DE69830181T2

DE69830181T2 - Schwundmarginmessung eines funksystems

Info

Publication number: DE69830181T2
Application number: DE69830181T
Authority: DE
Inventors: Jarmo MÄKINEN
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1997-09-02
Filing date: 1998-08-31
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2018-09-01
Also published as: WO1999012266A3; AU8982898A; FI973582A0; CN1130862C; JP3484415B2; FI973582A; EP1010271A2; WO1999012266A2; DE69830181D1; FI105303B; EP1010271B1; US6205172B1; JP2001515291A; CN1269930A

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Funksystem. Die Erfindung bezieht sich genauer auf eine in einem Funksystem zu implementierende Messung einer Schwundreserve. Eine Schwundreserve bezieht sich darauf, um wie viel ein übertragenes Signal gedämpft werden kann, bis die Bitfehlerrate auf einen Wert ansteigt, dessen Überschreitung dazu führt, dass das Signal als ungültig für eine Übertragung angesehen wird. Mittels der Schwundreserve kann die Zuverlässigkeit einer Funkverbindung abgeschätzt werden. Hauptanwendungsgebiete der Erfindung sind Funkverbindungssysteme.
Hintergrund der Erfindung
Beim Aufbau fester digitaler Funkverbindungen ist es wesentlich, dass die Wahrscheinlichkeit gering genug bleibt, dass die Verbindung abbricht. Diese Wahrscheinlichkeit hängt außer von der Zuverlässigkeit von Einrichtungen von Phänomenen auf dem Funkweg ab, die die Funkwellenausbreitung beeinflussen. Derartige Phänomene umfassen:

1. eine normale Freiraumdämpfung,
2. eine durch Regen verursachte, sich langsam in Frequenz und Zeit verändernde Dämpfung,
3. eine Aufspaltung des Signalausbreitungsweges in zwei oder mehrere Wege (Mehrwegeausbreitung) aufgrund von Änderungen in der atmosphärischen Brechzahl oder aufgrund durch Bodenhindernisse verursachter Reflektionen und eine frequenzselektive, durch die Interaktion dieser Wege verursachte Dämpfung, und
4. eine von anderen Funkverbindungsfeldern oder anderen Einrichtungen an dem Empfänger ankommende Interferenz bzw. Störung.

Ein Funkverbindungsfeld ist derart implementiert, dass die Schwundreserve für einen Empfang (d.h. das Verhältnis der Leistung des gewünschten Signals zu der Empfindlichkeit des Empfängers in einer Betriebssituation, in der eine Störung erfahren wird) hoch genug ist. In einer derartigen Situation ist die Wahrscheinlichkeit gering genug, dass eine zusätzliche Signaldämpfung aufgrund der Phänomene 2 und 3 und eine Verschlechterung der Empfangsempfindlichkeit des Empfängers aufgrund des Phänomens 4 allein oder in Kombination das Signal unterbrechen können. Das Signal wird als unterbrochen angesehen, wenn seine Bitfehlerrate einen gegebenen Grenzwert überschreitet. Dieser Grenzwert ist normalerweise 10^–3, das bedeutet eine Situation, in der im Durchschnitt jedes tausendste empfangene Bit fehlerhaft ist. Der Grenzwert für die Bitfehlerrate wird Fehlerratenschwellenwert genannt und der entsprechende Eingangsleistungswert wird im vorliegenden Kontext Schwellenwertleistung genannt.
In Verbindung mit einer Inbetriebnahme einer Funkverbindung wird die Schwundreserve normalerweise unter normalen Betriebsbedingungen überprüft. Diese Überprüfung wird normalerweise derart durchgeführt, dass das Sendesignal gedämpft wird, bis die Bitfehlerrate des Empfängers am anderen Ende des Funkverbindungsfeldes sich bis zum Unterbrechungspunkt verschlechtert. Die Größe der Dämpfung ergibt direkt die Schwundreserve des Funkverbindungsfeldes. Es sei angemerkt, dass die Schwundreserve nicht direkt aus der empfangenen Signalleistung und der typischen Empfindlichkeit des Empfängers oder der in der Herstellungsphase gemessenen Empfindlichkeit berechnet werden kann, da die Auswirkungen in einer Betriebssituation an dem Empfänger ankommender Störungen unbeachtet bleiben.
Bei der in der Inbetriebnahmephase durchgeführten Messung der Schwundreserve kann die Dämpfung des Sendesignals entweder derart ausgeführt werden, dass die Sendeleistung des tatsächlichen Senders eingestellt werden kann, oder derart, dass für die Dauer der Messung ein separates einstellbares Dämpfungsglied hinter den Sender geschaltet wird. Die erforderliche Dämpfung ist normalerweise sehr hoch (30...50 dB) und ihre Genauigkeit bestimmt die Genauigkeit der Messung. Das Bereitstellen einer ausreichend genauen und weitreichenden Leistungssteuerung in dem tatsächlichen Sender erhöht seine Kosten und ist selten wirtschaftlich machbar. Andererseits ist die Verwendung eines separaten Dämpfungsglieds sehr lästig, insbesondere wenn sich die Funkbauteile der Funkverbindung draußen an einem Antennenmast befinden.
