WO2003047137A2 - Verfahren und vorrichtungen zur synchronisation von funkstationen und zeitsynchrones funkbussystem - Google Patents

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WO2003047137A2
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receiver
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sig2
signal source
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Claus Seisenberger
Martin Vossiek
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L7/00—Arrangements for synchronising receiver with transmitter
    • H04L7/04—Speed or phase control by synchronisation signals
    • H04L7/06—Speed or phase control by synchronisation signals the synchronisation signals differing from the information signals in amplitude, polarity or frequency or length

Definitions

  • the invention relates to a method for synchronizing radio stations with the generic features of claim 1, a device or a bus system for performing such a method and possible uses for it.
  • a simple frequency reference can be achieved by using oscillators with high frequency stability in the transmitter and in the receiver. Due to temperature or aging drifts, however, there is always an unknown residual frequency offset. More complex arrangements have means which are suitable for determining the residual frequency offset and / or the phase offset. Based on the determined deviation quantities, the comparison source can then be controlled or regulated, for example. Various frequency and phase locked loops are used for this. As a rule, these methods are very complex and prone to interference, in particular when the source of the transmission source to which the adjustment is to be made is not the only source of transmission signals in the vicinity of the receiving station.
  • the phases of the two sources cannot have a fixed relationship, the phases in principle corresponding to a time variable.
  • the two time references only match for a short time and then diverge more or less quickly depending on the remaining frequency offset, since the clock of the "clocks" is not exactly the same speed.
  • it is very difficult to send very exact time stamps because e.g. the edges of a bit cannot be as steep as desired, since the permitted bandwidths are subject to legal restrictions in radio systems.
  • a transmitting station sends a signal to a receiving station, which in turn responds to this signal after an agreed time interval. If the "clock" in the receiving station does not run exactly in sync with the "clock” in the transmitting station, the time of reply of the transmitting station is never exactly known. This prevents, for example, that the spatial distance between the transmitting and receiving station can be determined based on the transit time of the transmitted signals. This also complicates especially for very broadband radio systems, demodulation or information extraction of the received signals.
  • the object of the invention is to propose a method and a device which enable improved synchronization of two stations which communicate with one another via a radio link.
  • a transmitter signal with a signal source is generated in the transmitter station and transmitted via the radio interface and a corresponding reception signal is expedient in the receiver station received by the radio interface and evaluated using a receiver signal source signal from a receiver-side signal source adapted to the transmitter-side signal source, for the current adaptation of the synchronization both to the transmission signal and to the receiver signal source signal, a similar frequency modulation applied, in which Received station received signal is mixed with the receiver signal source signal to a mixed signal and the mixed signal with respect to a frequency detun analysis is heard.
  • Frequency modulations can be in particular as a linear or sectionally linear ramp with a continuously increasing and / or decreasing frequency. Any other modulations can be used instead of a ramp
  • a proportionality value which in simple cases can be set to one
  • a constant frequency difference value and a time offset of the signals to one another can generally be determined.
  • a simple system of equations can be used to solve this.
  • Such a method can be carried out in appropriately equipped receiver devices or combined transmitter / receiver devices that use parameters for the modulation, which parameters are also used in this form in the transmitter devices for signal generation.
  • the transmitter devices are also to be equipped in such a way that various modulation parameters are used in general or on request by the receiver station communicating therewith when generating the transmit signal.
  • a time-synchronized bus system with at least one main station and a large number of communication devices communicating with it can be used in many technical areas, for example for controlling technical systems with a central main station and a large number of workstations which are controlled by the central main station.
  • FIG. 2 shows two signal forms, such as those generated by a first signal generator in a transmitting device or a second signal generator in a receiving device;
  • Fig. 4 signals with different frequency profiles
  • FIG. 5 shows an embodiment of a preferred transmitting / receiving device
  • FIG. 6 shows a main station which communicates with a plurality of communication devices and Fig. 7 different amplitude spectra of frequency components.
  • a transmission device SE consists of various devices, of which only the relevant ones are described below for the sake of simplicity. These are, in particular, a signal generator SGEN 1 for generating a transmission signal sigl and a clock device CLK 1 for generating a clock for exciting the signal generator SGEN 1.
  • the transmitting device SE uses the signal generator SGEN 1 to generate the transmitting signal sigl, which is emitted via a transmitting antenna AS via a radio interface V in the direction of the receiving device EE.
  • the form of the sigl signal is fixed, e.g. a triangular frequency modulated ramp, as shown in Fig. 2. Only the frequency f and the duration 2-T of the signal sigl are scaled by a base clock, which is generated in the clock device CLK1 of the transmitting device SE and has the duration 2T.
  • the receiving device EE is largely constructed identically.
  • a signal sig2 is generated in this in the same way as in the transmission device SE.
  • a signal generator SGEN 2 which is excited by a clock device CLK 2 with the aid of a clock, is again used for signal generation.
