronischen Aufwand.
• Es wird Übertragungssicherheit gewährleistet bei gleichzeitiger Einsparung von Übertragungszeit gegenüber der Methode, Einzelblöcke im Ruf-/Quittungsspiel zu übertragen.
• Es gibt keinen gerätetechnischen Mehraufwand für digitale Datensignale, die bereits Blockstruktur haben.
• Eine gerätetechnische Nachrüstung ist lediglich bei Übertragung für kontinuierlich anfallende Informationsmengen notwendig. Der Mehraufwand für kontinuierliche digitale Signale ist sehr gering, der für analoge durch die notwendige A/D-Wandlung gering.

Claims (7)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zur gesicherten Übertragung von Informationsblöcken über Funkwellen von einer Wellenlänge A an lnn im Interferenzfeld von Mobilfunknetzen bewegten Empfänger, wobei die Übertragung eines Informationsblocks mindestens einmal wiederholt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl Ü von gleichen Übertragungen lückenlos aufeinanderfolgt, und daß die Übertragungszeit tB der Inforiationsblöcke an die störfreie Zeit frei zwischen Je zwei Interferenzeinbrüchen der Feldstärke im minimalen räumlichen Abstand #/2 und an die Anzahl Ü der Übertragungen angepaßt ist, derart, daß auf die Anzahl Ü der Übertragungen maximal Ü-1 Interferenzeinbrüche erfolgen, daß also die Übertragungszeit tB eines Blockes relativ kurz ist ii Vergleich zur zeitlichen Abstand zweier Interferenzimpulse des Funkfeldes.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß lit Rücksicht auf lokale schwache Werte der Feldstärke die Anzahl Ü der Übertragungen z. B. ui eins erhöht wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß endlose digitale Datenströme durch Bitzählung in Informationsblöcke der Länge tB# Ü eingeteilt werden und daß die Geschwindigkeit der Übertragung gegenüber der Geschwindigkeit des vorgegebenen Datenstromes um den Faktor 8 erhöht wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß endlose analoge Datenströrme einer A/D-Wandlung unterzogen werden, dann durch Bitzählung in Informationsblöcke der Länge t Ü eingeteilt werden und daß die Geschwindigkeit der Übertragung gegenüber der Geschwindigkeit der Datenströme un den Faktor Ü erhöht wird.
5. 3. Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis i, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegte Empfänger über einen Rückkanal zur sendenden Stelle Jeweils ein Naß für die günstigste Anzahl Ü der Übertragungen so überträgt und opt steuert, daß diese optilal der Relativgeschwindigkeit zwischen der sich bewegenden Interferenzfeld und der Empfängergeschwindigkeit angepaßt ist.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der sendenden Stelle elektronische Mittel zum Empfang des Maßes und zur Steuerung der optimalen Zahl Ü der opt Übertragungen vorgesehen sind, die auf die Taktfrequenz einwirken.
7. 7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) auf der Sendeseite sind zwei Schieberegister (SCH 1 und SCH 2) vorgesehen, welchen über einen Blockumschalter (S) abwechselnd Datenblöcke zugeführt werden; die Ausgänge der Schieberegister sind einem Summierer (SUN) zugeführt, dessen Ausgang zum Sender führt; über einen Wechselschalter (WS) erhalten beide Schieberegister (SCH 1 und SCH 2) zum Einlesen ein Taktsignal, bzw.

   zum Auslesen ein Ü-faches Taktsignal von einem Taktgeber (TAKT, Ü-TAKT); ein Bitzähler (BIT) zählt die in die Schieberegister einlaufenden Bits und steuert den Blockumschalter (S) sowie den Wechselschalter (WS) (FIG. 8a); b) auf der Empfängerseite wird das empfangene Signal sowohl einem Synchronisierer (SYN) zugeführt, als auch über einen Blockumschalter (S) zwei Schieberegistern (SCH 1 und SCH 2); die Ausgänge der Schieberegister sind einen Summierer (SUM) zugeführt; über einen Wechselschalter (WS) erhalten beide Schieberegister (SCH 1 und SCH 2) zum Einlesen ein Ü-faches Taktsignal, bzw. zum Auslesen ein Taktsignal von einen Taktgeber Ü-TAKT, TAKT); der Synchronisierer (SYN) steuert einen Bitzähler (BIT), den Taktgeber (Ü-TAKT, TAKT), sowie ein Zeitglied (#); der Bitzähler (BIT) steuert den Blockumschalter (S), sowie im Wechsel mit dem Zeitglied (#) über ein Gatter (G) den Wechselschalter (WS) (FIG. 8b).