NO145451B - Fremgangsmaate til optimering av driftsegenskapene hos en retningsradio-overfoeringsstrekning - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til optimering av driftsegenskapene hos en retningsradiooverføringsstrekning,

hvor stråleretningen for de i optisk sikt mot hinannen orien-terte antenner, nemlig den til enhver tid mottagende antenne,

i korte tidsavstander eller kontinuerlig endres automatisk og fortløpende ved svingning av antennediagrammet i hovedaksen i vertikal retning fra hovedstråleretningen, fortrinnsvis i små vinkler i forhold til halvverdibredden, og et antennestyrekriterium for maksimal mottagning avledes ved signaltydning.

En fremgangsmåte av den angitte art er kjent fra DE-PS

835 908.

Ved retningsradiostrekninger til overføring av informasjon opptrer der relativt store variasjoner i radiofeltdempningen i løpet av døgnet. Rent eksempelvis skal der i den forbindelse henvises til følgende publikasjoner:

Jurgen Grosskopf, "Wellenausbreitung", I, side 144-154,

H. Brodhage og W. Hormuth, "Planung und Berechnung von Richtfunkverbindungen", billedbilag 15 og 16.

For eksempel opptrer der ved en siktforbindelse i henhold til fig. 6 med en første fri fresnelsone mellom sende- og mottagningsantenne 1 resp. 2 i retningen for strålen 6, variasjoner på mer enn 30 dB. Mange av de -opptredende radiofelt-variasjoner er her meget kortvarige, og andre igjen ér av-hengige av et større tidsrom av døgnet. Således er f.eks. feltstyrken vesentlig høyere i de tidlige morgentimer enn i ettermiddagstimene med eventuell solinnstråling. Disses svekningsfenomener lar seg for en stor del forklare ved at luftens dielektrisitetskonstant ikke er konstant, men enten tiltar eller avtar kraftig fra marken. Betinget ved dette forhold skjer der, slik det er kjent og også antydet på fig. 6,

en brytning av den elektriske bølge enten mot jordoverflaten 11 slik det er tilfellet med strålen 3, eller bort fra den slik det er tilfellet med strålen 5 - og der opptrer i radiofeltet særlig ved sterkt buntende antenner, koblingstap resp. fading, da fortrinnsretningen for antennediagrammet 10 nå ikke lenger er orientert optimalt på den retning resp, vei på

hvilken den elektromagnetiske bølge under de ovennevnte forhold kan komme fra sendested til mottagningssted. Ved etterregulering av utstrålingsvinkelen i antennediagrammet 8 på fig. 6 i retning av en tilpasning til de klimatologisk endrede utbredelses-betingelser, hvorved retningskarakteristikken ved retnings-antenner til stadighet er orientert langs den vei den elektromagnetiske bølge tar, lar disse variasjoner i radiofeltdempning seg redusere betraktelig.

Etter hva praksis viser fører orienteringen av retnings-antenner i retning mot minimum av radiofeltdempning ikke i alle tilfeller til en optimering av strekningens overføringsegenskaper. Dette gjelder særlig det tilfelle at overføringen av informasjonen blir foretatt i digitalisert form.

For eksempel ved TDM-signaler må man regne med at svinn-fenomener av lignende art som dem der opptrer ved overføringen av FDM-signaler, noe som ved FDM-signaloverføring bare medfører tildels kraftig økning av støyen, i det foreliggende tilfelle fører til sammenbrudd av overføringen over radiofeltet med en feilrate av størrelsesorden opp til 50%. Årsaken til dette sammenbrudd er å se i at signaler kommer fra sende- til mottagningssted på forskjellige veier og derved fører til en selvødeleggelse i det minste av deler av informasjonsspekteret.

Til grunn for oppfinnelsen ligger den oppgave å gi anvisning på en ytterligere løsningsvariant for en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art, en variant som nettopp ved overføringen av digitaliserte informasjoner fører til optimale resultater selv under hensyntagen til de feil som forårsakes av flerveis innflytelser.

Med utgangspunkt i en fremgangsmåte til optimering av

en retningsradiooverføringsstreknings driftsegenskaper blir denne oppgave ifølge oppfinnelsen løst ved at der for oppnåelse av et lavest mulig antall feil forårsaket av flerveis innflytelser gjøres bruk av øyenåpningen som antennestyrekriterium.

Som det fremgår f.eks. av publikasjonene "Fernmeldepraxis", bind 46, (1969), nr. 4, side 150-156 og DE-AS 18 04 719 er det innen dataoverføringsteknikken kjent å bedømme kvaliteten av en dataoverføringskanal ved hjelp av det såkalte "øyen-oscillogram", og det over øyenåpningen. Ved den tydning av dette kriterium som oppfinnelsen gir anvisning på, for gjen-sidig orientering av sende- og mottagningsantenne ved en retningsradiostrekning for digitale signaler er det på ytterst gunstig måte mulig å skaffe en optimering av dens driftsegenskaper over tiden.

