EP0941583A2 - Verfahren zur störungsfreien übertragung von daten mittels chirpmodulierten signalen sowie sende- und empfangsstation - Google Patents

Verfahren zur störungsfreien übertragung von daten mittels chirpmodulierten signalen sowie sende- und empfangsstation

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Publication number
EP0941583A2
EP0941583A2 EP98944945A EP98944945A EP0941583A2 EP 0941583 A2 EP0941583 A2 EP 0941583A2 EP 98944945 A EP98944945 A EP 98944945A EP 98944945 A EP98944945 A EP 98944945A EP 0941583 A2 EP0941583 A2 EP 0941583A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
signals
transmission
expanded
station
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP98944945A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Bächtiger
Max Loder
Alfred Pohl
Leonhard Reindl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Schweiz AG
Original Assignee
Siemens Schweiz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Schweiz AG filed Critical Siemens Schweiz AG
Publication of EP0941583A2 publication Critical patent/EP0941583A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/69—Spread spectrum techniques
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/10—Frequency-modulated carrier systems, i.e. using frequency-shift keying
    • H04L27/103—Chirp modulation

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device according to the preamble of patent claim 1 and a transmitting and receiving station according to claims 8 and 9, respectively.
  • Data transmission methods with chirp modulation are known from [1].
  • pulses are expanded on the transmitter side and compressed on the receiver side.
  • the direction of expansion of a broadband signal (down-chirp, up-chirp) is e.g. selected according to the data to be transferred.
  • individual areas of an expanded pulse can be marked for data transmission depending on the data to be transmitted.
  • the basics of chirp modulation technology and its advantages are e.g. described in [2] and [4].
  • a dispersive delay line is preferably used, through which signal components of an applied signal are delayed more or less depending on the frequency position (see [3], Chapter 45.9, page 1073).
  • the transmitted pulse is preferably fed to a further dispersive delay line, which has a reverse dispersive behavior compared to the first delay line and thus serves as a matched filter or signal compressor.
  • the expanded signal is therefore converted into a very short pulse, which has a high amplitude.
  • the compression gain resulting from this process leads to an improvement in the ratio of the useful signal to the interference signal, which corresponds approximately to the ratio of the lengths of the expanded and compressed signals.
  • SAW filters Surface wave filters
  • Digital circuits in particular signal processors
  • SAW filters are suitable for expanding and compressing signals (see chapters 1.1.2 and 1.1.3 of [2]).
  • Methods for digital signal compression are described in detail in [2].
  • Surface acoustic wave filters which are described in Chapter 45 of [3], consist of a ceramic, piezoelectric substrate on which an input, an output transducer and possibly several reflectors are provided, each consisting of two combs, the interdigitated fingers (mostly Thousands of metal strips).
  • the input (interdigital) converter converts a supplied electrical signal into a surface wave (also Rayleigh wave) consisting of several components (compressional wave, shear wave, electrostatic wave), which passes over the surface of the filter to the reflectors and further reaches the output converter, from which an electrical signal is again emitted.
  • Chapter 3.1 of [4] describes a simply constructed dispersive SAW filter (see Chapter 45.9 of [3]), which has an input consisting of a few 10 3 finger pairs and a broadband output converter consisting of a few finger pairs.
  • the wavelength and thus the "impressed" synchronous frequency in the Input converter varies such that, for example, the high synchronous frequencies have a long transit time and the low synchronous frequencies have a short transit time to the output converter.
  • Narrow-band interference signals which are superimposed on an expanded pulse during the transmission, pass through the adapted filter provided in the receiving unit like a bandpass filter in its pass band, regardless of the compression gain and thus without increasing the amplitude. Strong narrow-band interference signals can therefore lead to disruptive interference despite the compression gain effective for the useful signals. Undisturbed transmission is unlikely, especially in frequency bands in which industrial and medical devices are operated, so that communication between two or more parties based on the principle of chirp modulation technology (also pulse compression technology) may be severely impaired.
  • radio channels see FIG. 4, channel Kx
  • channel Kx which are used by third-party transmission systems
  • the present invention is therefore based on the object of improving transmission methods and devices based on the principle of chirp modulation technology in such a way that the influence of interference on the transmission quality and / or transmission capacity is reduced or that the disturbing influence of the transmitted signals on radio channels reduces the reserved for third-party transmission systems is avoided.
  • Suitable transmitting and receiving stations must also be specified for carrying out the method.
  • an expanded signal can be superimposed by an interference signal from a signal source that is not part of the system. It is also possible that two signals of system-identical or system-related signal sources occur in the same frequency range, so that the data transmission from a first transmission station is disturbed by transmission signals from a second station
  • the transmitted signals can also occur at the receiving end with a high signal intensity and at a large distance with a small signal intensity, which can also result in interference during data transmission.There may be no interference, but only an inadequate use of the capacity of the available frequency band
  • the various disturbances or states are recorded by dividing the transmission channel into individual frequency ranges, which are monitored at the receiving end by evaluating the signals occurring in the individual ranges and, if necessary, by comparing them with provided fixed, variable and or a corresponding code selected threshold values or signal patterns can be decided whether the data transmission is disturbed or if there is another condition that can be countered with appropriate measures
  • the channel or bandwidth allocation can be changed, and interference or third-party signals can also be suppressed, depending on the states determined (interference from signals that are foreign to or related to the system, strong or weak signal intensity)
  • the choice of signal intensity in the individual frequency ranges can prevent foreign or related systems from being adversely affected.
  • the detected third-party occupancy or interference in certain frequency ranges is preferably reported back to the transmitting station.Frequency ranges, e.g. those reserved by authorities, can also be blocked Transmitting station can also be entered directly
  • the signals of a first transmission station can also be distinguished from signals from other transmission stations.
  • the code of a transmission signal can also correspond to a specific operating state, i.e. the coding of the signals of a transmission station during data transmission differs from the coding of the signals during registration
  • Data is preferably transmitted using a method in which the temporal position of the transmission signals or the direction of expansion of the transmission signals is changed as a function of the data to be transmitted.
  • the coding of the transmission signals allows the sender or the operating state (registration / data transmission) to be identified without prior evaluation the transmitted data Only slight temporal shifts between the useful signal and an external signal are sufficient thereby the correct differentiation of the senders, which enables a simultaneous reception of several transmission signals at a sufficiently high processing speed.
  • a further improvement is achieved by an additional synchronization, which forces a minimum distance between the transmission signals
  • expanded signals usually overlap during transmission, there is no disruptive impairment of the useful signal when the method according to the invention is carried out, since good compression of the signal is produced by the compression of expanded signals at the receiving end.
  • the method according to the invention allows optimal use of a frequency range available Interferences are suppressed. Furthermore, the maximum possible number of transmission channels can always be made available.
  • the inventive method allows the method according to the invention to be carried out with minimal effort.
  • the method is also used in particular in heavily used frequency ranges (for example in the industrial , scientific or medical applications provided ISM band) in which various interference or external signals can occur
  • FIG. 1 shows a first surface wave filter SAW1 with a substrate on which a dispersive input and an output converter EW1 and AW1 are arranged
  • FIG. 2 shows a second surface acoustic wave filter SAW2, which is provided for compressing the signals expanded on the first surface acoustic wave filter SAW1,
  • FIG 3 shows a first receiving station provided for the suppression of interference with a third surface acoustic wave filter SAW3, which is connected to an addition stage SUM via threshold value circuits TC1,, TC8,
  • FIG. 5 shows a second receiving station with a fourth surface wave filter SAW4, which has an output transducer AW4 provided with a plurality of combs K, KA1,, KA-n,
  • FIG. 6 shows a transmitting station with a fifth surface wave filter SAW5, which has an input transducer EW5 provided with a plurality of combs K, KE1,, KE-n,
  • FIG. 7 shows a third receiving station which is suitable for suppressing interference signals, for identifying the senders of transmission signals, for detecting signal strengths which are too high or too low and / or for detecting transmission errors,
  • FIG. 8 shows a frequency spectrum in the range from 300 to 400 MHz with an interference signal at approximately 320 MHz
  • FIG. 9 shows the frequency spectrum according to FIG. 8 after the interference signal has been suppressed by the receiving station RX1, RX2 and RX3,
  • FIGS. 1-3, 6 and 7 also show the profiles of the signals p, pe and pk which are supplied to and taken from the surface wave filters SAW1, SAW2, SAW3, SAW5
  • FIG. 1 shows a first surface acoustic wave filter SAW1 with a substrate on which a dispersive input and an output transducer EW1 and AW1 are arranged.
