DE3031963A1

DE3031963A1 - Digitales rundfunksendesystem zum aussenden mehrerer informationssignale ueber ein netzwerk von sendern mit praktisch der gleichen traegerfrequenz

Info

Publication number: DE3031963A1
Application number: DE19803031963
Authority: DE
Inventors: Roger Pierre Joseph Neuilly sur Seine Alexis
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1979-08-29
Filing date: 1980-08-25
Publication date: 1981-03-19
Also published as: GB2057819B; JPS5636247A; US4385381A; CA1154181A; AU6178280A; AU537045B2; SE8005968L; SE446363B; DE3031963C2; FR2464601B1; IT8024293A0; GB2057819A; JPS6411176B2; BE884955A; IT1132479B; FR2464601A1

Description

₁V. Philips' eiocilampaniabr-ekcn, Eindhoven- 3031963

79.559 /Co — 16.6.1980

Digitales Rundfunksendesystem zum Aussenden mehrerer Informationssignale über ein Netzwerk von Sendern mit praktisch der gleichen Trägerfrequenz.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Rundfunksendesystem zum gleichzeitigen Aussenden mehrerer Informationssignale, mit einem Netzwerk von Sendern, die nahezu mit den gleichen Trägerfrequenzen arbeiten und synchron die Informationssignale von einer zentralen Stelle empfangen.

Ein derartiges System kann z.B. für Heirnüber-

tragungsnetzwerke auf mobile Empfänger oder zum Aussenden in einem Bereich mehrerer Rundfunksendeprogramme hoher Güte verwendet werden. Bekanntlich wurden bisher dazu immer Netzwerke von Sendern benutzt, die verschiedene Trägerfrequenzen im VHF-Bereich verwendeten, die den auszusendenden Programmen entsprachen. Der wichtigste Nachteil dieser Technik ist der, dass sie zu einer grossen spektralen Besetzung führt.

Es ist möglich, mehrere Inf ormationss i.gnale, d.h. mehrere Programme im obengenannten Beispiel, mittels eines Netzwerks von Sendern auszusenden, die praktisch mit der gleichen Trägerfrequenz, z.B. 100 MHz, arbeiten.

Ein derartiges System ergibt beim Empfang aber gewisse Probleme. Ein Problem ist auf Interferenzen zwischen VHF-Signalen derselben Frequenz, die von mehreren Sendern empfangen werden, zurückzuführen. An Empfangsstellen an denen die verschiedenen aufgefangenen Signale einander Nahe liegende Pegel aufweisen, können diese Inter-

ferenzen zu einer nahezu vollständigen Auslöschung des gesamten vom Empfänger aufgefangenen Signals führen. Ausserdem sei bemerkt, dass diese Erscheinung, die nachstehend als "Schwund" bezeichnet wird, auch von dem Doppier-Effekt für einen mobilen Empfänger abhängig ist. Ein anderes

Problem ist der Tatsache zuzuschreiben, dass, sogar wenn die Vorkehrung getroffen wurde, synchron dieselben Informationssignale den verschiedenen Sendern des Netzwerks

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zuzuführen, ein Empfänger diese Signale, insbesondere von den beiden nächstliegenden Empfängern, wegen des Unterschiedes in der Fortpflanzungszeit der Trägersignale nicht synchron empfängt. Dieselben Informationssignale, die von den beiden nächstliegenden Sendern herrühren, sind verschiedenen Verzögex-ungen unterworfen worden und überlappen sich dann. Diese Überlappungen sind nicht störend, wenn die aufgefangenen Trägersignale sehr verschiedene Pegel aufweisen. Dagegen ergibt sich eine Verschlechterung

,η der Qualität des Empfangs in Zonen, in denen die Trägersignale nahezu gleiche Pegel aufweisen. Diese Verschlechterung macht sich bemerkbar durch starke Verzerrungen, wenn die übertragenen Signale analog sind, und durch eine grosse Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Fehlern, wenn

^₅ die übertragenen Signale digitale Daten sind.

Eine bekannte Massnahme zur Lösung dieser Probleme ist in der britischen Patentanmeldung Nr. 37 7^9-77 beschrieben. Diese Massnahme basiert auf der "Diversity technique" und besteht darin, dass mindestens zweimal ein gleiches Informationssignal ausgesandt wird und dass das Verhältnis zwischen den Sendeleistungen mindestens zweier Sender zwischen einer Informationssignalaussendung und der nächsten Aussendung dieses Informationssignals geändert wird. Auf diese Weise wird die Lage der Zonen, in denen der Empfang schlecht ist, geändert, so dass ein beliebiger Empfänger mindestens alternierend ein Informationssignal hoher Güte auffängt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine ganz andere Massnahme zur Lösung der obengenannten, beim Empfang auftretenden Schwlerigkeiten anzugeben, die sich in vielen Fällen als viel praktischer erweisen kann.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass die Übertragung der Informationssignale in digitaler Form über eine Frequenzmultiplexschaltung erfolgt, die parallel die Bits der Informationssignale derart überträgt, dass die Dauer der Bits in den Kanälen der Multiplexschaltung im wesentlichen länger als das Zweifache des Unterschieds in der Fortflanzungszeit

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zwischen zwei Träger Signalen der beiden riächstliegenden Sender in der Empfangszone ist, in der die genannten Trägersignale einander nahe liegende Pegel aufweisen.