Derartige Messungen können auch nicht per Fernsteuerung ausgeführt werden und daher müssen die Messungen vor Ort von neuem ausgeführt werden, wenn befürchtet wird, dass die Bedingungen von den während der Inbetriebnahmephase vorherrschenden abweichen.
Die WO 95/25390 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen einer digitalen Funkstörung. In der WO 95/25390 wird ein zusammengesetztes Signal aus einem mit einem Rauschsignal zusammengesetzten Funkfrequenzsignal erhalten. Das zusammengesetzte Signal wird demoduliert und in dem demodulierten Signal werden Bitfehler gezählt.
Kurzzusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebenen Nachteile zu beheben und eine Lösung bereitzustellen, die es erlaubt, dass die Schwundreserve einer Funkverbindung wie eines Verbindungsfeldes per Fernsteuerung mit ausreichender Genauigkeit und unter Verwendung einer möglichst einfachen Einrichtung gemessen wird.
Diese Aufgabe wird durch eine in den unabhängigen Patentansprüchen definierte Lösung erfüllt.
Die Idee der Erfindung ist, den Pegel des ankommenden Signals (das Störungen von der Antenne und einrichtungsinternes Rauschen enthält) in einer Betriebssituation des Funksystems ohne ein Nutzlastsignal zu messen und darauf beruhend rechnerisch die Änderung der Schwellenleistung ohne Störung in Bezug auf die bewertete Schwellenleistung (die in der Herstellungsphase oder bei der Wartung bestimmt wurde) zu bestimmen. Auf der Grundlage der Änderung wird die Größe der Schwundreserve für das System in einer Betriebssituation ermittelt, wenn der Pegel des ankommenden Signals in einer normalen Betriebssituation bekannt ist.
Dank der erfindungsgemäßen Lösung wird einerseits der mühselige und teure Betrieb in Bezug auf die Verwendung eines separaten Dämpfungsglieds vermieden, und andererseits das Erfordernis beseitigt, die Sendeleistung des Senders in einem sehr breiten Bereich genau einstellbar zu machen, was zu den Kosten des Senders beiträgt.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Nachstehend werden die Erfindung und ihre bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes Funksystem auf allgemeiner Ebene,
2 die für die Erfindung wesentlichen Teile eines Empfängers und einer Steuer- und Messeinheit in der erfindungsgemäßen Verbindungsendeinrichtung,
3 eine Kalibrierung der Leistungsmesseinrichtung des Empfängers,
4 eine mögliche Messanordnung zum Bestimmen des Fehlerratenschwellenwertes des Empfängers,
5 eine bevorzugte Implementation eines Empfängers in der erfindungsgemäßen Verbindungsendeinrichtung,
6 die Amplitudenverteilung des demodulierten Signals zum Abtastzeitpunkt, wenn das empfangene Signal nur Rauschen enthält, und
7 die Amplitudenverteilung des demodulierten Signals zum Abtastzeitpunkt, wenn das empfangene Signal zusätzlich zu dem Rauschen eine impulsförmige Störung enthält.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Nachstehend wird die Erfindung unter Verwendung eines eine bidirektionale Punkt-zu-Punkt-Verbindung darstellenden Funkverbindungssystems als Beispiel beschrieben. 1 stellt ein digitales Funksystem dieser Art auf allgemeiner Ebene dar. Das System umfasst zwei miteinander über einen Funkweg RP kommunizierende Funkverbindungsendeinrichtungen A und B. Die Figur verwendet gleiche Bezugszeichen für gleiche Teile, jedoch so, dass die Bezugszeichen für die Funkverbindungsendeinrichtung A den Buchstaben a und die Bezugszeichen für die Funkverbindungsendeinrichtung B den Buchstaben b enthalten. Der Sender (11a und 11b) und der Empfänger (12a und 12b) der jeweiligen Funkendeinrichtung sind durch ein Duplex-Filter oder alternativ eine Schalteinrichtung (13a und 13b) mit einem Antennensystem (14a und 14b) verbunden. Duplex-Filter werden verwendet, wenn eine bidirektionale Verbindung gewünscht ist, so dass Verkehr gleichzeitig in beide Richtungen durchgeht. Die Aufgabe von Duplex-Filtern ist, die Signale des Senders und des Empfängers voneinander zu trennen. Duplex-Filter können in einem Simplex-Kommunikation verwendenden Verbindungssystem durch Schalteinrichtungen ersetzt werden.