  • the input transducer EW1 has a plurality of finger pairs or electrodes, the mutual distance of which increases towards the output transducer AW1
  • Surface waves imprinted on the substrate by the input transducer EW1 therefore change along the ridges of the input transducer EW1.
  • the surface waves with higher frequencies must cover a greater distance to the output transducer AW1 than the surface waves with the low frequencies.
  • the output transducer AW1 therefore emits a time-expanded signal pe whose frequency changes from the beginning of the signal to the end of the signal between two values
  • FIG. 2 shows a second surface acoustic wave filter SAW2 with a substrate on which a dispersive input and an output transducer EW2 or AW2 are also arranged.
  • the input transducer EW2 has a plurality of pairs of fingers or electrodes, the mutual distance of which decreases in the direction of the output transducer AW2.
  • the input transducers EW1, EW2 of the two surface acoustic wave filters SAW1 and SAW2 are identical, however, with respect to the running direction of the surface waves, arranged in the opposite direction. As a result, a signal pe expanded in the first surface acoustic wave filter SAW1 is reset or compressed in the second surface acoustic wave filter SAW2 (see signal pk)
  • FIG. 3 shows a first receiving station RX1 with a third surface wave filter SAW3, on the substrate of which a dispersive output converter AW3 and an input converter EW3 are arranged (Adjacent) electrodes have the same mutual distance.
  • the electrodes of the dispersive output converter AW3 are laterally reversed at the same distance as the electrodes of the dispersive input converter EW1 intended for signal expansion (see FIG. 1).
  • the output converter AW3 does not have the output converters mentioned above AW1, AW2 two intermeshing combs, but only one comb K, between whose fingers KF individual electrodes E are arranged, which are not combined by means of a comb prong.
  • the partial signals s1,, s8 occurring on the electrodes E are output via output lines a1,, a8 and threshold value circuits TC1,, TC8 are led to an addition stage SUM, from which a compressed signal pk is emitted.
  • partial signals s1,, s8 therefore appear at the electrodes E of the output converter AW3, to which the expanded signal is supplied different frequencies on that in the addition s SUM level are added, so that at this point in time a short or compressed sum signal pk arises, which has a broad frequency spectrum fs (see FIG. 4)
  • the amplitude of the partial signal s5 output by an electrode E which lies in the frequency range of the interference signal
  • threshold value circuits TC1,, TC8 are therefore provided, by means of which it is determined whether one of the partial signals s1,, s ⁇ lies outside an expected range.
  • FIG. 3 shows that the partial signal s5 exceeds a predetermined threshold value and Therefore, the component signal s5 cannot be processed further without prior correction.For example, the component signal s5 can be suppressed.
  • the component signal s5 can also be attenuated until the threshold value or a value that occurred earlier that was below the threshold no longer
  • the correction of a component signal s5 is exceeded is performed for example by a controllable resistance is reduced by the signal s5 to the intended value
  • FIG. 10 shows the transmitted signal, on which the interference signal is superimposed according to FIG. 8
  • FIG. 11 shows the transmitted signal according to FIG. 10 after the interference signal has been suppressed by the receiving station RX1, RX2 and RX3.
  • the threshold value circuits TC1,, TC8 transmit the supplied partial signals s1,, s8 unchanged to the addition stage SUM and report this by means of output signals x1,, xn at the same time the possible exceeding of a threshold value ts1,, ts n , after which the corresponding correction takes place in the addition stage SUM.
  • the signals x1,, x can also directly the intensity of the associated signal, without comparison with a threshold value ts1,, ts n Addition level SUM is supplied. A comparison of the signal profile or the reported intensities with at least one threshold value is carried out in the addition level SUM
  • the amplitude of the partial signals s1,, s8 changes not only when interference signals occur, but also when the transmission path changes.
  • the threshold value is therefore preferably set as a function of the size of the sum signal determined.
  • the sum signal is measured in the addition stage SUM, after which the threshold values Accordingly, in the threshold circuits TC1,, TC-n by emitting signals ts1,, ts-n, a mean value is formed for the last determined sum signals, for example, whereby the last determined corrected sum signals are preferably weighted more strongly
  • the processing of the partial signals s1,, s ⁇ emitted by the electrodes E can also be carried out by means of a signal processor. It is essential that signals which contain parts of the fault are identified and corrected before the sum is formed known time division multiplexing
  • FIG. 6 shows a transmission stage with a fifth surface wave filter SAW5, which has an input converter EW5 provided with a plurality of combs K, KE1,, KE-n.
  • the signal p to be expanded is divided into sub-signals ⁇ 1, ⁇ 2,, in a separation stage DIV, which via switches S1, S2,, Sn- Talking combs KE1, KE2,, KEn of the input converter EW5 are supplied, which have a distance between the electrodes corresponding to a frequency range. If all switches S1, S2,, Sn are activated by control signals d, c2,, cn, as shown in Fig. 1 , an expanded signal pe is emitted, the frequency of which constantly changes.
  • the switch S5 remains open, so that Partial signal ⁇ 5 is cut out of the expanded signal pe (FIG. 4 with representation in the frequency domain, FIG. 6 with representation in the time domain) and is therefore not transmitted.
  • a profile according to FIG. 12 is to be impressed on the expanded signal, the partial signals ⁇ 1, ⁇ 2,, in weighted accordingly by the switches S1, S2,, Sn, the partial signals ⁇ 1,, in, for example, an attenuator, for example a resistor, for With appropriate programming of the switches S1, S2,, Sn, any pass curve can therefore be achieved
  • the entire frequency range can also be divided into n channels, which are assigned to the individual transmitter stations TX.
  • a transmitter station TX can be assigned one or more adjacent or separate channels.
  • the allocation of individual frequency ranges to several transmitter stations TX allows parallel data transmission in frequency division multiplex operation
  • Addition level SUM is only to add the partial signals of those channels to which the corresponding transmission stage TX are assigned.
  • the partial signals ⁇ 1, ⁇ 2,, in are therefore switched through in accordance with the intended channel allocation
  • the areas of the input converter EW5 associated with the combs KE1, KE2,, KEn act as filters, which filter out signal components of a corresponding frequency from the broadband pulse p and block further signal components.
  • the partial signals ⁇ 1, ⁇ 2,, in are therefore only in one in the isolating stage DIV preferred configuration filtered or allocated to individual frequency ranges.
  • the channel allocation can therefore be changed as desired from signal period to signal period
  • the intensity of the partial signals s1,, s n is overall below or above an intended threshold value which corresponds to a minimum or maximum permitted signal value If the intensity of a transmission signal exceeds a maximum permitted signal value, the bandwidth can be reduced.For example, a channel is withdrawn from the relevant transmission station TX which becomes free for a further transmission station. If the intensity of the transmission signal is extended, for example, by an extension of the transmission path below the minimum permitted If the signal value drops, the transmitter station is preferably assigned an additional channel.
  • the channel assignment is therefore preferably dynamic, so that the frequency band is used optimally, the use of disturbed channels being avoided
  • An individual code can also be stamped on the expanded transmission signal, which allows the sender of the signal to be identified on the receiving side.
  • the signal amplitudes within the defined frequency ranges are selected in accordance with the code.
  • the code can also be defined in accordance with the present operating state already transferring data preferably have a different code than signals from transmitter stations that register with a receiver.
  • the selected code preferably has an address and a status field for this purpose
  • FIG. 7 shows a third receiving station RX3, which, depending on the standard, is suitable for suppressing interference signals, for identifying the senders of transmission signals, for detecting signal strengths that are too high or too low, and / or for detecting transmission errors
  • the receiving station RX3 like the circuit arrangement according to FIG. 3, contains a surface wave filter SAW3 with a dispersive delay line AW3, which has n connections, which are connected or can be connected to an addition stage SUM via an adaptive switching unit FASC (fast adaptive switching circuit)
  • the addition stage SUM outputs compressed signals pk to a clock regenerator CRG and a demodulation stage PPD, by means of which the signals supplied and a regenerated clock signal dock supplied by the clock regenerator CRG determine at which point a compressed signal occurs within a period of the clock signal dock Da the signals are shifted in time due to the pulse position modulation on the transmission side depending on the data bits to be transmitted within a period ⁇ of the clock signal, the transmitted data stream data is recovered from the demodulation stage PPD on the basis of the pulse position demodulation Compressed signals representing a data bit "1" always appear, for example, at 0.9 ⁇ , and compressed signals, which represent a data bit "0", always occur, for example, at 0.6 ⁇ .