Durch diese Massnahme nach der Erfindung wird das Problem der Überlappung zwischen den Informationssignalen gelöst, denn die Überlappung soll berücksichtigt werden, die zwischen den binären Signalen auftreten kann, die über dieselben Kanäle der Multiplexschaltung übertragen werden. Die Dauer der Bits ist nun derart gewählt, dass

jQ diese Überlappung nicht störend ist.

Um das Schwundproblem zu lösen, das auf

Interferenzen zwischen Trägersignalen zurückzuführen ist, enthält das Netzwerk von Sendern nach der Erfindung drei Typen von Sendern, die mit drei Trägerfrequenzen arbeiten,

Ig von denen zwei in bezug aiif die dritte dieselbe Abweichung aufweisen, die gegenüber der Bandbreite eines Kanals der

Prequenzmultxplexschaltung gering und gegenüber den möglichen Abweichungen der empfangenen Trägerfrequenzen gro.ss ist, wobei diese drei Typen von Sendern derart in dem Netzwerk angeordnet sind, dass innerhalb des Netzwerks einem Empfänger je einer der drei Typen von Sendern am nächsten liegt.

Durch diese Massnahme kann das Schwundproblem gelöst werden, weil deren Erscheinungswahrscheinlichkeit und Dauer vorhersagbar sind, so dass die sich daraus ergebenden Fehler mit Hilfe eines angepassten fehlerkorrigierenden Codes korrigiert werden können.

Für die Frequenzverschachtelung beim Aussenden und die entsprechende Entscheidung bei Empfang können vorteilhafterweise digitale Verfahren angewandt werden, die auf der Fouriertransformation oder analogen Transformationen beruhen.

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Dlockschal Lbi J d ftlr die des Rundfunksendesystems,

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Flg. 2 ein Blockschaltbild für die Empfangsseite, und

Fig. 3 ein Muster (eine räumliche Anordnung) des Netzwerks von Sendern nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt das für das Aussenden mehrerer

Informationssignale im Rundfunksendesystem nach der Erfindung verwendete Blockschaltbild. Beispielsweise sei angenommen, dass diese Informationssignale vier Tonsignale S , S , S und Si sind, die vier Rundfunksendeprogrammen

' ^d -> ^

hoher Güte entsprechen, die in einem Rundfunksendezentrum hergestellt und die in einem Bereich mittels eines Netzwerks von Sendern ausgesandt werden sollen, die praktisch mit der gleichen Trägerfrequenz von 100 MHz arbeiten. In der Zeichnung befindet sich das Gebilde links 15

von der Linie AB in dem Zentrum, während rechts von dieser Linie AB ein Koaxialkabel 1 das Zentrum mit einem anderen Gebilde verbindet, das einen der Sender des Netzwerks darstellt.

Im Rundfunksendezentrum werden die vier Signale 20

S₁ bis S. Tiefpässen 2 bis 5 zugeführt, die ihre Höchstfrequenzen auf den Wert von 15 kHz beschränken, der gewöhnlich für Signale hoher Güte zulässig ist. Die so in der Frequenz beschränkten Signale S₁ bis S^ werden mit je der

Frequenz von 32 kHz mit Hilfe von Abtastschaltungen 6 bis 25

9 abgetastet, die von Abtastimpulsen gesteuert werden, die derart im Taktgenerator 10 erzeugt werden, dass sie gleichmässig in der Zeit verteilt sind. Die Ausgänge der Abtastvorrichtung werden mit der Leitung 11 verbunden, an der Abtastwerte der zeitverschachtelten Signale S₁, S₀, /

S„, S. mit einer Geschwindigkeit von 128.000/s auftreten.

Diese Abtastwerte werden einem Analοg/Digital-Umsetzer 12 zugeführt, der nach einer geeigneten Regel jeden Abtastwert in eine Zahl mit 13 Bits umsetzt. Die

Dauer jedes Bits wird durch die Taktfrequenz bestimmt, 35

die von dem Taktgenerator 10 geliefert wird. Diese Taktfrequenz ist 2.048 mITz entsprechend einer Taktperiode TT* von etwa 0,5/usec. Es lässt sich dann leicht erkennen,

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dass am Ausgang des Umsetzers 12 ein digitales Signal erhalten wird, in dem die Geschwindigkeit der Bits gleich 2,O48 M bits/s ist; in diesem Signal folgt jeder Zahl mit 13 Bits, die die Abtastwerte von S₁,S„,S„,S_/ dar-

g stellt und die ein Zeitintervall von 13 L^ in Anspruch nimmt, ein Freizeitintervall mit einer Dauer von 3 Ί^ · Vie nachstehend erläutert wird, führt eine Kodierungsvorrichtung 13 einen selbstkorrigierenden Code in das digitales Signal ein, das von dem Umsetzer 12 geliefert wird, wobei die Korrekturbits dieses Codes mindestens einen Teil der obengenannten Freizeitintervalle in Anspruch nehmen. Das so erhaltene Signal mit 2,048 M Bits/s bildet also ein Zeitmultiplexsignal, das durchdie Zeitverschachtelung der digitalen Signale S₁,S₀,S ,S^ erhalten wird, die mit einem Fehlerkorrekturcode in der eben beschriebenen Art korrigiert sind.