Beide Verbindungsendeinrichtungen umfassen ferner eine Steuer- und Messeinheit (15a und 15b) zum Steuern der Verbindungsendeinrichtungen und zum Durchführen der zu dem System gehörenden Messungen. Vom Gesichtspunkt der Erfindung aus ist ein wesentlicher Faktor beispielsweise, dass die Steuer- und Messeinrichtung den Sender für Messungen ausschalten kann.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass wenn angenommen werden kann, dass die an dem Empfänger ankommende Störung von ein im wesentlichen kontinuierliches Signal sendenden Quellen stammt, wie anderen äquivalenten Funkverbindungen (was die typische Situation insbesondere bei sehr hohe Frequenzen verwendenden Funkverbindungsnetzen ist), die Verschlechterung der Empfindlichkeit im Empfänger durch das Messen des durch den Empfänger wahrgenommenen und durch Rauschen und Störungen beeinflussten Signalpegels geschätzt werden kann, wenn die Eigenschaften des Demodulators bekannt sind. Auf der Grundlage der Verschlechterung der Empfindlichkeit wird die Schwundreserve bestimmt, wenn der Eingangspegel des empfangenen Signals in einer normalen Betriebssituation der Funkverbindung bekannt ist. Auf der Grundlage der Eigenschaften des Demodulators kann geschätzt werden, wie auf entsprechende Weise modulierte Störsignale den Empfang stören und daraus wird eine Schätzung für die Verschlechterung der Empfindlichkeit erhalten.
Eine Voraussetzung für diesen Vorgang ist, wie nachstehend beschrieben wird, dass der Empfänger einer Funkeinrichtung wie einer Verbindungsendeinrichtung Rauschen und störungsartige Signale nahe am Rauschpegel mit angemessener Genauigkeit messen kann.
Bei der erfindungsgemäßen Funkeinrichtung beruht die Messung des Signaleingangspegels – ähnlich wie bei Lösungen gemäß dem Stand der Technik im Allgemeinen – auf einem automatisch eingestellten, in dem Empfänger eingebauten Verstärker oder Dämpfungsglied, das den an dem Demodulator ankommenden Signalpegel auf der Grundlage der von dem Demodulator erhaltenen Steuerinformationen standardisiert. Der empfangene Signalpegel kann aus dem Steuersignal des Verstärkers (oder des Dämpfungsglieds) auf der Grundlage individueller Kalibrierungsdaten berechnet werden.
2 zeigt eine für die Erfindung wesentliche, in den Empfänger der Verbindungsendeinrichtung eingebaute Messeinrichtung. Das an der Antenne ANT empfangene Signal wird über eine Eingangsverstärkerstufe 21 einer Mischeinrichtung 22 zugeführt, in der das Signal auf eine bekannte Weise mittels des Signals eines lokalen Oszillators LO in eine niedrigere Frequenz umgesetzt wird. Nach einer Filterung in einer Filterstufe 23 wird das Signal dem vorstehenden automatisch eingestellten Verstärker 24 zugeführt, dessen Ausgang mit einem Demodulator 25 verbunden ist. Die Steuerspannung V_AGC des Steuerregelkreises CL stellt das Steuersignal dar, mit dem der Signalpegel am Ausgang des Verstärkers 24 im Wesentlichen konstant gehalten wird.
Das Ausgangssignal des Verstärkers wird dem Demodulator 25 zugeführt, von dem aus das demodulierte Signal S einer Integriereinrichtung 26 zugeführt wird. Die Referenzspannung der Integriereinrichtung ist mit dem Bezugszeichen REF bezeichnet. Die Ausgangsspannung der Integriereinrichtung wechselt in verschiedene Richtungen in Abhängigkeit davon, ob die an der Integriereinrichtung ankommende Spannung über oder unter der Referenzspannung liegt. Eine Steuerspannung V_AGC wird von der Integriereinrichtung erhalten. Diese Spannung wird über einen A/D-Wandler 27 einem Mikroprozessor 29 zugeführt, in dem ein Speicher 28 enthalten ist.
Bei Lösungen gemäß dem Stand der Technik ist die Empfängereingangssignalleistungsmessung lediglich in dem Bereich zwischen dem niedrigsten und dem höchsten sinnvollen Signalpegel betriebsbereit. In der erfindungsgemäßen Funkeinrichtung soll der Steuerbereich des Verstärkers (oder des Dämpfungsglieds) des Empfängers nichtsdestotrotz breiter als gewöhnlich sein, da eine individuelle Kalibrierung an dem Empfänger auch auf den Rauschpegel ausgeführt werden soll. Diese Änderungen können jedoch mit sehr geringen zusätzlichen Kosten ausgeführt werden. Außerdem ist es erforderlich, dass entweder die daran zu koppelnde Funkeinrichtung oder Zusatzeinrichtung die zum Ausführen der Messung erforderliche Steuerungs- und Berechnungslogik aufweist. Bei dem vorliegenden Beispiel wird diese Logik in dem Mikroprozessor bereitgestellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte. Nicht alle dargelegten Schritte sind unabdingbar, die optionalen Schritte sind nach der entsprechenden Nummer angezeigt.