  • the addition stage ADD and the switching unit FASC which consists of a plurality of switching elements IN1,, IN n , are preferably connected to an evaluation and control unit AS, by means of which the partial signals s1,, s n emitted by the dispersive delay line AW3 are checked and the switching elements IN1 , iN n depending be controlled thereof the switching elements IN1, iN n basically a switch SW, which is controllable by the evaluation and control unit AS the zugechtten of the taps of the dispersive delay line AW3 Operasignaie s1,, s ⁇ can after rectification Eg by a diode D or without rectification to the evaluation and control unit AS and the addition stage SUM or switched through (see switching elements IN4 and IN5).
  • the partial signals s1,, s n can be rectified, for example by a diode D to the Evaluation and control unit AS and without rectification to the addition stage SUM can be output or switched through (see switching element IN7).
  • a partial signal s can also be buffered before switching through (see switching element IN6, intermediate storage of the rectified signal in capacitor C)
  • the evaluation and control unit AS must be given the threshold values or standard or user profiles required for the test. These are preferably fed to the evaluation and control unit AS by the processor PROC via a data bus prof or read from a programmed memory module. The test is preferably carried out first using the standard or user profiles and then for further deviations in the expected signal profile caused by fault signals
  • the profile of a signal checked during a pause in transmission can show that only one or relatively few partial signals s have a very high intensity that is above a first threshold value, which suggests the presence of a disturbance signal (see FIG. 8).
  • the easiest way to determine interference frequencies and to block disturbed frequency bands or to change the channel allocation can be achieved with this method (measurement during transmission pauses).
  • the associated partial signals are not switched through for disturbed frequency bands
  • the profile can also be formed from partial signals s1,, s n , one of which has an intensity that deviates greatly from the mean value. If the deviation lies above the first threshold value, there is a disturbance within the relevant frequency range
  • the profile can be formed from partial signals s1,, s n of the same intensity, which are above a higher second (state of strong reception / no external interference), below a lower third (state of weak reception / no external interference) or between the first and the second threshold value (state normal operation / no external interference)
  • additional threshold values can be used for a finer subdivision.
  • the channel allocation can be changed taking into account the required bandwidth. If reception is poor, additional channels are allocated to increase the bandwidth. If there is strong reception, the bandwidth is reduced accordingly.
  • the profile corresponds to a code or key that is assigned to a transmitting station TX. There is therefore a data connection with this transmitting station TX.
  • Such an encoded expanded pulse is shown in FIG.
  • the drawn-in profile with frequency ranges fb1, ..., fb5, in which signals of different amplitudes occur, corresponds to the bit of a key, through which a transmitting station is granted access to a transmission channel. If a parallel data transmission takes place, the clock regenerator CRG and the demodulation stage PPD can be switched by the processor PROC over the data bus chsel between the different data channels.
  • the evaluation and control circuit AS reports the recognized profile to the
  • Processor PROC after which it can switch over the clock regenerator CRG to deliver the clock signal clock regenerated for the transmission channel in question.
  • the recognized profile can also correspond to a code (standard profile) by which an operating state defined for the transmission system is displayed.
  • the profile corresponds e.g. the code for the status "login” or the status "data transfer”.
  • the information obtained can be used to accelerate operational processes.
  • Sequential processes can also be controlled by the processor PROC or the evaluation and control circuit AS, in particular a sequential switching of the transmission channels each time a defined number of signals have been transmitted. With this frequency change process, i.a. unauthorized access by third parties to the transmission channels is prevented.
  • feedback is received from the receiving station RX3 via an associated transmitting stage to the transmitting station TX.
  • the instructions are issued by the processor PROC via the data bus fb to the transmission stage.
  • Each communication terminal has a transmitting and a receiving stage for bidirectional data transmission.
  • a local communication network usually only the station connected to other communication networks has the functions of the receiving station RX3.
  • RX3 Regarding local networks see [5], especially chapter 1.4.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
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  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

Das Verfahren und die Vorrichtung dienen zur Vermeidung von Störungen in nach dem Prinzip der Chirp-Modulationstechnik arbeitenden Übertragungssystemen, bei denen ein Signal p in einer Sendestation (TX) expandiert und nach der Übertragung in einer Empfangsstation (RX1; RX2; RX3) wieder komprimiert wird. Dabei wird der expandierte Puls pe in der Empfangsstation (RX1; RX2; RX3) einem Filter (SAW3, SAW4) zugeführt, durch das für jedes von n Frequenzbändern (fb1, ..., fbn) Teilsignale (s1, ..., sn) gebildet werden, von denen wenigstens diejenigen, die einem Übertragungskanal zugehören, in bezug auf vorliegende Betriebszustände geprüft und anschliessend ganz oder teilweise addiert und zu einem komprimierten Summensignal pk zusammengefügt werden.

Description

Verfahren zur störungsfreien Übertragung von Daten mittels chirpmodulierten Signalen sowie Sende- und Empfangsstation
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patent- anspruchs 1 sowei eine Sende- und eine Empfangsstation nach Anspruch 8 bzw. 9.
Aus [1] sind Datenübertragungsverfahren mit Chirp-Modulation bekannt. Zur Übertragung von Daten von einer ersten zu einer zweiten Station Unter Anwendung der Pulskompressionstechnik werden Pulse sen- deseitig expandiert und empfangsseitig komprimiert. Die Richtung der Expansion eines breitbandigen Signals (down-chirp, up-chirp) wird dabei z.B. entsprechend den zu übertragenden Daten gewählt. Ferner können zur Datenübertragung einzelne Bereiche eines expandierten Pulses in Abhängigkeit der zu übertragenden Daten markiert werden. Grundlagen der Chirp-Modulationstechnik sowie deren Vorteile sind z.B. in [2] und [4] beschrieben. Zur Expansion eines Signais vorzugsweise eine dispersive Verzögerungsleitung verwendet, durch die Signalanteile eines angelegten Signals in Abhängigkeit der Fre- quenzlage stärker oder schwächer verzögert werden (siehe [3], Kapitel 45.9, Seite 1073). In der Empfangseinheit wird der übertragene Puls vorzugsweise einer weiteren dispersiven Verzögerungsleitung zugeführt, die im Vergleich zur ersten Verzögerungsleitung ein umgekehrtes dispersives Verhalten aufweist und somit als angepasstes Filter (matched filter) oder Signalkompressor dient. In der Empfangseinheit wird das expandierte Signal daher in einen sehr kurzen Puls umgewandelt, der eine hohe Ampli- tude aufweist. Der bei diesem Vorgang resultierende Kompressionsgewinn führt zu einer Verbesserung des Verhältnisses von Nutz- zu Störsignal, die etwa zum Verhältnis der Längen der expandierten und komprimierten Signalen korrespondiert.
Zur Expansion und Kompression von Signalen sind Oberflächenwellenfilter (SAW-Filter), die mit gerin- gen Kosten herstellbar sind, oder auch digitale Schaltungen, insbesondere Signalprozessoren geeignet (siehe Kapitel 1.1.2 und 1.1.3 von [2]). Verfahren zur digitalen Signalkompression sind in [2] eingehend beschrieben. Oberflächenwellenfilter, die in Kapitel 45 von [3] beschrieben sind, bestehen aus einem keramischen, piezoelektrischen Substrat, auf dem ein Eingangs-, ein Ausgangswandler und gegebenenfalls mehrere Reflektoren vorgesehen sind, die je aus zwei Kämmen bestehen, die ineinandergrei- fende Finger (meist Tausende von Metallstreifen) aufweisen. Der Eingangs-(interdigital)-wandler wandelt ein zugeführtes elektrisches Signal in eine aus mehreren Komponenten (compressional wave, shear wave, electrostatic wave) bestehende Oberflächenwelle (auch Rayleigh-Welle) um, die über die Oberfläche des Filters bis zu den Reflektoren und weiter zum Ausgangswandler gelangt, von dem wieder ein elektrisches Signal abgegeben wird. Kapitel 3.1 von [4] beschreibt eine einfach aufgebautes dispersives SAW-Filter (vgl. Kapitel 45.9 von [3]), das einen aus einigen 103-Fingerpaaren bestehenden Eingangsund einen breitbandigen, aus wenigen Fingerpaaren bestehenden Ausgangswandler aufweist. Durch unterschiedlichen Fingerabstand wird die Wellenlänge und damit die "eingeprägte" Synchronfrequenz im Eingangswandler derart variiert, dass z.B. die hohen Synchronfrequenzen eine hohe Laufzeit und die nieαrigen Synchronfrequenzen eine kurze Laufzeit zum Ausgangswandler aufweisen.