  • the shape of the sig2 signal should correspond to the shape of the sigl signal.
  • the scaling factor of the signal sig2, which is determined by the clock device CLK2 is generally, i.e. in the unsynchronized case, initially different from that of the signal sigl of the transmitter SE. In general, there is also initially a time and frequency offset between these sigl and sig2 signals.
  • the signal received via an antenna AE of the receiving device EE which was previously generated and transmitted by the transmitting device SE, is mixed with the signal using a mixer MIX sig2 mixed.
  • the mixed signal sigmix is fed to an evaluation and control device ASE, which analyzes the mixed signal sigmix and modifies the clock of the clock device CLK2 based on the evaluation result in such a way that the transmitter device SE and the receiver device EE run as synchronously as possible.
  • a triangular frequency-modulated ramp is preferably used as the signal form.
  • the frequency f of the sinusoidal transmit signal Sigl directly linear or fsto linearly increased in stages in the time T, first to a stop frequency and then reduced in the same way back to the output frequency f s t a r t.
  • This modulation is preferably repeated cyclically.
  • the exact values of the start frequency f s tart are dependent on the stop frequency f s to P and on the time T of the clock device CLK1 and are therefore unknown in the context in which the base clock can fluctuate from the clock device CLK1.
  • the signal sig2 of the receiving device EE is generated in the same way. Depending on the clock device CLK2 of the receiving device EE, the signal sig2 of the receiving device EE differs from the transmitter signal sigl with respect to the starting frequency fstart, the stop frequency f st0 p and the time T, and there is initially any time offset or time offset between the signals sigl and sig 2.
  • the difference between the signal sigl of the transmitting device SE and the signal sig2 of the receiving device EE are sufficiently precise by a frequency offset ⁇ f and Describe a time offset ⁇ .
  • the mostly slightly different slope of the ramps can be neglected under the conditions mentioned, which are generally given in the usual practical designs of radio systems.
  • the frequency difference ⁇ f between the two signals sigl and sig2 is determined in the mixer MIX, which is usually followed by a low-pass filter, which eliminates the high-frequency mixing components.
  • the spectrum shown in FIG. 3 results.
  • the amplitudes of the monofrequency signal components A sig are higher, the lower the time offset ⁇ between the signals sigl and sig2.
  • the amplitude of the broadband signal modsig is generally significantly smaller than the onofrequency signal components A slg , except in the special case in which the signals sigl and sig2 are relatively exactly offset by T, since the signal energy is distributed over a wide bandwidth.
  • the two frequencies f up and f dn of the monofrequency signals are from this spectrum to determine. If these are known, the receiving device EE can be synchronized very precisely with the transmitting device SE.
  • the method is not only applicable to the waveform shown in FIG. 2. If ramp-shaped signals are used, it is only necessary to use two ramp branches with different slopes in order to arrive at two different frequency values with which the frequency offset ⁇ f and the time offset T 0 ff can then be calculated. A somewhat more general case will now be considered as an example to explain the principle of synchronization.
  • ⁇ represents the sweep rate and ⁇ the transit time of the signal from the transmitting device SE to the receiving device EE. If f s ⁇ gm ⁇ x (t) is measured successively for two different sweep rates ⁇ and ⁇ 2 and it is assumed that the quantities ⁇ f, T off and ⁇ , which are initially unknown in the unsynchronized case, do not, or at least only very little, between the two measurement solutions, there is a common system of equations with the following solutions for ⁇ f and T 0 f f :
  • ⁇ f f b2 (t) - ⁇ 1 -f bl (t) - ⁇ 2 or _ ⁇ - ⁇ 2
  • T ⁇ (f b 2 (t) -fbl (t)) + 2- t- ⁇ - ( ⁇ 1 - ⁇ 2 ) -2 - t- ( ⁇ 1 - ⁇ 2 ) + ⁇ - ( ⁇ 1 - ⁇ 2 ) ⁇ ° ff ⁇ - ( ⁇ 1 - ⁇ 2 )
  • the time offset 0 f is known except for the signal transit time ⁇ and the two radio stations SE and EE can also be synchronized with respect to the time t.
  • the following system topology and evaluation is proposed. If the signal of a station, that is to say both the center frequency and the modulation, are derived from a common reference frequency source, for example as shown later in FIG. 5, for example by mixing, multiplying or with the aid of phase / frequency control loops, so the proportionality factor ⁇ is always in an arithmetic relationship to the frequency offset ⁇ f. If the frequency offset ⁇ f is first determined as described above, the proportionality factor ⁇ and consequently also the time offset T off can be derived therefrom.
  • the transmitter device SE and the receiver device EE run synchronously, ie both the signals sigl and sig2 are almost identical and the clock signals in CLKl and CLK2 are almost the same. As a result, the synchronization remains even over longer periods.