1. Während der Entwicklungsphase einer Funkeinrichtung, beispielsweise eines Empfängers einer Verbindungsendeinrichtung, wird eine die Änderung der Schwellenleistung P_TH als Funktion der Rauschleistung und der Störleistung anzeigende Funktion oder Tabelle experimentell bestimmt. Im einfachsten Fall kann die Störung als rauschähnlich angenommen werden, woraufhin die Rausch- und Störleistung direkt zusammengerechnet werden können. Die Funktion hat daher die Form P_TH = P_N + P_I + X [dB], wobei P_N die Rauschleistung, P_I die Störleistung und X das Signal-Rausch-Verhältnis ist, das der Empfänger typischerweise zum Erreichen des Fehlerratenschwellenwerts benötigt.
2. Während der Herstellungsphase und/oder einer späteren Wartung des Empfängers der Funkeinrichtung werden die Eingangssignalleistungsmessungsschaltkreise des Empfängers individuell zum Beseitigen von Messfehlern kalibriert. Das wird durch Zuführen eines Eingangssignals mit einigen wenigen unterschiedlichen Leistungspegeln zu dem Empfänger (2) und durch das Messen des dem jeweiligen Zuführungspegel entsprechenden Ausgangssignalwertes der Integriereinrichtung ausgeführt. Wie vorstehend dargelegt, muss zumindest eine der zugeführten Leistungen sehr klein, relativ nahe an dem Rauschpegel sein.

3 zeigt die durch die Kalibrierung erhaltene Änderungskurve. Die horizontale Achse zeigt die dem Empfänger zugeführte Leistung und die vertikale Achse die Steuerspannung V_AGC des Verstärkers (24). Die Figur zeigt insgesamt fünf Kalibrierungspunkte und ein Referenzpunkt P_N bezeichnet die thermische Rauschleistung des Empfängers, die die Summe der Antennenrauschleistung und der internen thermischen Rauschleistung des Empfängers ist. Somit sind alle Leistungen als auf die Antennenkoppeleinrichtung wirkende Leistungen dargestellt, obwohl sie erst später in der Empfängerkette erzeugt werden.
Die Kalibrierung gemäß Schritt 2 wird auf eine bekannte Weise durchgeführt, mit der Ausnahme, dass sie über einen breiteren Leistungsbereich als gewöhnlich ausgeführt wird. Normalerweise wird lediglich der durch eine durchgehende Kurve (dicke Linie) in 3 bezeichnete Bereich gemessen, d.h. die Zuführleistungen über die Schwellenleistung P_TH + P_N hinaus, aber bei dem erfindungsgemäßen Kalibrierungsschritt wird auch zumindest ein Kalibrierungspunkt bei einem sehr niedrigen Leistungspegel des Eingangssignals gesucht. Das soll vorzugsweise durch ein völliges Unterbrechen des Signals ausgeführt werden, eine Situation, bei der der Empfänger lediglich seinen eigenen Rauschpegel misst, der mit guter Genauigkeit vorher bekannt ist, beispielsweise auf der Grundlage der in der Herstellungsphase des Empfängers gemessenen Rauschzahl. (Die Rauschzahl zeigt die Größe des Rauschens pro Bandbreiteneinheit an und somit gibt die Bandbreite des Empfängers den Rauschpegel.)
Daher wird die Übereinstimmung zwischen der Steuerspannung V_AGC und dem tatsächlichen Empfängereingangspegel in Schritt 2 durch eine stückweise lineare Approximation ermittelt. Diese Kalibrierungskurve wird durch das Bezugszeichen AL bezeichnet und ist breiter als zuvor, sich in die Nähe der Rauschleistung ausbreitend, wie schon vorstehend dargelegt.
Der Mikroprozessor 29 speichert die Kalibrierungswerte in dem Speicher (28) und kann daher von da an den Eingangssignalleistungspegel auf der Grundlage der Steuerspannung V_AGC bestimmen. In anderen Worten, von da an wird der gemessene Eingangspegel (der mit der Genauigkeit der verwendeten Approximation dem tatsächlichen Eingangspegel entspricht) von dem Mikroprozessor erhalten.

3. Während der Herstellungsphase und/oder einer späteren Wartung der Funkeinrichtung wird das Messergebnis für ihren Eingangspegel entsprechend dem Fehlerratenschwellenwert ihres Empfängers (d.h. die Schwellenwertleistung) in dem in der Funkeinrichtung enthaltenen elektronischen Speicher (Speicher 28) gespeichert. Diese Schwellenleistung ist daher der Eingangssignalleistungspegel, mit dem die höchste akzeptable Fehlerrate erhalten wird, bevor die Verbindung als unterbrochen angesehen wird. 4 stellt eine derartige Messung dar. Eine eine Pseudo-Zufallsbitfolge erzeugende Erzeugungseinrichtung 40 versorgt einen Sender 41, dessen Ausgangssignal über ein einstellbares Dämpfungsglied 42 mit einem Empfänger 43 verbunden ist.

Eine mit dem Empfänger gekoppelte Fehlerratenzähleinrichtung 44 zählt die Bitfehlerrate, deren Wert sie einem Mikroprozessor 45 zuführt. Darauf begründet, stellt der Mikroprozessor die Dämpfung des Dämpfungsglieds 42 ein.