Werden während der Übertragung Spektralanteile des expandierten Signals durch frequenzselektiven Signalschwund (Rayleigh Fading) stark gedämpft, so werden Hüllkurve und Amplitude der in der Empfangseinheit komprimierten Pulse in Abhängigkeit der verringerten Signalenergie und Bandbreite beeinträchtigt. Schmalbandige Störsignale, die sich einem expandierten Puls während der Übertragung überlagern, passieren das in der Empfangseinheit vorgesehene angepasste Filter wie ein Bandpassfilter in dessen Durchlassbereich unabhängig vom Kompressionsgewinn und somit ohne Vergrösserung der Amplitude. Starke schmalbandige Störsignale können daher trotz des für die Nutzsignale wirksamen Kompressionsgewinns zu störenden Interferenzen führen. Insbesondere in Frequenzbändern, in denen industrielle und medizinische Geräte betrieben werden, ist eine ungestörte Übertragung unwahrscheinlich, so dass eine auf dem Prinzip der Chirp-Modulationstechnik (auch Pulskompressionstechnik) basierende Kommunikation zwischen zwei oder mehreren Parteien unter Umständen stark beeinträchtigt wird.
Ferner kann bei der Übertragung expandierter Signale eine Einwirkung auf Funkkanäle (siehe Fig. 4, Kanal Kx) erfolgen, die von fremden Übertragungssystemen benutzt werden. Aufgrund der starken Auslastung der vorhandenen Funkkanäle ist es daher wahrscheinlich, dass amtliche Konzessionen für den Betrieb von Systemen, die zur Übertragung von (breitbandigen) expandierten Signalen vorgesehen sind, nur erteilt werden, wenn nachgewiesen werden kann, dass für Dritte reservierte Funkkanäle nicht gestört werden.
Beim Vorliegen von Störungen entsteht bei den meisten Übertragungssystemen oft auch eine starke Beeinträchtigung der Übertragungskapazität, so dass eine Reduktion der Übertragungskanäle und/oder eine Reduktion der Datenrate der einzelnen Kanäle auftritt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, auf dem Prinzip der Chirp-Modulationstechnik basierende Übertragungsverfahren und Vorrichtungen derart zu verbessern, dass der Einfiuss von Störungen auf die Übertragungsqualität und/oder Übertragungskapazität reduziert wird oder dass der störende Einfiuss der übertragenen Signale auf Funkkanäle, die für fremde Übertragungssysteme reserviert sind, vermieden wird. Ferner sind zur Durchführung des Verfahrens geeignete Sende- und Empfangsstationen anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 bzw. 8 und 9 angegebenen Massnahmen ge- löst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben.
Bei der Signalübertragung können verschiedene Erscheinungen auftreten. Während der Übertragung kann ein expandiertes Signal durch ein Störsignal einer systemfremden Signalquelle überlagert werden. Möglich ist ferner, dass zwei Signale systemgleicher oder systemverwandter Signalquelie in demselben Frequenzbereich auftreten, so dass die Datenübertragung von einer ersten Sendestation durch Sendesignale einer zweiten Station gestört wird
Bei einer geringen Distanz zwischen Sende- und Empfangsstation können die übertragenen Signale empfangsseitig ferner mit einer hohen und bei einer grossen Distanz mit einer kleinen Signalmtensitat auftreten wodurch ebenfalls Störungen bei der Datenübertragung auftreten können Gegebenenfalls ergibt sich keine Störung, sondern nur eine mangelhafte Nutzung der Kapazität des zur Verfugung stehenden Frequenzbandes
Erfmdungsgemass werden die verschiedenen Störungen bzw Zustande erfasst indem der Ubertragungskanal in einzelne Frequenzbereiche aufgeteilt wird, die empfangsseitig überwacht werden Durch die Auswertung der in den einzelnen Bereichen auftretenden Signale und gegebenenfalls durch einen Vergleich mit vorgesehenen festen, variablen und oder einem entsprechenden Code gewählten Schwellwerten oder Signalmustern kann, entschieden werden, ob die Datenübertragung gestört ist oder ein weiterer Zustand vorliegt, dem mit entsprechenden Massnahmen zu begegnen ist
Entsprechend den festgestellten Zustanden (Störung durch systemfremde oder systemverwandte Signale, starke oder schwache Signalmtensitat) kann eine Änderung der Kanal- oder Bandbreitenzuteiiung, gegebenenfalls auch eine Unterdrückung von Stör- oder Fremdsignalen erfolgen
Sendeseitig kann durch die Wahl der Signalmtensitat in den einzelnen Frequenzbereichen verhindert werden, dass fremde oder verwandte Systeme beeinträchtigt werden Dazu wird von der Empfangsstation die festgestellte Fremdbelegung oder Störung bestimmter Frequenzbereiche vorzugsweise an die Sendestation ruckgemeldet Ferner können zu sperrende, z B durch Behörden reservierte Frequenzbereiche der Sendestation auch direkt eingegeben werden
Durch die Aufpragung eines Codes bzw durch die gezielte Wahl der Signalmtensitaten in den einzelnen Frequenzbereichen des Sendesignals können die Signale einer ersten Sendestation ferner von Signalen weiterer Sendestationen unterschieden werden Ferner kann der Code eines Sendesignals auch einem bestimmten Betriebszustand entsprechen D h die Codierung der Signale einer Sendestation wahrend der Datenübertragung unterscheidet sich von der Codierung der Signale wahrend der Anmeldung
Vorzugsweise erfolgt die Übertragung von Daten durch ein Verfahren, bei dem die zeitliche Position der Sendesignale oder die Expansionsrichtung der Sendesignale in Abhängigkeit der zu übertragenden Daten geändert wird Die Codierung der Sendesignale erlaubt die Identifikation des Absenders oder des Betriebszustandes (Anmeldung / Datenübertragung) ohne vorherige Auswertung der übertragenen Daten Nur geringe zeitliche Verschiebungen zwischen dem Nutzsignal und einem Fremdsignal genügen dabei zur korrekten Unterscheidung der Absender, wodurch bei genügend hoher Verarbeitungsgeschwindigkeit ein gleichzeitiger Empfang mehrerer Sendesignale ermöglicht wird Eine weitere Verrbes- serung wird durch eine zusätzliche Synchronisation erzielt, durch die ein Minimalabstand zwischen den Sendesignalen erzwungen wird
Obwohl sich expandierte Signale bei der Übertragung meist überlappen, treten bei der Durchfuhrung des erfmdungsgemassen Verfahrens keine störenden Beeinträchtigungen des Nutzsignals auf, da durch die empfangsseitige Kompression expandierter Signale eine gute Signaltrennung entsteht Das erfmdungs- gemasse Verfahren erlaubt die optimale Nutzung eines zur Verfugung stehenden Frequenzbereiches Dabei werden Störungen unterdruckt Ferner kann immer die maximal möglich Anzahl Ubertragungska- nale zur Verfugung gestellt werden Durch die erfmdungsgemasse Vorrichtung kann das erfindungsge- masse Verfahren mit minimalem Aufwand durchgeführt werden Die Anwendung des Verfahrens ist insbesondere auch in stark belasteten Frequenzbereichen (z B in dem für industrielle, wissenschaftliche oder medizinische Anwendungen vorgesehenen ISM-Band) geeignet, in denen verschiedene Stör- oder Fremdsignale auftreten können
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung beispielsweise naher erläutert Dabei zeigt
Fig 1 ein erstes Oberflächenwellenfilter SAW1 mit einem Substrat, auf dem ein dispersiver Ein- gangs- und ein Ausgangswandler EW1 bzw AW1 angeordnet sind
