DE4427885A1

DE4427885A1 - Verfahren zur Verbesserung des Störabstandes in einem Übertragungssystem durch die Bildung von Flächenäquivalenten

Info

Publication number: DE4427885A1
Application number: DE4427885A
Authority: DE
Inventors: Bernd Memmler; Gerhard Dr Schaefer
Original assignee: Temic Telefunken Microelectronic GmbH
Current assignee: Atmel Germany GmbH
Priority date: 1994-08-08
Filing date: 1994-08-08
Publication date: 1996-02-15
Also published as: US5727022A; JPH0870326A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem der Störabstand in Übertra gungssystemen verbessert wird, wenn die Information durch definierte Signalverläufe abgebildet wird.

Bei der Übertragung von Informationen können definierte Signalverläufe zur Codierung verschiedener Informationseinheiten verwendet werden. Beispielsweise können die Informationseinheiten 0 und 1 digitaler Signale in ein pulslängenmoduliertes Hochfrequenzsignal umgesetzt werden. Die Austastlücken für die beiden Informationseinheiten werden dabei unterschiedlich gewählt und übertragen. Es sind auch Informationen übertragbar, deren Zeichenvorrat aus mehr als zwei Informationselementen besteht. Die Rückgewinnung solchermaßen übertragener Signale kann beim Auftreten von Störungen falsch oder gar unmöglich sein. Verfahren, die eine sichere Erkennung der Informationseinheiten trotz vorhandener Störungen zulassen, kommen daher eine erhöhte Bedeutung zu. Dies gilt umso mehr, wenn durch die Verfahren ein erfolgreicher Empfang des Signals erst möglich wird.

Bei der Übertragung von Signalen durch definierte Anhebung und Absen kung der Trägeramplitude in einem HF-Signal entstehen auf der Empfän gerseite des Übertragungssystems charakteristische Signalverläufe, die zur Rekonstruktion der ursprünglichen Rechtecksignale herangezogen werden. Bekannte Verfahren verwenden dazu Schwellwerte, die beispielsweise über einen Schmitt-Trigger detektiert, ein Rechtecksignal rekonstruieren, das der Länge der Absenkung des Trägers entspricht. Treten Störungen auf, so besteht die Gefahr, daß die eingestellten Schwellwerte nicht oder erst nach einer fehlerhaften Zeit erreicht werden. Die Rekonstruktion des ursprünglichen Signals ist damit ebenfalls fehlerbehaftet.

Bei Störungen, die den Informationsgehalt des eigentlichen Signals nicht vollständig fälschen, ist eine Erkennung der Informationseinheiten bei der Verwendung eines besseren Verfahrens zu erwarten. Aufgabe der Erfin dung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, das eine Zuordnung von Informationseinheiten zu einem oben beschriebenen Datensignal auch bei verstärktem Auftreten von Störungen zuläßt. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt gemäß den Merkmalen der untergeordneten Ansprüche.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren erläutert.

Kurze Beschreibung der Figuren:

Fig. 1 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens;

Fig. 2 zeigt ein Diagramm zur Bildung von Flächenäquivalenten zu drei verschiedenen Informationseinheiten;

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild eines Funkuhrempfängers nach dem Stand der Technik;

Fig. 4 zeigt das Diagramm eines idealen Hochfrequenzsignals und das vom Funkuhrempfänger gebildete Ausgangssignal;

Fig. 5 zeigt die Funktionsweise des Schwellwerte-Verfahrens nach dem Stand der Technik;

Fig. 6 zeigt das Ausgangssignal des Funkuhrempfängers zusammen mit den Flächenäquivalenten;

Fig. 7 zeigt eine Vergleich der Fehlerraten eines Funkuhrempfän gers nach dem Stand der Technik und eines Empfängers mit dem neuen Auswerteverfahren.