Durch das Einstellen des Dämpfungsglieds 42 kann ein dem Fehlerratenschwellenwert genau entsprechender Leistungswert gefunden werden oder alternativ können der Dämpfung einige wenige Werte gegeben werden, die nahe an dem gewünschten Fehlerratenschwellenwert sind, und der dem Fehlerratenschwellenwert entsprechende Leistungspegel kann rechnerisch auf der Grundlage dieser Werte bestimmt werden. Das erste Verfahren ist genauer, jedoch langsamer durchzuführen.
Einer der in dem Kalibrierungsschritt (Schritt 2) zugeführten Leistungspegel ist vorzugsweise eine dem Fehlerratenschwellenwert des Empfängers (P_TH + P_N) so gut wie möglich entsprechende Leistung, da sie auch in Schritt 3 verwendet wird, und daher ist der Interpolationsfehler an diesem Punkt der Kalibrierungskurve minimal.
Vor der Inbetriebnahme des Funksystems (beispielsweise einer Funkverbindung) enthält der Speicher (28) der Funkeinrichtung typischerweise Kalibrierungsdaten und ein Messergebnis für den dem (durch das Bezugszeichen P_TH in 2 bezeichneten) Fehlerratenschwellenwert entsprechenden Eingangspegel. Die Kalibrierungsdaten enthalten ein dem thermischen Rauschpegel entsprechendes Eingangspegelmessergebnis.

4. Wenn das Funksystem installiert und in Betrieb ist, wird die tatsächliche Schwundreservemessung durch eine geeignete Steuerung gestartet. Der die Messung auslösende Befehl wird typischerweise von einem externen System wie einem Netzverwaltungssystem gesendet.
5. Anschließend trennt die Steuer- und Messeinrichtung die Sendeleistung an beiden Enden der Funkverbindung für eine gegebene Zeit. Die Messung soll vorzugsweise an beiden Enden der Funkverbindung ausgeführt werden, da die Auswirkungen einer Störung unterschiedlich sind, wenn auch nur deshalb, weil sich die Empfängerantennen physikalisch an verschiedenen Orten befinden. Da von einem Senderahmen auf einer Funkverbindung normalerweise Bits beispielsweise zum Errichten eines Steuerkanals zwischen Verbindungsendeinrichtungen reserviert sind, kann der Befehl zu einer Verbindungsendeinrichtung gesendet werden, die ihn über den Verbindungssteuerungskanal zu der anderen Verbindungsendeinrichtung an dem entgegengesetzten Ende des Funkfeldes überträgt.
6. Wenn die Messung an beiden Enden ausgeführt wird, misst der Empfänger an jedem Ende die Leistung seines aus thermischem Rauschen und einer möglichen Störung (da die Sendeleistung unterbrochen wurde) bestehenden Eingangssignals.
7. Aus der Differenz des Eingangssignalmessergebnisses und des in Schritt 2 erhaltenen kalibrierten Rauschleistungswertes wird abgeleitet, um wie viel sich der Fehlerratenschwellenwert verschlechtert hat. Das wird mittels der in Schritt 1 eingeführten Entsprechung erreicht. Wenn die Änderung in dem Fehlerratenschwellenwert bekannt ist, ist bekannt, dass der Fehlerratenschwellenwert in der Betriebssituation den in Schritt 3 erhaltenen Fehlerratenschwellenwert P_TH1 um die Größe der Änderung überschreitet. Die neue der Betriebssituation entsprechende, mit einem Bezugszeichen PTHNDAT bezeichnete Schwellenleistung ist daher in dieser Phase bekannt.
8. (Optionaler Schritt) Schritt 6 kann auf den sich auf beiden Seiten des verwendeten Empfangskanals befindenden Kanälen wiederholt werden, um herauszufinden, ob eine Gefahr eines Nebensprechens von den benachbarten Kanälen auf den Kanal besteht, auf dem die Messung ausgeführt wird. Auf diese Weise kann der Benutzer erfahren, ob die Störung aus dem tatsächlich gemessenen Kanal oder aus benachbarten Kanälen stammt. Die Auswirkungen der benachbarten Kanäle auf den Fehlerratenschwellenwert können berechnet werden, wenn angenommen werden kann, dass es auf den benachbarten Kanälen eine ähnliche Übertragung wie auf dem Kanal gibt, auf dem die Messung ausgeführt wird. In diesem Fall ist auf der Grundlage der Spezifikationen des Empfängers bekannt, um wie viel weniger die Störung auf dem benachbarten Kanal den gewünschten Kanal beeinflusst, als es die Störung auf dem gewünschten Kanal tut. Es sei angemerkt, das dieser Schritt dem Benutzer lediglich zusätzliche Informationen neben der tatsächlichen Schwundreservemessung bietet.