Fig 2 ein zweites Oberflächenwellenfilter SAW2, das zur Kompression der auf dem ersten Oberflächenwellenfilter SAW1 expandierten Signale vorgesehen ist,
Fig 3 eine erste zur Unterdrückung von Störungen vorgesehene Empfangsstation mit einem dritten Oberflächenwellenfilter SAW3, das über Schwellwertschaltungen TC1 , , TC8 mit einer Addi- tionsstufe SUM verbunden ist,
Fig 4 das Frequenzspektrum fs eines Signals pk nach der Unterdrückung eines Storsignals,
Fig 5 eine zweite Empfangsstation mit einem vierten Oberflächenwellenfilter SAW4, das einen mit mehreren Kämmen K, KA1 , , KA-n versehenen Ausgangswandler AW4 aufweist,
Fig 6 eine Sendestation mit einem fünften Oberflächenwellenfilter SAW5, das einen mehrere mit mehreren Kämmen K, KE1 , , KE-n versehenen Eingangswandler EW5 aufweist,
Fig 7 eine dritte Empfangsstation, die zur Unterdrückung von Storsignalen, zur Identifikation der Absender von Sendesignalen, zur Detektion von zu hohen oder zu geringen Signalstarken und/oder zur Detektion von Ubertragungsfehlem geeignet ist,
Fig 8 ein Frequenzspektrum im Bereich von 300 - 400 MHz mit einem Storsignal bei etwa 320 MHz, Fig 9 das Frequenzspektrum gemass Fig 8 nach der Unterdrückung des Storsignals durch die Empfangsstation RX1 , RX2 und RX3,
Fig 10 ein übertragenes Signal, dem das Storsignal gemass Fig 8 überlagert ist, nach der Kompression, Fig 11 das übertragene Signal gemass Fig 10 nach der Unterdrückung des Storsignals durch die
Empfangsstation RX1 , RX2 und RX3 und Fig 12 ein z B in der Sendestation TX expandiertes und codiertes Signal
In den Figuren 1 - 3 sowie 6 und 7 sind ferner die Verlaufe der den Oberflachenwellenfiltem SAW1 , SAW2, SAW3, SAW5 zugefuhrten bzw entnommenen Signale p, pe und pk gezeigt
Anhand von Fig 1 und 2 wird nachstehend die Chirp-Modulation und Chirp-Demodulation von zur Übertragung von Daten vorgesehenen Signalen beschrieben Anhand von Fig 3 und 5 werden zwei Emp- fangsstationen RX1 und RX2 beschrieben, die zur Unterdrückung von Storsignalen geeignet sind Anhand von Fig 6 wird eine Sendestation beschrieben, die zur Abgabe von expandierten Sendesignalen geeignet ist, die codiert sind oder die nur Signalanteile zugeteilter Frequenzbereiche enthalten Anhand von Fig 7 werden alle weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben
Fig 1 zeigt ein erstes Oberflächenwellenfilter SAW1 mit einem Substrat, auf dem ein dispersiver Eingangs- und ein Ausgangswandler EW1 bzw AW1 angeordnet sind Der Eingangswandler EW1 weist eine Vielzahl von Fingerpaaren bzw Elektroden auf, deren gegenseitiger Abstand in Richtung zum Ausgangswandler AW1 hin zunimmt Die Frequenz der durch den Eingangswandler EW1 auf das Substrat aufgeprägten Oberflachenwellen ändert daher entlang den Kämmen des Eingangswandlers EW1 Die Oberflachenwellen mit höheren Frequenzen müssen dabei eine grossere Distanz bis zum Ausgangswandler AW1 überwinden als die Oberflachenwellen mit den tiefen Frequenzen Vom Ausgangswandler AW1 wird daher ein zeitlich expandiertes Signal pe abgegeben, dessen Frequenz von Signalanfang bis Signalende zwischen zwei Werten ändert
Fig 2 zeigt ein zweites Oberflächenwellenfilter SAW2 mit einem Substrat, auf dem ebenfalls ein dispersiver Eingangs- und ein Ausgangswandler EW2 bzw AW2 angeordnet sind Der Eingangswandler EW2 weist eine Vielzahl von Fingerpaaren bzw Elektroden auf, deren gegenseitiger Abstand in Richtung zum Ausgangswandler AW2 hin abnimmt Die Eingangswandler EW1 , EW2 der beiden Oberflächenwellenfilter SAW1 und SAW2 sind dabei identisch aber in bezug auf die Laufrichtung der Oberflachenwellen, seitenverkehrt angeordnet Dadurch wird ein im ersten Oberflächenwellenfilter SAW1 expandiertes Signal pe im zweiten Oberflächenwellenfilter SAW2 wieder in den ursprünglichen Zustand zurückversetzt bzw komprimiert (siehe Signal pk)
Das Auftreten schmalbandiger Storsignale, die sich dem expandierten Signal pe wahrend der Ubertra- gung uberiagern, kann zu Kommunikationsstorungen fuhren, die durch die in Fig 3 und Fig 5 gezeigten Vorrichtungen vermieden werden
Fig 3 zeigt eine erste Empfangsstation RX1 mit einem dritten Oberflächenwellenfilter SAW3, auf dessen Substrat ein dispersiver Ausgangswandler AW3 und ein Eingangswandler EW3 angeordnet sind, dessen (benachbarte) Elektroden einen gleichen gegenseitigen Abstand aufweisen Die Elektroden des dispersi- ven Ausgangswandlers AW3 sind seitenverkehrt in gleichem Abstand wie die Elektroden des zur Si- gnalexpansion vorgesehenen dispersiven Eingangswandlers EW1 (siehe Fig 1) angeordnet Der Ausgangswandler AW3 weist nicht wie die oben erwähnten Ausgangswandler AW1 , AW2 zwei ineinander greifende Kamme, sondern nur einen Kamm K auf, zwischen dessen Fingern KF einzelne Elektroden E angeordnet sind, die nicht über einen Kammrucken zusammengefasst sind Die an den Elektroden E auftretenden Teilsignaie s1 , , s8 werden hingegen über Ausgangsleitungen a1 , , a8 und Schwellwertschaltungen TC1 , , TC8 zu einer Additionsstufe SUM gefuhrt, von der ein komprimiertes Signal pk abgegeben wird An den Elektroden E des Ausgangswandlers AW3, dem das expandierte Signal zuge- fuhrt wird, treten daher zu einem bestimmten Zeitpunkt Teilsignale s1 , , s8 mit unterschiedlichen Frequenzen auf, die in der Additionsstufe SUM addiert werden, so dass zu diesem Zeitpunkt ein kurzes bzw komprimiertes Summensignal pk entsteht, das ein breites Frequenzsprektrum fs aufweist (siehe Fig 4)
Beim Auftreten eines schmalbandigen Storsignals ändert z B die Amplitude des von einer Elektrode E abgegebenen Teilsignals s5, das im Frequenzbereich des Storsignals liegt Zwischen den Elektroden E, die die Teilsignaie s1 , , s8 abgeben und der Additionsstufe SUM, die die zugefuhrten Teilsignaie s1 , , s8 zu einem komprimierten Summensignal pk zusammenfugt, sind daher Schwellwertschaltungen TC1 , , TC8 vorgesehen, durch die festgestellt wird, ob eines der Teilsignaie s1 , , sδ ausserhalb eines erwarteten Bereichs liegt In Fig 3 ist gezeigt, dass das Teilsignal s5 einen vorgesehenen Schwellwert überschreitet und daher einen Storanteil aufweist Das Teilsignal s5 kann daher nicht ohne vorherige Korrektur weiter verarbeitet werden Z B kann das Teilsignal s5 unterdruckt werden Da in diesem Fall auch der Nutzanteil unterdruckt wurde, kann das Teilsignal s5 auch soweit gedampft werden, bis der Schwellwert oder ein früher aufgetretener Wert, der unterhalb des Schwellwerts lag, nicht mehr überschritten wird Die Korrektur eines Teilsignals s5 erfolgt z B durch einen steuerbaren Widerstand, durch den das Signal s5 auf den vorgesehenen Wert reduziert wird