Dieses Zeitmultiplexsignal, das von dem

Rundfunksendezentrum herrührt, wird über Koaxialkabel oder Rundfunkverbindungen auf die verschiedenen Sendestellen des Netzwerks übertragen. In Fig. 1 ist eine Verbindung über ein Koaxialkabel 1 mit einer Sendestelle dargestellt. Das Zeitmultiplexsignal mit 2,048 M bits/s wird einem Serien/ Parallelumsetzer 1^ mit z.B. 512 Ausgängen C^ bis C zugeführt. Dieser Umsetzer lh verteilt die Bits des Zeitmultiplexsignals mit 2,θ48 M Bits/s über seine 512 Ausgänge und bewirkt zu gleicher Zeit, dass sie an allen Ausgängen mit der Frequenz 2048/512 kHz, also k kHz, erscheinen, wobei diese Frequenz durch den Taktgenerator 15 bestimmt wird. Letzterer wird von bekannten, hier nicht dargestellten Mitteln mit dem Taktgenerator 10 des Sendezentrums synchronisiert. Im gewählten Beispiel lässt sich leicht erkennen, dass während einer Periode von etwa 25Ο /usec., was der Frequenz von 4 kHz entspricht, an allen 512 Ausgängen 8 Abtastwerte jedes der Signale S..,S,,,S„ und S. erscheinen, wobei jeder Abtastwert bis zu 16 Ausgängen mit dem von der Kodiervorrichtung I3 eingeführten Selbstf ehlerkorrektvircode in Anspruch nehmen kann.

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An jedem Ausgang des Reihen/Parallelumsetzers ik treten die Bits also mit einer Geschwindigkeit von h kbits/s mit wechselnden ¥erten "1" und "O" auf. Jedes dieser Signale wird als Kanalsignal einer Frequenzmultiplexvorrichtung 16 mit 512 angrenzenden Kanälen mit einer Breite von h kHz zugeführt. Diese Frequenzmultiplexvorrichtung kann nach einer beliebigen Technik verwirklicht werden. Nach einer analogen Technik der in der Telephonie verwendeten Art können die Kanäle dieser Frkquenzmultiplexvorrichtuiig dadurch gebildet werden, dass Trägerwellen, die einen gegenseitigen Abstand von 4 kHz aufweisen von Modulations— Signalen, in der Amplitude moduliert werden, die an den Ausgängen des Umsetzers 14 erhalten und auf angemessene Welse durch Tiefpässe gefiltert sind, die die Frequenzen von mehr als 2 kHz schwächen, um das Übersprechen zwischen den Kanälen herabzusetzen. Es ist hier zu bemerken, dass die Ubersprecheinflüsse im vorliegenden Falle verhältnis— massig gering sind, denn die in jedem Kanal zu übertragenden Signale können als Daten mit zwei ¥erten "O" oder "1" betrachtet werden, die bei Empfang leicht voneinander unterschieden werden können. Dadurch, dass die Summe der auf diese Feise modulierten Trägersignale gebildet wird, kann auf der Leitung 17» die mit dem Ausgang der Multiplexvorrichfcung 16 verbunden ist, ein in bezug auf das Basisband analoges Frequenzmultiplexslgnal erhalten werden, das maximal das Band O - 2048 kHz beansprucht.

Für die Synchronisation bei Empfang wird der erste Frequenzmultiplexkanal, der einer Trägerfrequenz gleich 0 entspricht, für die übertragung eines Synchronsignals reserviert. Dieses Synchronsignal ist ein sinusförmiges Signal mit zwei kHz, das in digitaler Form durch eine Reihe abwechselnder Bits "1" tind "0" dargestellt wird, die mit einer Geschwindigkeit von k kbit/s auftreten. In der Figur wird ein derartiges Signal von einem besonderen Ausgang des Taktgenerators 15 geliefert und dem ersten Eingang der Multiplexvorrichtung 16 zugeführt, der gar kein anderes Signal von dem Ausgang C des Umsetzers ^k empfängt.

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Dieselbe Frequenzverschachtelung kann ebenfalls mit Hilfe digitaler Techniken durchgefWirt werden, bei denen die Fouriertransformation verwendet wird. Eine MuLtiplexvorrichtung dieser Art ist z.B. in der französischen Patentschrift Nr. 2.188.920 beschrieben. Nach digitalen Techniken dieser Art kann die Frequenzverschachtelung auch mit Hilfe einer integrierten Anordnung der Firma RETICON durchgeführt werden, die die Transformation benutzt, die aJs "Chirp Z transform" bezeichnet wird. Die Anordnungen, bei

jg denen diese digitalen Techniken benutzt werden, realisieren im allgemeinen die Funktionen des Reihen/Parallelumsetzers 14 und der Frequenzmultiplexvorrichtung 16; sie empfangen also unmittelbar das Zeitmultiplexsignal mit 2,O48 M bits/s und liefern ein digitales Signal, das dem Frequenzsignal im Basisband entspricht, das mit einer Geschwindigkeit von 2,048 MHz abgetastet ist. Am Ausgang einer derartigen digitalen Anordnung muss dann eine Digital/Analog-Unisetzung durchgeführt werden, um an. der Leitung 17 das Frequenzmultiplexsignal in der gewünschten analogen Form zu erhal-

Dieses Frequenzmultiplexsignal im Basisband wird dem eigentlichen Sender 18 zugeführt, in dem es auf die gewünschte Sendefrequenz (z.B. 100 MHz) transportiert tind dann verstärkt wird, um der Sendeantenne I9 zugeführt zu werden. Es sei bemerkt, dass, weil binäre Signale auf die Kanäle des Frequenzmultiplexsignals übertragen werden, die Anforderungen in bezug auf die Linearität dieser Verstärkung im ganzen Band des Freqiienzmulfciplexslgnals nicht besonders streng sind.