Ved en foretrukken utførelsesform for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir den til enhver tid mottagende antennes retningskarakteristikk langsomt endret sinus- eller sagtannformig.

En ytterligere gunstig utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er angitt i krav 3.

Under henvisning til tegningen vil den problematikk som ligger til grunn for oppfinnelsen bli belyst nærmere i det følgende.

Fig. 1 er et første vektordiagram.

Fig. 2 er et annet vektordiagram.

Fig. 3 er et diagram over mottagningsspenning som funksjon av frekvens.

Fig. 4 er et tredje vektordiagram.

Fig. 5 er et fjerde vektordiagram, og

fig. 6 viser en retningsradiostrekning skjematisk.

Til forklaring av årsaken til det sammenbrudd i en TDM-signaloverføring over en retningsradiostrekning som skyldes utbredelsen av signalene som skal overføres mellom sende- og mottagningssted på forskjellige veier, tjener figurene 1-3.

Fig. 1 viser det normale tilfelle ved delvis total-refleksjon (meget små vinkler, f.eks. stråle 3 på fig. 6) av de elektromagnetiske bølger på marken eller på refleksjons-skikt i overføringsmediet. Vektoren VI tilsvarer hovedstrålen fra speil til speil, altså til strålen i midten av køllen. Vektoren V2 er en sumvektor og er som vist sammensatt av forskjellige sidestråler av antenne-utstrålingsdiagrammet på sendesiden og av mottagningsdiagrammet. Ut fra disse to vektorer dannes vektoren Vr. Da de vektorer som tilsammen danner vektoren V2, kan være sammensatt på forskjellig måte, beveger spissen

av vektoren V2 seg på en stiplet antydet sirkel K eller et annet geometrisk sted.

På fig. 2 er der vist et annet begrensningstilfelle,

hvor vektorene VI og V2 tilsvarer hverandre med hensyn til størrelse. Da vektoren V2 her igjen beveger seg f.eks. som antydet på en sirkel K, er som det ses, til og med en total slettelse av signalet mulig alt etter frekvens og refleksjon.

Slike prosesser er anskueliggjort i diagramform på

fig. 3. I den øvre del av fig. 3 er mottagningsspenningen U2 oppført som ordinat og frekvensen som abscisse. Kurve 1 representerer det tilfelle at der skjer total slettelse i punktene x. Hvis overføringsfrekvensbåndet som skissert nedenfor (kurve 4) strekker seg hen over et slikt slettested, opptrer der forvrengninger i modulasjonsspekteret. Kurven 2 antyder et tilfelle hvor en total slettelse pga. vektorenes stilling ikke inntrer, jfr. fig. 1. Der fås da igjen maksima og minima, hvorav de sistnevnte er betegnet med y. I et slikt tilfelle blir RF-modulasjonsspekteret ved mottagerinngangen i samsvar med radiofeltets overføringskarakteristikk som vist ved kurve 4, forvrengt, f.eks. til en form som vist ved kurve 5. Dette kan særlig ved digitalsignaler føre til betraktelige tegnfor-vanskninger.

Hvis det lykkes å jevne ut overføringskarakteristikken mellom de to antenner med bare svak eller slett ingen pulsasjon, antydet ved kurve 3, og innstille antennene tilsvarende, er det mulig å unngå disse signalforvanskninger. I ethvert fall kan naturligvis den ovenfor omtalte selvødeleggelse unngås ved spesiell retningsinnstilling av antennene.

En ytterligere forklaring finner man ved å betrakte sum-vektorene. Hvis der i signalspekteret opptrer forvrenginger ved vektoriell subtraksjon (som ved x og y på fig. 3), er det mulig å redusere disse forvrenginger overproporsjonalt dersom det sørges for at bare det ene av de to relativt store signaler som danner differanseproduktet, blir ubetydelig endret i forhold til det annet. Dette er anskueliggjort på fig. 4 og 5. På fig. 5 ses det at man hvis vektoren VI bare økes ubetydelig i forhold til omveisvektoren V2, allerede oppnår en betraktelig minskning av forvrengningene over frekvens-området (jfr. fig. 3) i forhold til det tilfelle hvor de to vektorer nesten har samme størrelse. R skal her betegne restamplituden på subtraksjonsstedene og dermed et mål for de opptredende forvrenginger.

I motsetning til FDM-signaloverføring (bortsett fra pilotsignaler) er det ved TDM-signaloverføring mulig å bestemme mottagningskvaliteten av selve informasjonen eksakt, dvs. å fastslå om der spesielt forekommer multipath-innflytelser i radiofeltet. Ved hjelp av den i det følgende beskrevne "kvalitetskontrollinnretning" er det således mulig å konstatere kvalitetsforringelse i de mottatte signaler allerede før der opptrer feil ved regenerasjonen. I den forbindelse lar det seg gjøre å innvirke på de ved multipath-innflytelsens natur betingede signalforvrenginger ved å endre sende- og mottagningsantennenes utstrålingskarakteristikk. Dette forhold åpner mulighet for hvis antennenes sende- og mottagningskarakteristikk endres avhengig av kvalitetskjennetegn i det mottatte signal, å motvirke selvødeleggelse forårsaket ved addisjonen av flere signaler som når mottagningsstedet ad forskjellige veier.