9. Anschließend werden die Sendeleistungen wieder eingeschaltet. Wenn die Sendeleistungen wieder eingeschaltet werden, wird der Eingangspegel des gewünschten Signals gemessen (wenn diese Messung nicht bereits vor der Unterbrechung der Leistung durchgeführt wurde). Der Wert des in Schritt 7 geschätzten Fehlerratenschwellenwerts (P_THNDAT) wird von dem gemessenen Pegel abgezogen, was als Ergebnis die Schwundreserve gibt.

Da die zu dem Nutzlastsignal summierten Rausch- und Störleistungen in Bezug auf die tatsächliche Nutzlastsignalleistung vernachlässigbar sind, ist es nicht erforderlich, die Rausch- und Störleistungen – die auf der Grundlage der vorhergehenden Messungen bekannt sind – von der gemessenen Leistung des gewünschten Signals abzuziehen. Obwohl die Rausch- und Störleistungen nicht abgezogen werden, ist die Messung unter allen Umständen genau genug.
Der Empfänger kann zusätzlich zu dem Demodulator eine Vergleichseinrichtung für den tatsächlichen Eingangspegel enthalten, die die Amplitude des an diesem Punkt bereits gemittelten und standardisierten Signals mit einem Grenzwert vergleicht, der sehr selten (oder nie) überschritten wird, wenn lediglich Rauschen und kontinuierliche Störungen empfangen werden, Wenn diese Vergleichseinrichtung wiederholte Amplitudenüberschwingungen erfasst, kann der Benutzer vor impulsförmigen Störungen gewarnt werden. In dieser Situation ist bekannt, dass die Schwundreservemessung unzuverlässige Ergebnisse liefert. Dieses bevorzugte Ausführungsbeispiel wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 5...7 beschrieben.
5 zeigt eine Einrichtung gemäß 2, zu der die vorstehend genannte Vergleichseinrichtung (COMP) durch ein Verbinden des Ausgangssignals S des Demodulators mit dem ersten Eingang der Vergleichseinrichtung hinzugefügt ist. Eine durch das Bezugszeichen REF2 bezeichnete Referenzspannung ist mit dem zweiten Eingang der Vergleichseinrichtung verbunden. Diese Referenzspannung stellt den vorstehenden Grenzwert dar. Die Ausgabe der Vergleichseinrichtung ist mit einer die Überschwingungen des Referenzwertes zählenden Zähleinrichtung CNT verbunden. Der Mikroprozessor 29 liest das Zählergebnis in gegebenen Intervallen von der Zähleinrichtung.
Die 6 und 7 zeigen die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion p(u) der Amplitude u des an der Integriereinrichtung 26 ankommenden Signals S (das von dem Demodulator erhalten wird). Die horizontale Achse zeigt die Signalamplitude zum Abtastzeitpunkt an.
6 zeigt eine Situation, in der lediglich Rauschen empfangen wird. In dem Fall bildet die Amplitudenverteilung eine Gaußverteilung.
7 zeigt eine Situation, in der auch eine impulsförmige Störung in das Rauschen summiert ist. Aus Gründen der Klarheit wurde angenommen, dass die Störung eine ziemlich hohe Amplitude aufweist, damit der durch die mit I bezeichnete Störung verursachte Anteil in der Figur erkennbar ist.
Die Referenzspannung REF der Integriereinrichtung 26 ist derart eingestellt, dass die Wahrscheinlichkeit P{u ≤ REF} = P{u > REF} = 1/2 gilt. Wie der 6 entnommen werden kann, ist die Wahrscheinlichkeit P{u > REF2} (schraffierter Bereich) sehr klein, wenn es keine impulsförmige Störung gibt. Andererseits ist die entsprechende Wahrscheinlichkeit viel höher, wenn eine impulsförmige Störung vorhanden ist, wie 7 entnommen werden kann. Wie bereits vorstehend dargelegt, kann der Mikroprozessor 29 überwachen, wie oft der Referenzpegel überschritten wird, und einen Alarm geben, wenn Überschwingungen zu oft auftreten.
Der Wert des Referenzpegels (REF2) kann durch Software beispielsweise mit dem Mikroprozessor 29 geändert werden und daher kann mittels Messungen eine Kurve gemäß 7 errichtet werden. Mit jedem Referenzspannungswert wird das Auftreten von Überschwingungen gemessen. Anders gesagt, es wird aus der Messung bestimmt, wie viel Zeit sich das Signal auf der richtigen Seite der jeweiligen Referenzspannung befindet. Der durch die Vergleichseinrichtung COMP ausgeführte Amplitudenvergleich kann auch bei mehreren Referenzpegeln implementiert sein und dadurch kann die Amplitudenverteilung und somit die Art und Stärke der Störung auf der Grundlange der Anzahl der den Referenzpegel überschreitenden Abtastwerte näher bestimmt werden. Eine derartige Messung kann beispielsweise lediglich bei einer schweren Störung oder einer Fehlersituation ausgeführt werden und die Messung kann entweder dann wenn das Nutzlastsignal eingeschaltet ist, oder wenn das Nutzlastsignal unterbrochen ist, durchgeführt werden.