Im Empfangsteil, dessen Blockschaltbild in Fig.

2 dargestellt ist, werden Bearbeitungen durchgeführt, die den im Sendeteil durchgeführten Bearbeitungen entgegengesetzt sind. Das von der Antenne 20 aufgefangene Signal wird dem eigentlichen Empfänger 21 zugeführt, der auf die Frequenz 100 mHz der ausgesandten Trägerwelle abgestimmt ist und der an seinem Ausgang 22 dasselbe analoge Multiplexsignal im Basisband wie das dem Sender 18 zugeführte Signal, liefert.

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Dieses Signal wird, einem selektiven Filter 23 zugeführt, das aus dem Signal das Synchronsignal von 2kIIz extrahiert, das im Sender dem ersten Kanal des Frequenzmultiplexsignals zugeführt wird. Diese extra— hierte Frequenz von 2 kHz wird zur Steuerung des lokalen Taktgenerators 24 benutzt, der die verschiedenen Abtastfrequenzen liefert, die für den Betrieb des Empfängers beno'tigt werden.

Das Frequenzrnultiplexsignal im Basisband wird

Ό ausserdem einer Frequenzdemultiplexvorrichtung zugeführt, die z.B. auf analoge ¥eise arbeitet und Bearbeitungen durchführt, die den in den Multiplexvorrichtung 16 des Senders durchgeführten Bearbeitungen zur Lieferung der von den 512 Frequenzmultipiexkanälen übertragenen Signale im

'" Basisband entgegengesetzt sind. In dem davon ausgegangen wird, dass den 512 Ausgängen C¹ bis C' der Demultiplexvorrichtung 25 ein Impulserzeuger vorangeht, werden an allen dieser 512 Ausgänge dieselben binären Signale erhalten, die auch an den 512 Eingängen der Frequenzmultiplexschaltung \6 des Senders erhalten sind. Die Bits dieser binären Signale erscheinen zu gleicher Zeit mit einer Frequenz von k kHz und stellen während der Dauer von etwa 25Ο /usec jedes Bits 8 Abtastwerte jedes der Informations— signale S., S„, S„, Sr dar, die mit einem Fehlerkorrektur-

* code korrigiert sind.

Die binären Signale, die an den Ausgängen der Demultiplexvorrichtung 25 erscheinen, werden dem Parallel/ Serien-Umsetzer 26 zugeführt, der an seinem Ausgang 13 dasselbe Zeitmultiplexsignal von 2,θ48 bits/s liefert,

das auch dem Serien/Parallel-Umsetzer Ik des Senders zugeführt ist.

Die Anordnung, die aus der Demultiplexvorriclittmg 25 und dem Reihen/Parallel-Umsetzer 26 besteht, kann auch durch digitale Mittel erhalten werden, die eine

Transformation benutzen, die der an der Sendeseite benutzton Transformation entgegengesetzt ist.

Das Zeitmultiplexsignal, das am Ausgang des

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Umsetzers 26 erhalten wird, wird der Dekodiervorriohtung 27 zugeführt, die die von der Kodierungsvorrichtung I3 des Senders eingeführten Redundanzbits dadurch entfernI;, dass sie die festgestellten Fehler korrigierb, wie nachstehend auseinandergesetzt wird.

Am Ausgang der Dekodiervorrichtung 27 werden wie am Ausgang des Umsetzers 12, digitale Abtastwerte von Informationssignalen S₁JSpJS-JSi erhalten, die Zeitver— schachtelt sind und mit einer Geschwindigkeit von 128.ÜÜü/s auftreten.

Diese von dem Digital/Analogumsetzer 28 urngesetzten analogen Abtastwerte werden von den Verteilerschaltungen 29, 30, 31, 32 den Tiefpässen 33, 34, 35, 36 zugeführt, so dass an den Eingängen dieser Filter Abtastwerte der Signale S , S , S bzw. S^auftreten. Dazu werden die Verteilerschaltungen 29 bis 32 von Impulsen von 32 klIz erregt, die ebenfalls in der Zeit verteilt sind und an den Ausgängen des lokalen Taktimpulsgenerators Zh zur Verfügung stehen. Jn den Ausgängen der Tiefpässe 33 bis 36 wird eine Darstellung der Informationssignale S₁ bis Si entsprechend den im Sendezentrum ausgesandten Programmen erhalten. Es lässt sich leicht eines dieser Programme selektieren, ohne dass die Abstimmung des Empfängers 21 geändert wird.

Ein auf diese Weise entworfenes Rundfunksende- ^⁵ system weist neben dem Vorteil einer kleineren spektralen Besetzung eine gute Immunität gegen Rauschen auf infolge der Tatsache, dass die Informationssignale in digitaler Form übertragen werden.