Vorzugsweise wird jedoch wahrend Sendepausen geprüft, ob innerhalb des der Übertragung dienenden Frequenzbereichs ein Storsignal vorhanden ist Falls z B das in Fig 8 gezeigte bei etwa 320 MHz liegende Storsignal festgestellt wird, wird der betreffende Frequenzbereich gesperrt, wonach störende Signalanteile weitgehend beseitigt sind (siehe Fig 9) Durch die Sperrung eines Frequenzbereichs wird auch ein Anteil der Nutzsignale unterdruckt Durch die gleichzeitige Beseitigung des Storsignals ergibt sich trotzdem eine deutliche Verbesserung des Verhältnisses von Nutz- zu Storsignal Fig 10 zeigt das übertragene Signal, dem das Storsignal gemass Fig 8 überlagert ist nach der Kompression Fig 11 zeigt das übertragene Signal gemass Fig 10 nach der Unterdrückung des Storsignals durch die Emp- fangsstation RX1 , RX2 und RX3 Ein Vergleich der zeitlichen Signalverlaufe von Fig 10 und Fig 11 zeigt, dass durch die Anwendung der erfindungsgemassen Massnahmen eine deutliche Signalverbesserung erzielt werden kann Die beschriebene Korrektur kann selbstverständlich auch in der Additionsstufe SUM erfolgen In der in Fig 5 gezeigten Empfangsstation RX2 übertragen die Schwellwertschaltungen TC1 , , TC8 die zuge- fuhrten Teilsignaie s1 , , s8 unverändert an die Additionsstufe SUM und melden dieser mittels Aus- gangssignalen x1 , , x-n gleichzeitig die allfallige Überschreitung eines Schwellwerts ts1 , , tsn, wonach die entsprechende Korrektur in der Additionsstufe SUM erfolgt Durch die Signale x1 , , x„ kann ferner die Intensität des zugehörigen Signals, ohne Vergleich mit einem Schwellwert ts1 , , tsn direkt der Additionsstufe SUM zugeführt werden Ein Vergleich des Signalprofils bzw der gemeldeten Intensitäten mit wenigstens einem Schwellwert wird dabei in der Additionsstufe SUM vorgenommen
Fig 4 zeigt das Frequenzspektrum fs eines korrigierten und komprimierten Signals pk, das aufgrund der teilweisen Unterdrückung des Teilssignals s5 in dessen Frequenzbereich fS5 eine entsprechende Lücke aufweist (vgl Figur 2 2 von [2]) Mit einer Erhöhung der Anzahl der Frequenzbereiche bzw der Anzahl der vom Ausgangswandler AW3, AW4 abgenommenen Teilsignaie s1 bis s-n (z B n = 50) reduziert sich der Leistungsverlust bei der Unterdrückung eines Teilsignals (bei n=50 weist die Signale s1 , s-n je einen Anteil von 2 % auf)
Die Amplitude der Teilsignale s1 , , s8 ändert nicht nur beim Auftreten von Storsignalen, sondern auch bei einer Änderung des Ubertragungsweges Der Schwellwert wird daher vorzugsweise in Abhängigkeit der Grosse des ermittelten Summensignals eingestellt Dazu wird in der Additionsstufe SUM das Sum- mensignal gemessen wonach die Schwellwerte in den Schwellwertschaltungen TC1 , , TC-n durch Abgabe von Signalen ts1 , , ts-n dementsprechend nachgefühlt, werden Dazu wird für die zuletzt ermittelten Summensignale z B ein Mittelwert gebildet, wobei vorzugsweise die zuletzt ermittelten korrigierten Summensignale starker gewichtet werden
Grundsätzlich kann die Verarbeitung der von den Elektroden E abgegebenen Teilsignale s1 , , sδ auch mittels einem Signalprozessor durchgeführt werden Wesentlich ist, dass Signale, die Storanteile enthalten, vor der Summenbildung identifiziert und korrigiert werden Sofern der Signalprozessor genügend schnell arbeitet kann die Signalverarbeitung nach dem Fachmann bekannten Zeitmultiplexverfahren erfolgen
Eingangs wurde erwähnt, dass die dispersiven Wandler eine Vielzahl von Fingerpaaren bzw Elektroden aufweisen Da es kaum möglich ist, alle Elektroden E eines dispersiven Ausgangswandiers AW3 einzeln mit einer Additionsstufe SUM zu verbinden, empfiehlt es sich, jeweils mehrere Elektroden E zu Kämmen KA1 , , KAn zusammenzufassen, wie das in Fig 5 gezeigt ist
In Fig 6 zeigt eine Sendestufe mit einem fünften Oberflächenwellenfilter SAW5, das einen mit mehreren Kämmen K, KE1 , , KE-n versehenen Eingangswandler EW5 aufweist Das zu expandierende Signal p wird in einer Trennstufe DIV in Teilssignale ι1 , ι2, , i-n aufgeteilt, die über Schalter S1 , S2, , Sn ent- sprechenden Kämmen KE1 , KE2, , KEn des Eingangswandlers EW5 zugeführt werden, die einen einem Frequenzbereich entsprechenden Abstand der Elektroden aufweisen Sofern alle Schalter S1 , S2, , Sn durch Steuersignale d , c2, , c-n aktiviert sind, wird, wie in Fig 1 gezeigt, ein expandiertes Signal pe abgegeben, dessen Frequenz stetig ändert Falls jedoch das Teilsignal ι5 z B derjenigen eines gestörten, gesperrten bzw für dritte reservierten Kanals Kx (siehe Fig 4) entspricht und deshalb unterdruckt werden muss, bleibt der Schalter S5 geöffnet, so dass das Teilsignal ι5 aus dem expandierten Signal pe (Fig 4 mit Darstellung im Frequenzbereich, Fig 6 mit Darstellung im Zeitbereich) ausgeschnitten und daher nicht übertragen wird Sofern dem expandierten Signal ein Profil gemass Fig 12 aufgeprägt werden soll, werden die Teilssignale ι1 , ι2, , i-n entsprechend gewichtet Durch die Schalter S1 , S2, , Sn werden die Teilsignaie ι1 , , i-n z B einem Dampfungsglied, z B einem Widerstand, zugeführt Durch entsprechende Programmierung der Schalter S1 , S2, , Sn kann daher eine beliebige Durchlasskurve erzielt werden
Der ganze Frequenzbereich kann ferner in n Kanäle unterteilt werden, die den einzelnen Sendestationen TX zugeteilt werden Einer Sendestation TX können dabei einer oder mehrere aneinander angrenzende oder voneinander getrennte Kanäle zugeordnet werden Die Zuteilung einzelner Frerquenzbereich an mehrere Sendestation TX erlaubt eine parallele Datenübertragung im Frequenzmultiplexbetrieb In der Additionsstufe SUM sind dabei nur die Teilsignaie derjenigen Kanäle zu addieren, der entsprechenden Sendestufe TX zugeordnet sind Die Teilssignale ι1 , ι2, , i-n werden daher entsprechend der vorgese- henen Kanalzuteilung durchgeschaltet
Grundsatzlich wirken die den Kämmen KE1 , KE2, , KEn zugehörigen Bereichen des Eingangswandlers EW5 als Filter, die aus dem breitbandigen Puls p Signalanteile entsprechender Frequenz herausfiltern und weitere Signalanteile sperren Die Teilssignale ι1 , ι2, , i-n werden in der Trennstufe DIV daher nur in einer vorzugsweisen Ausgestaltung gefiltert bzw einzelnen Frequenzbereichen zugeteilt Die Kanal- zuteilung kann daher von Signalpeπode zu Signalperiode beliebig geändert werden
Wahrend dem Datenverkehr kann in den in Fig 3 5 und 7 gezeigten Empfangsstationen RX1 , RX2 und RX3 zudem festgestellt werden, ob die Intensität der Teilsignale s1 , , sn insgesamt unter oder über einem vorgesehenen Schwellwert liegt, der einem minimal bzw maximal zugelassenen Signalwert entspricht Sofern die Intensität eines Sendesignal einen maximal zugelassenen Signalwert überschreitet, kann eine Reduktion der Bandbreite erfolgen Der betreffenden Sendestation TX wird z B ein Kanal entzogen der für eine weitere Sendestation frei wird Falls die Intensität des Sendesignal z B durch eine Verlängerung der Ubertragungsstrecke unter den minimal zugelassenen Signalwert fallt, so wird der Sendestation vorzugsweise wieder ein zusätzlicher Kanal zugeordnet Die Kanalzuordnung erfolgt daher vorzugsweise dynamisch, so dass eine optimale Nutzung des Frequenzbandes entsteht, wobei die Nutzung gestörter Kanäle vermieden wird Dem expandierten Sendesignal kann ferner ein individueller Code aufgeprägt werden, der es erlaubt, den Absender des Signals empfangsseitig zu identifizieren Die Signalamplituden innerhalb der festgelegten Frequenzbereiche werden dabei entsprechend dem Code gewählt Der Code kann ferner entsprechend dem vorliegenden Betriebszustand festgelegt werden Die Signale von Sendestationen, die bereits Daten transferieren, weisen vorzugsweise einen anderen Code auf, als Signale von Sendestationen, die sich bei einem Empfanger anmelden Der gewählte Code weist dazu vorzugsweise ein Adress- und ein Statusfeld auf