Die vorstehend beschriebenen Arbeitsschritte können vollautomatisch durchgeführt werden, so dass der Computer nach dem Messungsauslösungsbefehl (Schritt 4) ein Messprotokoll ausdruckt, das die Größe der Schwundreserve anzeigt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist effektiv, wenn angenommen werden kann, dass eine ausreichend kontinuierliche und nicht durch eine beispielsweise sehr niedrige Impulsrate (beispielsweise pulsmoduliertes Radar) zerhackte Störung vorhanden ist. Das ist die tatsächliche Situation, insbesondere wenn mit sehr hohen Frequenzen gearbeitet wird, da es bei derartigen Frequenzen praktisch kein (altmodisches) pulsmoduliertes Radar gibt, das Störungen verursachen könnte. Bei dem vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das eine Impulsstörungen erfassende Vergleichseinrichtung (5) enthält, können die Auswirkungen von Impulsen einigermaßen behoben werden oder der Benutzer zumindest gewarnt werden, dass eine impulsförmige Störung die Messung stört.
Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren keine so gute Messgenauigkeit wie eine Messung mit einem genauen externen Dämpfungsglied hervorbringt, ist die erhaltene Genauigkeit in der Praxis voll ausreichend.
Wenn das verwendete Antennensystem derart ist, dass es eine Störung des Nutzlastsignals verursacht, ändert es die Schwellenwerte und verursacht einen Messfehler. Bei einfachen Modulationsverfahren sind die Auswirkungen jedoch vernachlässigbar.
Obwohl die Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf Beispiele gemäß der beiliegenden Zeichnung beschrieben wurde, ist klar, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern innerhalb des Schutzbereichs der beiliegenden Patentansprüche modifiziert werden kann. Das System muss nicht unbedingt eine herkömmliche bidirektionale Punkt-zu-Punkt-Verbindung sein, sondern dasselbe Prinzip kann beispielsweise auch auf eindirektionale Funkverbindungen und/oder Mehrpunktverbindungen angewendet werden. Das System umfasst daher zumindest einen Sender und einen Empfänger (Simplex-Punkt-zu-Punkt-Verbindung). Außerdem kann die die Messungen betreffende Berechnung und Steuerung außer in einem in der Funkeinrichtung enthaltenen Mikroprozessor auch in einem mit der Funkeinrichtung verbundenen Computer oder einem Computer eines Netzverwaltungssystems durchgeführt werden. Die Berechnung und Steuerung können auch derart gehandhabt sein, dass sie zwischen Einrichtungen verteilt sind, die in der Funkeinrichtung und einem externen System wie einem Netzverwaltungssystem enthalten oder mit diesen verbunden sind. Auch die Implementation der Eingangspegelmessung und der Kalibrierung kann auf viele Arten variieren. Auch die verwendeten Berechnungsformeln können gemäß dem variieren, wie genau die Eigenschaften des Systems berücksichtigt werden sollen. Die Messung des Empfängereingangspegels kann auf der Mittelung der Amplitude oder Leistung oder auf einer Spitzenwertmessung beruhen. Die vorstehend dargestellte Nummerierung der Schritte entspricht auch nicht unbedingt der Abfolge der Schritte, sondern die relative Reihenfolge der Schritte kann von der vorstehend dargestellten abgeändert werden.

Claims

Verfahren zum Messen der Schwundreserve in einem Funksystem mit zumindest einem Sender (11a; 11b) und zumindest einem Empfänger (12a; 12b), wobei ein Sender und ein Empfänger in einer Betriebssituation verbunden sind, wobei das Verfahren den Schritt umfasst: Kalibrieren des Empfängers vor der Inbetriebnahme des Funksystems durch Zuführen eines Eingabesignals mit mehreren unterschiedlichen Leistungspegeln zu dem Empfänger und Bestimmen des Verhältnisses zwischen dem zugeführten Signalpegel und einer durch den Empfänger erfassten Größe, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner die Schritte umfasst: a) Ausführen der Kalibrierung derart, dass zumindest ein zugeführter Energiepegel nahe an einem Rauschpegel des Empfängers liegt, b) Bestimmen eines ersten Schwellenwertes (P_TH1) für den Empfänger für den empfangenen Signalpegel vor der Inbetriebnahme des Funksystems durch Koppeln eines Senders (41) mit dem Empfänger(43) über ein einstellbares Dämpfungsglied (42), wobei der erste Schwellenwert einem vorbestimmten Bitfehlerverhältnis für ein Rauschen und eine Nutzlast umfassendes Signal entspricht, c) Messen eines an dem Empfänger während einer gegebenen Zeit ankommenden Signalpegels in einer Betriebssituation des Funksystems, wenn der Sender (11a; 11b) ausgeschaltet ist, d) Bestimmen eines zweiten Schwellenwertes für den empfangenen Signalpegel auf der Grundlage von Kalibrierungsdaten und des in Schritt c) bestimmten Signalpegels, wobei der zweite Schwellenwert dem vorbestimmten Bitfehlerverhältnis in der Betriebssituation des Funksystems entspricht, und e) Bestimmen der Schwundreserve auf der Grundlage des zweiten Schwellenwertes und eines in der Betriebssituation des Funksystems gemessenen Signalpegels, wenn der Sender (11a; 11b) wieder eingeschaltet wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei der empfangene Signalpegel fortwährend mit einem vorbestimmten Referenzwert (REF2) verglichen wird, auf der Grundlage des Vergleichs bestimmt wird, wie häufig der Signalpegel den Referenzwert überschreitet, und falls Überschreitungen öfter als ein vorbestimmter Wert auftreten, ein Alarm eines impulsförmigen Störsignals gegeben wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei in einem Funksystem, bei dem beide Enden der Funkverbindung Empfänger aufweisen, der Empfänger kalibriert wird und die Schritte a) bis e) an dem Empfänger des jeweiligen Endes der Funkverbindung durchgeführt werden.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei Schritt c) zusätzlich zu dem tatsächlichen Messkanal auch auf zumindest einem benachbarten Kanal durchgeführt wird.