Das hier vorgestellte Verfahren verwendet Flächenäquivalente unter der Signalkurve innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls als Kriterium, welche eine Informationseinheit vorliegt. Sollen mehrere unterschiedliche Informationseinheiten detektiert werden, so kann für jeden dazugehörigen Verlauf ein Intervall T_i [t_i,t_j] mit t_i < t_j angegeben werden, zu dem ein Flächenäquivalent bestimmt wird. Die Anfangs- und Endzeiten t_i, t_j, die den Start- bzw. Stopzeitpunkt der Flächenbestimmung bilden, sind für die einzelnen Signalverläufe der Informationseinheiten vorab zu bestimmen. Das Flächenäquivalent ist definiert als

und kann zum Beispiel als Integral oder zeitdiskrete Summe im Intervall T_i [t_i,t_j] gebildet werden. Welche Informationseinheit erkannt wurde, wird durch eine Extremwertbetrachtung bestimmt. Zur Eliminierung von konstanten Anteilen ist die Manipulation des ermittelten Flächenäquivalents durch eine Subtraktion eines konstanten Wertes vorgesehen, jedoch nicht zwingend notwendig. Der Auswertevorgang wird zu einem bestimmten Zeitpunkt einmal oder in gegebenen Abständen ständig gestartet. Die detektierte Informationseinheit wird zur Weiterverarbeitung ausgegeben. Zur Detektion wird ein Zeitintervall abgewartet und nach einer vorgegebenen Zeitdauer der Ausgangswert weiter verarbeitet. Fig. 1 zeigt den Ablauf des Verfahrens, Fig. 2 verschiedene Informationseinheiten mit ihrem Flächenäquivalent.

Störungen außerhalb der Zeitintervalle werden ausgeblendet und haben keinen weiteren Einfluß auf das Verfahren. Störungen innerhalb der Zeitintervalle werden zum größten Teil durch die Flächenbildung ausge blendet: liefert eine Störung genauso viele Flächenäquivalente mit negati ven Funktionswerten wie mit positiven Funktionswerten, so wird das eigentliche Signalflächenäquivalent nicht beeinflußt. Die Grenzen des Ver fahrens liegen bei Störverläufen, die beispielsweise das Signal komplett auslöschen oder eine Größe besitzen, bei dem der Anteil des Flächen äquivalents des eigentlichen Signals klein gegenüber dem Flächenäquiva lent der Störung ist.

Am Beispiel eines Zeitzeichenempfängers soll die Wirkungsweise des Verfahrens demonstriert werden. Der Zeitzeichensender soll ein Langwel lensignal aussenden, dessen Trägerfrequenz im Sekundentakt auf 25% der Normalamplitude abgesenkt wird. Die Informationseinheiten werden über die Länge der Sekundenimpulse codiert. Es sind 3 Längen für die Sekundenimpulse vorgesehen, nämlich 200 ms, 500 ms und 800 ms. Die angegebenen Zeiten entsprechen jeweils der Zeitdauer des Absinkens der Trägeramplitude auf 25% des Anfangswertes.

Die Fig. 3 zeigt einen Funkuhrempfänger, wie er z. B. in der DE-PS 35 16 810 beschrieben ist und in der Praxis erfolgreich Verwendung findet. Er besteht aus einem Eingangskreis mit Antenne, einem Regelverstärker, einem auf die Frequenz des Senders abgestimmten Filter, einer weiteren Verstärkerstufe, einem Gleichrichter und einem Differenzverstärker, der das Eingangssignal mit einer konstanten Referenz vergleicht. Die Diffe renzspannung wird über einen Kondensator aufsummiert und dem Regel verstärker als Steuersignal zugeführt. Aus dem Steuersignal wird gleich zeitig das Rechtecksignal rekonstruiert.

Die Fig. 4 zeigt im oberen Teil des Diagramms das HF-Signal eines Zeitzeichensenders mit 2 Sekundenimpulsen. Der erste Impuls weist eine Länge von 200 ms, der zweite Impuls eine Länge von 500 ms auf. Im unteren Teil des Diagramms ist die dazugehörende Signalkurve darge stellt, wie sie in einem Funkuhrempfänger typischerweise zur Auswertung vorliegt.

In der Fig. 5 ist die bekannte Methode zur Bestimmung der Impulslänge mit Hilfe von Schwellwerten dargestellt. Man erkennt leicht, daß Störun gen, die das Signal überlagern, schnell zu fehlerhaften Ergebnissen führen.