Fig 7 zeigt eine dritte Empfangsstation RX3, die je nach Ausbaustandard zur Unterdrückung von Storsignalen, zur Identifikation der Absender von Sendesignalen, zur Detektion von zu hohen oder zu geringen Signalstarken und/oder zur Detektion von Ubertragungsfehlem geeignet ist
Die Empfangsstation RX3 enthalt, wie die Schaltungsanordnung gemass Fig 3, ein Oberflachenwellen- filter SAW3 mit einer dispersiven Verzögerungsleitung AW3, die n Anschlüsse aufweist, welche über eine adaptive Durchschalteeinheit FASC (fast adaptive switching circuit) mit einer Additionsstufe SUM verbunden bzw verbindbar sind Von der Additionsstufe SUM werden komprimierte Signale pk an einen Taktregenerator CRG sowie eine Demodulationsstufe PPD abgegeben, durch die anhand der zugefuhr- ten Signale und eines vom Taktregenerator CRG zugefuhrten regenerierten Taktsignals dock festgestellt wird, an welcher Stelle innerhalb einer Periode des Taktsignais dock ein komprimiertes Signal auftritt Da die Signale aufgrund der Pulspositionsmodulation sendeseitig in Abhängigkeit der zu übertragenden Datenbits innerhalb einer Periode τ des Taktsignals zeitlich verschoben sind, wird der übertragene Datenstrom data anhand der Pulspositionsdemodulation von der Demodulationsstufe PPD zurückgewonnen und abgegeben Komprimierte Signale, die ein Datenbit "1 " repräsentieren treten z B immer bei 0,9 τ und komprimierte Signale, die ein Datenbit "0" repräsentieren, treten z B immer bei 0,6 τ auf Der übertragene Datenstrom data wird vorzugsweise einem Prozessor PROC zur Verarbeitung und Fehlerprufung übergeben
Die Additionsstufe ADD und die Durchschalteeinheit FASC, die aus mehreren Durchschalteelementen IN1 , , lNn besteht, sind vorzugsweise mit einer Auswerte- und Steuereinheit AS verbunden, durch die die von der dispersiven Verzögerungsleitung AW3 abgegebenen Teilsignaie s1 , , sn geprüft und die Durchschalteelemente IN1 , , INn in Abhängigkeit davon gesteuert werden Die Durchschalteelemente IN1 , INn grundsatzlich einen Schalter SW auf, der durch die Auswerte- und Steuereinheit AS steuerbar ist Die von den Anzapfungen der dispersiven Verzögerungsleitung AW3 zugefuhrten Teilsignaie s1 , , sπ können nach einer Gleichrichtung z B durch eine Diode D oder ohne Gleichrichtung an die Auswerte- und Steuereinheit AS und die Additionsstufe SUM abgegeben bzw durchgeschaltet werden (siehe Durchschalteelemente IN4 und IN5) Die Teilsignale s1 , , sn können nach einer Gleichrichtung z B durch eine Diode D an die Auswerte- und Steuereinheit AS und ohne Gleichrichtung an die Additions- stufe SUM abgegeben bzw durchgeschaltet werden (siehe Durchschalteelement IN7) Ein Teilsignal s kann vor der Durchschaltung auch zwischengespeichert werden (siehe Durchschalteelement IN6, Zwi- schenspeicherung des gleichgerichteten Signals im Kondensator C)
Durch einen Vergleich des Profils des expandierten Signals bzw der gegebenenfalls anhand des Summensignals normalisierten Intensitäten der Teilsignaie s1 , , sn mit vorgegebenen Norm- oder Benutzerprofile oder Schwellwerten, die der Auswerte- und Steuereinheit AS über den Datenbus prof vom Prozessor PROC eingeschrieben werden, können verschiedene Zustande festgestellt werden Zur Bildung des für die Normalisierung vorgesehenen Summensignals Σ (s1 , , sn) können die Teilsignaie s1 , , sn zur Additionsstufe SUM gefuhrt werden Das Summensignal Σ (s1 , , sn) wird über die Leitung sum der Auswerte- und Steuereinheit AS zugeführt Die definitive Abgabe des Summensignals Σ (s1 , , sn) bzw des komprimierten Signals pk erfolgt gegebenenfalls erst nach Unterdrückung eines Teilsignals s5 und erneuter Berechnung der Summe ausgelost durch das Signal shft
Sofern durch die Empfangsstation RX3 alle nachstehend noch einmal genannten Funktionen erfüllt werden sollen, sind der Auswerte- und Steuereinheit AS die zur Prüfung erforderlichen Schwellwerte oder Norm- oder Benutzerprofile vorzugeben Diese werden der Auswerte- und Steuereinheit AS vorzugsweise vom Prozessor PROC über einen Datenbus prof zugeführt oder aus einem programmierten Spei- cherbaustem ausgelesen Vorzugsweise erfolgt zuerst die Prüfung anhand der Norm- oder Benutzerpro- file und anschliessend auf weitere durch Storsignale verursachte Abweichungen des erwarteten Signalverlaufs
• Das Profil eines wahrend einer Sendepause geprüften Signals kann ergeben, dass nur ein oder ver- haltmsmassig wenige Teilsignale s eine sehr hohe, über einem ersten Schwellwert liegende Intensi- tat aufweist, was auf die Anwesenheit eines Storsignals sch essen lasst (siehe Fig 8) Die Ermittlung von Storfrequenzen und die Sperrung gestörter Frequenzbander bzw die Änderung der Kanal- zuteilung kann mit diesem Verfahren (Messung wahrend Sendepausen) am einfachsten realisiert werden Für gestörte Frequenzbander erfolgt keine Durchschaltung der zugehörigen Teilsignaie s
• Das Profil kann wahrend dem Sendebetrieb ferner aus Teilsignalen s1 , , sn gebildet sein, von denen eines eine vom Mittelwert stark abweichende Intensität aufweist Sofern die Abweichung über dem ersten Schwellwert liegt, besteht eine Störung innerhalb des betreffenden Frequenzbereichs
• Das Profil kann aus Teilsignalen s1 , , sn gleicher Intensität gebildet sein, die über einem höheren zweiten (Zustand starker Empfang/keine Fremdstorung), unter einem tieferen dritten (Zustand schwacher Empfang/ keine Fremdstorung) oder zwischen dem ersten und dem zweiten Schwellwert liegt (Zustand Normalbetrieb/keine Fremdstorung) Selbstverständlich können für eine feinere Unterteilung zusätzliche Schwellwerte verwendet werden In Abhängigkeit des festgestellten Zustandes kann unter Berücksichtigung der erforderlichen Bandbreite eine Änderung der Kanalzuteilung erfol- gen. Bei schwachem Empfang erfolgt zur Erhöhung der Bandbreite eine Zuteilung zusätzlicher Kanäle. Bei starkem Empfang wird die Bandbreite entsprechend reduziert.
• Das Profil (Benutzerprofil) entspricht einem Code bzw. Schlüssel, der einer Sendestation TX zugeordnet ist. Es besteht daher eine Datenverbindung mit dieser Sendestation TX. In Fig. 12 ist ein der- art codierter expandierter Puls gezeigt. Das eingezeichnete Profil mit Frequenzbereichen fb1 , ..., fb5, in denen Signale unterschiedlicher Amplitude auftreten, entspricht dem Bart eines Schlüssels, durch den einer Sendestation Zugang zu einem Übertragungskanal gewährt wird. Sofern eine parallele Datenübertragung erfolgt, können der Taktregenerator CRG und die Demodulationsstufe PPD durch den Prozessor PROC über den Datenbus chsel zwischen den verschiedenen Datenkanälen umgeschaltet werden. Die Auswerte- und Steuerschaltung AS meldet das erkannte Profil an den
Prozessor PROC, wonach dieser den Taktregenerator CRG zur Abgabe des für den betreffenden Übertragungskanal regenerierten Taktsignals clock umschalten kann.