Ausserdem wird bereits eines der Probleme gelöst, die in einem Rundfunksendesys tem auftreten, das ein Netzwerk von Sendern benutzt, die mit derselben Trägerfrequenz arbeiten.

Dieses oben bereits genannte Problem besteht in der Überlappung zwischen denselben Modulationssignalen, die von mehreren Sendern des Netzwerks her den Empfänger erreichen und die verschiedene FortpfTanzurigszoiten durchlaufen haben. In der Praxis ergibt η LcIi dieses PrqbLern dor

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Überlappung, das bei Empfang Fehler herbeiführen kann, nur in den Empfangszonen, in denen die von den beiden nächstliegenden Sendern aufgefangenen Trägersignale einen Pegelunterschied aufweisen, der kleiner als etwa 12 dB ist« Weiin davon ausgegangen wird, dass die Abnahme des Feldes H am Boden mit einem Abstand d pro Abstandsverdopplung 14 dB beträgt (HZüQ.i/d ), und wenn z.B. angenommen wird, dass ein Empfänger zwischen zwei 100 km von einander entfernten Sendern auf der geraden Linie,die sie miteinander verbindet, liegt, lässt sich errechnen, dass ein Pegelunterschied von 12 dB für die beiden vom Empfänger aufgefangenen Trägersignale einer Fortpflanzungszeitabweichung von etwa 100/usec entspricht. In dem System nach der Erfindung muss nun die Überlappung zwischendden von denselben Kanälen des Multlplexsignals übertragenen ModulationsSignalen, betrachtet werden, und diese Modulationssignale sind binäre Signale mit einer Dauer T = 250/see. Wenn die Fortpflanzungszeibabweichung 0, d.h. die Dauer der Überlappung der binären Elemente, in jedem Kanal kleiner als die Hälfte der Dauer T eines Bits ist, besteht nicht die Gefahr, dass diese Überlappung einen Fehler in dem Empfänger herbeifuhxt. Dies wurde im angegebenen Beispiel geprüft, in dem Q = lOO/sec. kleiner als T/2 = 125 /usec ist.

Dadurch, dass in dem System nach der Erfindung eine genügend grosse Anzahl von Frequeazmultiplexkanälen gewählt wird, was darauf hinausläuft, dass die Frequenz der binären Daten in jedem Kanal herabgesetzt wird, kann sehr einfach das Problem der Überlappung zwischen den Modulationssignalen gelöst werden. In dieser Hinsicht sei bemerkt, dass die Lösung, bei der das Zeitmultiplexsignal (mit 2,o48 M Bits/s unmittelbar und nicht über eine Frequerizverschachtelung übertragen wäre, zu einer Dauer des binären Elements von etwa 0,5/usec geführt hätte, was sehr kurz ist in bezug auf die Abweichung zwischen den Fortpflanzungszeiten, Lind zwai- 100/usec im gewählten Beispiel. Zum Ausgleichen der Abweichungen der Fortpflanzungszeiten müsste der Empfänger dann mit einem sehr verwiekelten und

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kostspieligen Entzerrer versehen sein.

Da das Problem der Überlappung zwischen

Modulationssignalen also gelöst ist, bleibt nun noch das Problem der Interferenzen zwischen von mehreren Sendern des Netzwerks stammenden VHF-Signalen bestehen, das, wie bereits angegeben ist, di'e örtliche Erscheinung von Schwund in Empfangsζonen herbeiführen kann, in denen die aufgefangenen Trägersignale etwa gleiche Pegel haben. In dem Falle, in dem der Empfänger stationär ist, ist os möglich, diese Erscheinung dadurch zu beseitigen, dass für die betrachteten VHF-Signale eine Richtantenne von dem Typ verwendet wird, der beim Fernsehen Anwendung findet. Dagegen wird für die mobilen Empfänger vorzugsweise eine "Schleifenempfangsantenne" verwendet, die sich einfacher anwenden

'5 lässt, bei der jedoch das Problem der Überlagerung mehrerer VHF-Signale bestehen bleibt.

Die Erfindung schafft ebenfalls eine Lösung für· dieses Problem; zuerst werden Berechnungen durchgeführt, die sich auf VHF-Interferenzen beziehen und die zu dieser Lo¹-sung geführt haben.

Es wird angenommen, dass das Netzwerk von Sendern die theoretische Konfiguration aufweist, die in Fig. 3 dargestellt ist, in der die durch kleine Kreise dargestellten Sender an den Eckpunkten gleichseitiger Drei-

^⁵ ecke liegen. Es wird davon ausgegangen, dass die Wahrscheinlichkeit von Schwund Infolge von Interferenzen am Grössten ist in einem Punkt wie Null, der in demselben Abstand r von den drei nächstliegenden Sendern gelq^an ist. In einer Zone rings um diesen Punkt werden mit beliebiger

Phase Trägersignale empfangen, die stammen von:

- drei Sendern in einem Abstand r,

- drei Sendern in einem Abstand 2r,

- sechs Sendern in einem Abstand 2,67 r, usw.

Für einen mobilen Empfänger wird die Phase eines empfangenen Trägersignals insbesondere durch den Doppler— Effekt bestimmt, der bei einer Sendewellenlänge A- = 3'" (f = 100 mllz) und einer Verschiebungsgeschwindigkeit des

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Empfängers ν = 45 m/s einen Frequenzverlauf von f , = v/ = 15 Hz aufweist.