In Fig. 6 ist für den gleichen Signalverlauf das Ergebnis der Flächen summierung dargestellt. Man erkennt deutlich den unterschiedlichen Verlauf für die beiden unterschiedlich langen Signalimpulse. Diese Eigenschaft nutzt nun das Verfahren zur Bildung von Flächenäquivalenten aus. Mit jedem Beginn eines Impulses werden verschiedene Flächenäquivalente gebildet, die jeweils für eine bestimmte Informationseinheit einen maximalen Wert liefern. Dazu werden die Zeit grenzen des Summationsintervalls entsprechend gewählt. Durch die Inte gration werden Störungen, die gleiche Flächenanteile in positiver und negativer Richtung aufweisen, vollständig ausgeblendet.

In der Fig. 2 ist der Verlauf der Flächenäquivalenten nochmals darge stellt. Hier sind zur besseren Übersicht die drei Informationseinheiten (200 ms, 500 ms, 800 ms ) des Zeitzeichensignals untereinander so darge stellt als würden sie gleichzeitig ablaufen. Die Impulse beginnen jeweils bei 0 und enden nach einer entsprechenden Zeit. Wählt man nun die Zeitintervalle T_i [t_i,t_j] für die drei gleichzeitig ablaufenden Flächen summen so, daß im wesentlichen die ansteigende Flanke am Ende der Auslastlücke erfaßt wird, so kann die Wertigkeit der übertragenen Infor mationseinheit durch das Maximum der drei gebildeten Flächen erkannt werden. Dieser Wert wird nun zur weiteren Auswertung im weitergeleitet.

Die Fig. 7 zeigt ein Diagramm in dem die Fehlerrate eines herkömm lichen Funkuhrempfängers mit der Fehlerrate eines Funkuhrempfängers, der mit dem Erkennungsverfahren des hier beschriebenen Verfahrens arbeitet, verglichen wird. Die beiden Funkuhrempfänger wurden in einer mäßig gestörten Umgebung von 2 Uhr morgens bis 2 Uhr nachmittags alle 15 Minuten mit dem Zeitzeichensignal synchronisiert. Während der kon ventionelle Empfänger eine Fehlerrate von konstant 40% aufwies, lag bei dem Empfänger, der nach der Methode der Flächenäquivalente arbeitete, die Fehlerrate für die meiste Zeit bei 0%.

Claims

1. Verfahren zum Zuordnen einer Informationseinheit aus einer begrenz ten Menge unterschiedlicher/verschiedener Informationseinheiten zu einem Signalausschnitt vorgegebener Länge eines in einem Signalübertra gungssystem übertragenen und mit Störungen überlagerten Datensignals, wobei die Übertragung der Daten durch eine zeitliche Abfolge der Infor mationseinheiten im Datensignals erfolgt und die verschiedenen Informa tionseinheiten durch einen jeweils typischen Verlauf des Datensignals im entsprechenden Signalausschnitt codiert sind, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte (Fig. 1):

- im Signalübertragungssystem werden empfängerseitig für jeden Signal ausschnitt unterschiedliche Teilflächen unter dem Verlauf des empfan genen Datensignals ermittelt;
- den verschiedenen Teilflächen werden gemäß ihrer Größe Bewertungs zahlen zugeordnet;
- anhand der Bewertungszahlen wird die Entscheidung getroffen, welche Informationseinheit im betreffenden Signalausschnitt übertragen wurde.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Datensignal pulslängenmoduliert ist und in jedem Signalausschnitt eine Informationseinheit vorliegt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulslängen L der einzelnen Informationseinheiten durch eine Anzahl i unterschiedlicher diskreter Impulslängen L_i vorgegeben ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß empfängerseitig der Beginn der einzelnen Informationseinheiten über mehrere Signalausschnitte hinweg ermittelt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Impulslänge L_i die im Datensignal f(x) auftreten kann, genau eine Teilfläche INT_i pro Signalausschnitt gebildet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die i-te Teilfläche INT_i durch die Summation oder Integration des Verlaufs des Datensignals im Signalausschnitt im Zeitintervall T_i mit einem Startzeitpunkt t_i und einem Endzeitpunkt t_j erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Startzeitpunkte t_i für die i verschiedenen Teilflächen INT_i unterschiedlich sind.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Endzeitpunkte t_j für die i verschiedenen Teilflächen INT_i unterschiedlich sind.