• Das erkannte Profil (siehe z.B. Fig. 12) kann auch einem Code (Normprofil) entsprechen, durch den ein für das Übertragungssystem festgelegter Betriebszustand angezeigt wird. Das Profil entspricht z.B. dem Code für den Zustand "Anmelden" oder dem Zustand "Datentransfer". Anhand der gewonnen Informationen kann eine Beschleunigung der Betriebsabläufe erzielt werden.
• Selbstverständlich können anhand des Profils auch beliebige weitere Daten übertragen werden.
• Durch den Prozessor PROC oder die Auswerte- und Steuerschaltung AS können auch sequentielle Abläufe gesteuert werden, insbesondere eine sequentielle Umschaltung der Übertragungskanäle je- weils nach der Übertragung einer festgelegten Anzahl von Signalen. Durch dieses Frequenzwechselverfahren wird u.a. ein nicht berechtigter Zugriff Dritter auf die Übertragungskanäle verhindert.
Für die Änderung der Kanalzuteilung bei der Erkennung von Störungen oder zur Anpassung (Erhöhung oder Reduktion) der Bandbreite eines Übertragungskanals erfolgt eine Rückmeldung von der Empfangs- Station RX3 über eine zugehörige Sendestufe zur Sendestation TX. Die Instruktionen werden vom Prozessor PROC über den Datenbus fb an die Sendestufe abgegeben.
Für die bidirektionale Datenübertragung verfügt jedes Kommunikationsendgerät über eine Sende- und eine Empfangsstufe. In einem lokalen Kommunikationsnetz weist jedoch meist nur die mit weiteren Kommunikationsnetzen verbundene Station die Funktionen der Empfangsstation RX3 auf. Bezüglich lokalen Netzen siehe [5], insbesondere Kapitel 1.4. [2] Dr. A. Steffen, Digital Pulse Compression using Multirate Filter Banks, Series in Microelectronics,
Volume 15, Hartung-Gorre Verlag, Konstanz 1991 [3] R.C. Dorf The Electrical Engineering Handbook, CRC Press Inc., Boca Raton 1993 [4] P. Schmitt, Impulskompression mit akustischen Oberflachenwellen, nachrichten elektronik 7 - 1979 [5] A.S. Tannenbaum, Computer Networks, Prentice Hall Inc., New Jersey 1989

Claims

PATENTANSPRUCHE
1 Verfahren zur Vermeidung von Störungen in nach dem Prinzip der Chirp-Modulationstechnik arbeitenden Ubertragungssystemen, bei denen ein Signal p in einer Sendestation (TX) expandiert und nach der Übertragung in einer Empfangsstation (RX1 , RX2, RX3) wieder komprimiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der expandierte Puls pe in der Empfangsstation (RX1 , RX2, RX3) einem Filter (SAW3, SAW4) zugeführt wird, durch das für jedes von n Frequenzbandern fb1 , , fbn Teilsignaie s1 , , sn gebildet werden, von denen wenigstens diejenigen, die einem Ubertragungskanal zugehoren, in bezug auf vorliegende Betriebszustande geprüft und anschliessend ganz oder teilweise addiert und zu einem kom- pπmierten Summensignal pk zusammengefugt werden
2 Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass wahrend einer Sendepause geprüft wird, ob in einem Frequenzband fbl , , fbn ein Storsignal über einem ersten Schwellwert liegt, wonach die Teilsignaie s1 , , sn eines gestörten Frequenzbandes ganz oder teilweise unterdruckt werden und/oder ein Kanalwechsel durchgeführt wird, dass wahrend dem Sendebetrieb geprüft wird, ob in einem Frequenzband fb1 , , fbn ein Signal um mehr als die Hohe des ersten Schwellwerts vom Mittelwert der einem Ubertragungskanal zugehörigen Teilsignaie s1 , , sn abweicht, wonach die Teilsignaie s1 , , sn eines gestörten Frequenzbandes ganz oder teilweise unterdruckt werden und/oder ein Kanalwechsel durchgeführt wird, dass geprüft wird, ob der Mittelwert der der einem Ubertragungskanal zugehörigen Teilsignaie s1 , , sn über einem oberen oder einem unteren Schwellwert liegt, wodurch eine unnötig hohe bzw eine zu tiefe Signalmtensitat angezeigt wird, wonach zur Anpassung der Bandbreite eine Änderung der Kanalzuteilung erfolgt, dass geprüft wird, ob das Profil der einem Ubertragungskanal zugehörigen Teilsignaie s1 , , sn einem einem Benutzer zugeordneten Benutzerprofil entspricht, wonach Fremdsignale unterdruckt werden oder das für diesen Benutzer vorgesehene Demodulationsverfahren angwendet wird und/oder dass geprüft wird, ob das Profil der einem Ubertragungskanal zugehörigen Teilsignale s1 , , sn einem einem Betπebszustand zugeordneten Normprofil entspricht, wonach der festgestellte Betπebszustand im festgelegten Betriebsablauf berücksichtigt wird
3 Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass einem Ubertragungskanal verschiedene Kanäle bzw Frequenzbander fb1 , fbn zugeordnet werden, die gleichzeitig oder sequentiell ändernd zur Signalubertragung verwendet werden und dass jeweils nur die Teilsignaie s1 , , s- der Kanäle bzw Frequenzbander fb1 , , fbn in denen eine Übertragung erfolgt, geprüft und zu einem kom- pnmierten Signal zusammengefugt werden
4 Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zu prüfenden Teilsignale s1 , sn gleichgerichtet, gegebenenfalls zwischengespeichert, geprüft und dass die in der Prüfung aus- gewählten Teilsignale s1 ; ...; sn gegebenenfalls gleichgerichtet und gewichtet addiert und zu einem komprimierten Summensignal pk zusammengefügt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zu expandierende Signal pe in der Sendestation (TX) anhand einer Trennstufe (DIV) in n Signale i1 , ..., i-n aufgeteilt wird, die über Schalter (S1 Sn) einzelnen Elektroden (KF) oder Kämmen (KE1 , .., KEn) eines dispersiven
Eingangswandlers (EW5) zugeführt werden, der auf einem Oberflächenwellenfilter (SAW5) vorgesehen ist, wobei nur diejenigen Signale i1 ; i2; ...oder i-n durchgeschaltet werden, die dem vorgesehenen Übertragungskanal zugehören.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einzustellenden Übertragungskanäle von der Empfangsstation (RX3) an die Sendestation (TX) gemeldet werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass den expandierten Signalen pe zur Übertragung von Daten, insbesondere Kennungen und Betriebszuständen, Profile prof aufgeprägt werden.
8. Empfangsstation (RX1 , RX2, RX3) zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1-7 mit einem Oberflächenwellenfilter (SAW3, SAW4), dem über einen mit einer Antenne verbundenen Eingangswandler (EW) ein expandiertes Signal zugeführt wird, das über einen dispersiven Ausgangswandler (AW) abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der dispersive Ausgangswandler (AW) n verschiedene Bereiche aufweist, die über Anschlüsse (a1 , ..., an) mit
Schwellwertschaltungen (TC1 TCn) oder mit einer Durchschalteeinheit (FASC) verbunden sind, durch die die an den Anschlüssen (a1 an) anliegenden Teilsignale s1 sn einer Additionsstufe (SUM) zuführbar sind, wobei die Teilsignale s1 , ..., sn, die einem Übertragungskanal zugehören, in bezug auf vorliegende Betriebszustände in den Schwellwertschaltungen (TC1 , ..., TCn) oder in einer mit der Durchschalteeinheit (FASC) verbundenen Auswerte- und Steuereinheit (AS) überprüfbar und anschliessend ganz oder teilweise zur Additionsstufe (SUM) durchschaltbar sind.
9. Sendestation (TX) zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1-7 mit einem Oberflächenwellenfilter (SAW5), der einen dispersiven Eingangswandler (EW5) und einen mit einer Sendeantenne verbundenen Ausgangswandler (AW5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der dispersive Eingangswandler (EW5) n verschiedene Bereiche aufweist, denen über Schalter (S1 Sn) gegebenenenfalls entsprechend zu übertragenden Informationen gewichtete Signale i1 ; i2; ...oder i-n zuführbar sind, wobei diejenigen Signale i1 ; i2; ...oder i-n durchschaltbar sind, die einem vorgesehenen Übertragungskanal zugehören.
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