Wie oben wird davon ausgegangen, dass die Abnahme des Feldes PI 14 dB pro Abs tands Verdopplung beträgt. In der Zone, die den Punkt Null umgibt, werden, wenn das Feld, das durch die drei nächstliegenden Sender herbeigeführt ist, als Referenz gewählt wird, also βπφ fangen:

- drei Amplitudensignale V ( 0 dB)

- drei Amplitudensignale 0,2 V (-14 dB)

- sechs Amplitudensignale 0,10 V (-20 dB) usw.

Die Wahrscheinlichkeit von Schwund zwischen

. zwei extremen Fällen., zwischen denen der wirklich auftretende Fall liegt, wird nun berechnet. Im ersten Fall wird angenommen, dass von den nächstliegenden Sendern drei Amplitudensignale V beliebiger Phase empfangen werden. Im zweiten Falle wird angenommen, dass von einer unendlichen Anzahl von Sendern die oben angegebenen Signale mit Amplituden V, 0,2 V, 0,10 V usw. mit verschiedenen Phasen empfangen werden.

In dem zuerst betrachteten Fall kann die

Möglichkeit gefunden werden, bei der die Amplitude S der Summe von drei Signalen derselben Amplituden V und mit Phasen 0, und kleiner als ein Wert kV ist, derart, dass k 1 ist. und sind die Phasen von zwei Signalen in bezug auf die Phase 0 des dritten Signals, das als Referenzsignal gewählt ist. kV ist der Pegel des Signals, über dem in der Praxis für einen Empfänger die Erscheinung von Schwund besteht.

Die Bedingung kann geschrieben werden als:

O OO

(1 + cos OG + cos Λ ) + (sin£?C + sin A ) <^ k oder

(1) 1+4 cos rp^ . cos 2*7 +4cos · <,k

³^ Unter den Bedingungen, die Schwund herbeiführen können, liegen die Phasen p(, und /? in der Nähe von 2 "7^/3 bzw. h IT /3 und lässt sich sagen:

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wobei c -, und c__? kleine Phasenabweichungen in bezug auf die Phasen 2 If /3 und 4 Tf /3 sind. Die Formel (1) kann, wenn man sich auf die Terme zweiter Ordnung beschränkt, geschrieben werden als:

4 1 2 * 1 2 ^ Indem angenommen wird, dass:

(Ό C ί, + C₂ = χ

wird die Formel (3) geschrieben als:

(5) 1 y² + 1 χ² <

Die Gleichung 3/^ y + 1/^- x*" = k , die der Ungleichheit (5) entspricht, ist die einer Ellipse E in rechteckiger Achsensystem Ox₅Oy; die Länge ihrer halben kleinen Achsο

ist — und die Länge ihrer halben grossen Achse ist 2k.

Die Wahrscheinlichkeit, dass die Summe der drei Vektoren kleiner als kV ist, ist:

1 ^r ITk k²

(6) ^J

(E)

P₃ = 0,18 k²

3Q In der zweiten betrachteten Berechnung soll die

Wahrscheinlichkeit gesucht werden, bei der die Amplitude der Summe einer unendlichen Anzahl von Signalen mi.t den obenerwähnten Amplituden und mit beliebigen Phasen kleiner als kV ist. Der Modul dieser Summe weist eine Rayleigh-Verteilung mit einem endlichen mittleren Wert Vo auf, denn die Summe der in einem Punkt empfangenen Leistungen konvergiert, sobald die Schwächung als Funktion des

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Abstandes 6 dB pro Verdopplung überschreitet. Die gesuchte Wahrscheinlichkeit ist:

ϊ ι ) ^ ^k>~ J. ( _{für kV} //· γ )

2V -—"- 2V ^ * ν ¹^⁷ ■^K-^v ■*£*.**» ^vq/

ο ο

Mit der bereits genau angegebenen Amplitude erhält man:

V² = 3V² + 3 ( 0,2 V)² + 6 (0,1 V)² +

und darauf folgt:

(7) P^ 0,16 K²

cn

Es ist ersichtlich, dass die berechnete Wahrscheinlichkeit von Schwund in den beiden betrachteten Ex— tromfällen, die durch die Formeln (6) und (7) dargestellt

sind, nur wenig verschieden sind, und für die Darstellung 15

des reellen Falles kann eine Wahrscheinlichice it mit einem Zwischenwert angenommen werden, z.B.:

(8) P = 0,17 Ic².

Nachdem man die Wahrscheinlichkeit von Schwund berechnet hat, wird nun die Dauer einer Schwunderscheinung berechnet, d.h. die maximale Zeit, während der die Amplitude der Summe der Signale, die von den Sendern des Netzwerks herrühren, kleiner als kV bleibt. Aus Obenstehendem geht hervor, dass zum Erhalten eines Annäherungswertes die Formeln verwendet werden können, die im Falle der drei Signale gegeben sind.