Funksystem mit zumindest zwei Stück Funkeinrichtungen (A, B), die zusammen zumindest einen Sender (11a, 11b) und zumindest einen Empfänger (12a, 12b) umfassen, wobei ein Sender und ein Empfänger in einer Betriebssituation verbunden sind, und einer Messeinrichtung (24–29) zum Messen eines Signalpegels eines empfangenen an dem Empfänger ankommenden Signals, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung zum Messen von Signalpegeln nahe einem Rauschpegel des Empfängers eingerichtet ist, und das System ferner umfasst: einen Speicher (28) mit Informationen über einen ersten Schwellenwert (P_TH1) für den empfangenen Signalpegel, wobei der erste Schwellenwert einem vorbestimmten Bitfehlerverhältnis für ein Rauschen und eine Nutzlast umfassendes Signal entspricht, eine Schalteinrichtung (15a, 15b) zum Ausschalten des Senders eingerichtet ist, und eine Bestimmeinrichtung (29) zum Bestimmen a) eines zweiten Schwellenwertes für den empfangenen Signalpegel auf der Grundlage des ersten Schwellenwertes und mit der Messeinrichtung ausgeführter Messungen während einer gegebenen Zeit, wenn der Sender (11a, 11b) ausgeschaltet ist, wobei der zweite Schwellenwert dem vorbestimmten Bitfehlerverhältnis in der Betriebssituation des Funksystems entspricht, und b) einer Schwundreserve des Funksystems auf der Grundlage des zweiten Schwellenwertes und eines in der Betriebssituation des Funksystems gemessenen Signalpegels, wenn der Sender (11a, 11b) wieder eingeschaltet wird, eingerichtet ist.
Funksystem nach Patentanspruch 5, wobei die Bestimmeinrichtung (29) in der Funkeinrichtung (A, B) enthalten ist.
Funksystem nach Patentanspruch 5, ferner mit: einer Vergleichseinrichtung (COMP) zum Vergleichen des empfangenen Signalpegels mit einem vorbestimmten Referenzwert (REF2), und einer auf die Vergleichseinrichtung ansprechenden Alarmeinrichtung (29) zum Geben eines Alarms, wenn der empfangene Signalpegel den Referenzpegel häufiger als einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Netzeinheit für ein Funksystem, mit einer Messeinrichtung (24–29) zum Messen eines Signalpegels eines empfangenen, an einem Empfänger (12a, 12b) ankommenden, in einer Betriebssituation von einem Sender (11a, 11b) übertragenen Signals, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (24–29) zum Messen von Signalpegeln nahe an einem Rauschpegel des Empfängers eingerichtet ist und die Netzeinheit ferner umfasst: einen Speicher (28) mit Informationen über einen ersten Schwellenwert (P_TH1) für den empfangenen Signalpegel, wobei der erste Schwellenwert einem vorbestimmten Bitfehlerverhältnis für ein Rauschen und eine Nutzlast umfassendes Signal entspricht, eine Schalteinrichtung (15a, 15b) zum Ausschalten des Senders eingerichtet ist, und eine Bestimmeinrichtung (29) zum Bestimmen a) eines zweiten Schwellenwertes für den empfangenen Signalpegel auf der Grundlage des ersten Schwellenwertes und mit der Messeinrichtung ausgeführter Messungen während einer gegebenen Zeit, wenn der Sender (11a; 11b) ausgeschaltet ist, wobei der zweite Schwellenwert einem vorbestimmten Bitfehlerverhältnis in der Betriebssituation des Funksystems entspricht, und b) einer Schwundreserve des Funksystems auf der Grundlage des zweiten Schwellenwertes und eines in der Betriebssituation des Funksystems gemessenen Signalpegels, wenn der Sender (11a, 11b) wieder eingeschaltet wird, eingerichtet ist.