Kvaliteten av det mottatte signal etter demodulasjon

av dette blir vanligvis definert ved begrepet "øyenåpning",

dvs. kvaliteten av et TDM-signal blir dårligere jo mindre "øyenåpningen" er. I den forbindelse er det ikke vesentlig om en "øyenåpning" pga. en forstyrrelse allerede er redusert såpass at der opptrer feil i forbindelse med regenerasjonen, eller ikke.

Som belyst i den ovenstående redegjørelse, vil størrelsen av signalforvrengningen ved opptredende multipath-effekt av-henge av den momentane antenneinnstilling. I den forbindelse er innflytelsen av utstrålingsretningen på sendesiden like stor som av den på mottagningssiden. Blir altså mottagnings-antennens retningskarakteristikk ubetydelig endret som funksjon av den f.eks. sinusformig eller sagtannformig varierende styrestørrelse, vil signalforvrengningen av det mottatte signal i takt med denne endring endre seg i samme grad, dvs. at "øyenåpningen" for det mottatte digitalsignal vil variere på samme måte og dermed levere etterstillingskriteriet for endring av retningen av antennens mottagningskarakteristikk.

En enkel kobling til å bestemme "øyenåpningen" er vist

på fig. 7. Det ankommende signal Sig på mottagningssiden blir ved hjelp av eri bryter S som styres med takten T, i takt med bit-frekvensen til enhver tid avfølt i midten av en ventet bit. Takten T er her avledet fra det ankommende signal via en taktgenereringskobling som ikke er vist på figuren. Bryteren S etterfølges av en dobbeltvindudiskriminator DD som på inn-gangssiden består av to terskelverdikoblinger SW1 og SW2 som med

sine utganger arbeider på de to innganger til en eksklusiv ELLER-port 0. Portens utgang, som utgjør utgangen fra dobbelt-vindudiskriminatoren DD, er forbundet med inngangen til en integrator I hvis utgang i sin tur arbeider på den ene inngang til en fasediskriminator Fl. Ved den annen inngang til fasediskriminatoren Fl foreligger den trekantformede wobbelspenning Uw. Styresignalet på utgangssiden blir tilført styreinngangen til drivmotoren Me for retningsantennens elevasjonsakse.

Terskelverdikoblingene SW1 og SW2 i dobbeltvindu-diskriminatoren DD har sine respektive andre innganger tilkoblet referansespenninger Url og Ur2 som fastlegger terskelverdi-koblingenes terskler og dermed amplituderammen for de tidsgløtt som forhåndsbestemmes ved kontaktpulsene i taktsignalet T.

For å gjøre virkemåten av koblingen på fig. 7 bedre forståelig er "øyemønsteret" for de mottatte signaler Sig og

takten T i diagrammet på fig. 8 oppført som funksjon av tiden t. Så lenge der innenfor tidsgløttet F ikke opptrer noe signal, får integratoren heller ingen puls fra eksklusiv-ELLER-portens utgang. Hvis der derimot innenfor tidsgløttet opptrer spenninger innen den amplituderamme som er gitt ved referansespenningene Url og Ur2, blir de gitt videre i form av pulser til integratoren I, og der oppstår en feilspenning som kommer til virkning ved inngangen til fasediskriminatoren. Denne utleder nu fra dette feilsignal, avhengig av den tilførte wobbelspenning Uw ved sin annen inngang, en retningsavhengig styrestørrelse som i avhengighet av sin wobbelbevegelse endrer den midlere elevasjonsvinkel for antennen via dennes drivmotor slik at feilspenningen ved utgangen fra integratoren I blir minimum. Wobbelspenningen Uw er i koblingen på fig. 7 tillike overlagret det egentlige styresignal for drivmotoren for antennen i elevasjonsaksen og utgjør altså den vekselstørrelse som er nødvendig for å la antennen svinge ubetydelig om elevasjonsaksen som en søkeoperasjon for vedvarende optimumsbestemmelse.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte til optimering av driftsegenskapene hos en retningsradio-overføringsstrekning, hvor stråleretningen for de i området for optisk sikt mot hinannen orientert antenner, nemlig den til enhver tid mottagende antenne, i korte tidsavstander eller kontinuerlig endres automatisk og fortløpende ved svingning av antennediagrammet i hovedaksen i vertikal retning fra hovedstråleretningen, fortrinnsvis i små vinkler sammenlignet med halvverdibredden, og et antennekriterium for maksimal mottagning avledes ved signaltydning, karakterisert ved at der for oppnåelse av et lavest mulig antall feil forårsaket av flerveis innflytelser gjøres bruk av "øyenåpningen" som antennestyrekriterium.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den til enhver tid mottagende antennes retningskarakteristikk langsomt endres sinus- eller sagtannformig.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 og 2, karakterisert ved at der tilføyes de mottatte signaler et testprogram for sammenligning av feilhyppighet.