Die der Zeitentsprechende Veränderliche ·': kann in die Formel (3) eingeführt werden, die die Schwundbedingung darstellt, indem angenommen wird:

so (9) ( ^₁ = ζ Ύ Α ΐ_Λ t

wobei Af. und Af Frequenzabweichungen sind, die den Phasenabweichungen £-~ und C- entsprechen, die durch die Formeln (2) definiert werden. Indem die Frequenz des Phasenbezugssignals O als f und die Frequenzen der beiden anderen Signale als f₁ bzw. f_ bezeichnet werden, kann man schreiben:

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(1O) Af₁ = f-, - f_Q

*c <c O

Die Formel (5) wird dann geschrieben als:

(11) 4 Tr * ( Δ fi + Λ^2 - Af₁-A f₂)t^ < k"

Die Zeit t, die von der Gleichung abgeleitet ist, die der Gleichheit in der Formel (ii) entspricht, stellt die Zeit dar, die benötigt wird, um die Amplitude der Summe der drei Signale von O auf den Wert kV übergehen zu lassen, wobei die Schwundgrenze erreicht ist. Die Dauer t,_f. einer Schwunderscheinung ist das Zweifache dieses Wertes, also:

⁽ⁱ²⁾t : ^{1 k}

-² - Af₁ . Af₂

Aus dieser Formel (12) kann eine Massnahme nach der Erfindung abgeleitet werden, die es ermöglicht, die Dauer t„ des Schwundes, der entsprechend der Formel (8) ^x 2

mit der Wahrscheinlichkeit P = 0,17 k auftritt, auf ein %ndestmass zu beschränken. Da die Frequenzabweichungen . .f. und . fp nicht sehr gross sein können, weil sie notwendigerweise kleiner als die Bandbreite eines Kanals sind,

kann gewählt werden: S f = - ■ '· f_p = —

Formel (io) bedeutet:

_ ^r2 = ^f ο - 1
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Die Dauer des Schwundes wird dann:

(14) t

Aus den Formeln (13) folgt, dass nach einer Massnahme gemäss der Erfindung das Netzwerk von Sendern drei Ty-35

pen von Sendern enthalten muss, die mit den Trägerfrequenzen

/Δί Δ· f

f - , f bzw. f + — arbeiten und die derart auge-

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BAD ORIGINAL

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ordnet sind, dass ein Empfänger, der insbesondere in der Zone liegt, in der Schwund auftreten kann, unter den drei nächstliegenden Sendern immer einen Sender jedes der drei Typen "sieht". Die Anordnung der drei Typen von Sendern ist in Fig. 3 angegeben. Die Mindestfrequenzabweichung —-— zwischen zwei Sendern des Netzwerks muss viel kleiner als die Bandbreite des übertragenen Frequenzmultiplexsignals sein, um keine wahrnehmbare Überlappung zwischen den selben von den beiden Sendern erzeugten Kanälen herbeizuführen.

Weiter muss, um eine genau definierte Schwunddauer t„ zu

Af erhalten, die Frequenzabweichung ■ erheblich grosser als die möglichen Abweichungen der empfangenen Frequenzen, insbesondere die durch den Doppler-Effekt herbeigeführte Abweichung, sein. Xm Falle des obenbeschriebenen Systems

A f kann z.B. eine Frequenzabweichung = 16O Hz gewählt werden, was nur h°/o der Breite von h kHz eines Frequenmulti— plexsignals bedeutet und was erheblich grosser als eine Frequenzabweichung von 2x15 Hz = 30 Hz ist, die durch den Doppler—Effekt bei einem mobilen Empfänger in bezug auf zwei Sender herbeigeführt wird.

Die eben beschriebene Massnahme ermöglicht es

also, genau bestimmte Schwunderscheinungen zu erhalten, die

2 mit einer Wahrscheinlichkeit P = 0,17 k auftreten und die

2 k je maximal eine Dauer von t„ = f-s-jtj== aufweisen.

" Während dieser Schwunderscheinungen können Bitfehler in den über die Kanäle des Frequenzmultiplexsignals übertragenen binären Signalen auftreten, die im Empfänger wiedergegeben werden. Diese falschen Bits treten in Paketen auf, deren Erscheinungswahrsclieinlichkelt die der Schwunderscheinungen, also P, ist, wobei die Höchstanzahl falscher Bits in jedem Paket durch die maximale Dauer t der Schwunderscheinungen bestimmt wird. Nach der Erfindung wird also vorgeschlagen, diese Fehler mittels eines an diesen Fehlertyp angepassten Fehlerkorrekturcodes zu korrigieren. Wie bereits auseinander-

gesetzt wurde, wird dieser Fehlerkorrekturcode auf der Senderseite von der Kodierungsvorrichtung I3 eingeführt, um über die Kanäle des Frequenzmultiplexsignals in derselben

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Zeit wie die Informationssignale übertragen zu werden;
auf der Empfangsseite korrigiert die Dekodierungsvorrlchtung 27 die Fehler und gibt die Informationssignale wieder.

Um anzugeben, wie der Fehlerkorrekturcode gewählt werden kann, gibt die Tabelle I nachstehend für

verwchiedene Werte der Menge 20 log.k die Wertepaare der

2
Wahrscheinlichkeit von Schwund P = 0,17 k und der Schwund-

2 k JS f
dauer t^ = -^-—*γ=ψ ~~λ~£> ^mit ~ ~ ¹^^{0 Hz an}* ^Man

errinnert sich, dass, weil V die Amplitude des Signals am Eingang eines Empfängers ist, das von einem einzigen Sender stammt, kV die Amplitude des Signals ist, unterhalb dessen Schwund auftritt. Die Menge 20 log.k stellt also in dB praktisch den Pegelverlust dar, der den Schwund herbeiführt und der durch Interferenzen zwischen VHF—Signalen verursacht
wird.

Tabelle I

(20 log k) dB -10 -20 -30

P 1,7.10~² 1,7-1O~³ 1,7.10

(t_fo)/US ₍ 36O ; 115 36

Unter den in dieser Tabelle angegebenen Werten

sollen diejenigen beachtet werden, die einem Pegelverlust 25

von -10 dB entsprechen, der durch Interferenzen verursacht ist. Um den Pegel V wiederzufinden, der dem Empfang eines einzigen Senders entspricht, muss also die Leistung der
Sender um 10 dB erhöht werden. Es sei bemerkt, dass bei
einem einzigen Sender, wie im Falle des Systems nach der
Erfindung, Interferenz zwischen Hin- und Rücklaufwegen
auftritt, die von demselben Sender herrühren. Die Sicherheitsmarge von 10 dB besteht nun bereits in den bekannten Systemen zum Schwächen des Effekts dieses Interferenztyps „,. Die Erhöhung der Leistung der Sender um 10 dB ist aLho nicht eine zusätzliche Erschwerung für das System nach der
Erfindung.

Für 20 log.k = -10 dB gibt die Tabelle I eine

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Schwunddauer t von 36O /usec an, die maximal drei aufeinanderfolgende Bits beeinflussen kann. Die Erschcinungs Wahrscheinlichkeit P dieser Pakete falscher Bits betfägt 1,7 ^{/o. Derartige ¥erte können mittels eines Fehlerkorrekburcodes mit einer kleinen Anzahl von Redundanzbits korrigiert werden. Für die "Wahl eines geeigneten Codes sei auf das Werk "Error Correcting Codes" von W.V. Peterson und Weldon, MIT, Boston, 2. Verlag, 1971 verwiesen. Z.B. kann der zyklische Code (63,55) gewählt werden, der in der Tabelle 11-1 auf Seite 364 dieses Werks definiert ist. Mit diesem Code können Pakete von drei falschen Bits mit etwa 13 °!° Redtindanzbits korrigiert werden.

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Claims

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PATENTANSPRTJECHE:

1 ./ Rundfunks ende sys tem zum gleichzeitigen Aussenden mehrerer Informations signal e , mit einem Nel.zwerk von Sendern die nahezu mit den gleichen Trägerfrequenzen arbeiten und synchron die Inf orma L ions signal, e von ο i.ner zentralen Stelle empfangen, dadurch gekennzeJ chne ( , dass di.o die Übertragung der Inf orrnationssignal e in digitaler Foi'in über eine Frequenzmultiplexschalbung erfolgt, die parallel die Bits der Informationssignale derart überträgt, dass die Dauer der Bits in den Kanälen der Multiploxschal tung

^⁰ im wesentlichen länger als des Zweifache des UnIerschieds in der Fortpf lanziingszelt zwischen zwei Trägers i gun. I on der beiden nächstliegendeii Sender in der Empfangs ζ ono IsL, Ln der die genannten Trägersignale einander nahe liegende Pegel aufweisen.

2. Rundfunks ende sys t em nach Anspruch I, dadurch

gekennzeichnet, dass das Netzwerk von Sendern mit. drei Typen von Sendern versehen ist, die mit drei Trägerfrequenzen arbeiten, von denen zwei in bezug auf die drLtle dieselbe Abweichung aufweisen, die gegenüber der F3andb.ro i.— te eines Kanals der Frequenzmultip Icxschaltung goring und gegenüber den möglichen Abweichungen der empfangenen Trägerfrequenzen gross 1st, wobei diese drei Typen von Sendern derart in dem Netzwerk angeordnet sind, dass innerhalb des Netzwerks einem Empfänger je einer dor drei

Typen von Sendern am nächsten liegt.

3· Rundfunksendesystem nach Anspruch 2, dad ure: Ii

gekennzeichnet, dass die von der FroqucnzmultipLu-XBchaltung zu übertragenden digitalen Inforrnationssigna 1 ο mil; Hilfe eines Fehlerkorrekturcodes korrigiert worden und das übertragene digitale Frequenzmultiploxsignal auf entsprechende Weise dekodiert wird, wobei der Fehlorkorrekturcode für die Korrektur der Pakete von Fehlern gewählt ist, deren Anzahl und Erscheinungswahrscheinlichkeit

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der Dauer und der vorhersagbaren Wahrscheinlichkeit der Schwunderscheinung entsprechen.

h. Rundfunksendesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3j dadurch gekennzeichnet, dass das Frequenzmultiplexsignal aus zu übertragenden InformationsSignalen durch digitale Mittel gebildet wird, die eine Transformation vom Fouriertyp benutzen, und dass beim Empfang die' Informationssignale auf Basis des empfangenen Frequenzmultiplexsignals durch digitale Mittel wiedergegeben werden, die die umgekehrte Transformation benutzen.

5. Rundfunksendesystem nach einem der Ansprüche 1 bis h, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzmultiplex-Kchaltung derart eingerichtet ist, dass sie einen Kanal enthält, der ein Synchronsignal von dem Empfänger überträgt, das aus einer Reihe von abwechselnd "1"- und "0"-Bits besteht, wobei die Dauer der Bits der der über die anderen Kanäle übertragenen Informationssignale entspricht.

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