  • the two radio stations SE and EE are clearly seen as clocks, then after successful synchronization the clocks run at the same speed and, with the exception of the signal delay ⁇ , also run exactly the same.
  • the mixed frequency fsig m ix (t) is no longer a function of time, but constant. Deviates, the proportionality factor ⁇ only little from 1, the time dependence of f S igmix vernach ⁇ nores may also be in the un- synchronized case, what the analysis considerably simplified, since then the mixed signal f sig m ix with conventional spectral analysis, such as Fourier transformation can be determined averaged over the entire measurement period and does not have to determine the instantaneous frequency, ie the derivative of the signal phase.
  • the waveforms as shown in FIG. 2 are again assumed.
  • the explanations are of course also applicable to the general case.
  • the following improvements to the synchronization procedure are advantageous in the execution of the system.
  • the signals sigl and sig2 are offset relatively precisely by the time T and therefore the two frequencies f up and fdn cannot be detected or cannot be clearly detected.
  • This special case is preferably treated in such a way that the receiver signal sig2 is always offset by preferably half the time T / 2 and a new measurement is started if the two frequencies f u and fdn cannot be clearly detected in the spectrum.
  • the synchronization is preferably carried out adaptively in several steps.
  • the embodiment from FIG. 1 is preferably expanded by a radio communication link V * from the receiving device EE to the transmitting device SE.
  • This radio communication link V can be designed according to any state of the art and is therefore not described in detail here. It is only important that the receiving device EE reports to the Transmitter SE can transmit to control the synchronization process.
  • the synchronization is preferably started exactly as described above, but with a significantly reduced modulation bandwidth B.
  • the receiver signal sig2 selected the ramp signal with the smallest bandwidth and repeated this at least N times.
  • the frequency analysis is also preferably carried out over a time range of 2NT. The frequencies of f up and f dn shown above then result for one of the N pairs of ramps.
  • the ramp signal with the next higher bandwidth is used in the same way for the receiver signal sig2, etc., until the N ramps of this signal sig2 have reached the full bandwidth.
  • the mixer mix can be designed both as a real-value mixer and as a quadrature mixer, which generates the real and imaginary part of the mixed signal sigmix. If the mixed signal sigmix is measured as a real value, the negative frequencies in the spectrum, as is generally known, are flipped at the zero point into the positive frequency range.
  • a real-valued mixed signal sigmix it can make sense to select a certain non-zero intermediate frequency f zf for the mixed signal sigmix, e.g. to select the mixed signal sig2 so that the frequency offset ⁇ f is not zero even after complete synchronization, but the intermediate frequency f corresponds to zf .
  • the evaluation and control device ASE preferably comprises an analog / digital converter AD, a memory for digital recording of the mixed signal sigmix and a processor ⁇ P for spectral analysis and for controlling the clock device CLK2 or for generating and controlling the signal sig2 of the receiving device EE.
  • the signal generators are preferably implemented using a frequency synthesizer with a phase locked loop, a digital signal generator or a DDS module (Direct Digital Synthesis).
  • the frequency synthesizer can be implemented according to any state of the art, for example with programmable fractional or integer dividers or with a DDS module. Whether the signals are adjusted as shown via the clock devices CLKl and CLK2 or by other means, e.g. directly via a frequency synthesizer or a DDS arrangement or whether the signal pattern of the signal generator is recalculated is of course not decisive for the function of the method as long as the resulting signals sigl and sig2 and their adaptation described correspond to the above statements or can be attributed to them.
  • the waveforms are generated in a low-frequency baseband and then using a fixed frequency oscillator e.g. mixed up in the microwave range.
  • a fixed frequency oscillator e.g. mixed up in the microwave range.
  • the method is of course not fixed to a specific frequency range or to a specific wave type, but e.g. applicable to acoustic waves, electromagnetic waves. All that is important is the ability to modulate the source and the ability to mix the sigl and sig2 signals.
  • the mixing process, e.g. multiplication can of course also be carried out arithmetically in a computing device at suitable frequencies.
  • FIG. 5 A possible embodiment is shown in FIG. 5.
  • the system is designed here in such a way that the station can function both as a transmitting and a receiving device.
  • This combined station essentially consists of an antenna A for transmitting and receiving signals sigl or sig2.
  • a switch SW is connected to the antenna, which switches between a reception and a transmission mode and couples the antenna A to corresponding modules.
  • the output of the switch ' SW for received signals sigl is connected to a mixer MIX.
  • a second input of the mixer MIX is connected to a signal source VCO, as described above.
  • the output of the mixer MIX, via which the mixed signal sigmix is output, is connected to a filter FLT1, the output of which leads to the actual evaluation and control device ASE.
  • This consists in particular of an analog / digital converter AD and a microprocessor ⁇ P.
  • the output of the microprocessor ⁇ P is connected to a DDS module DDS or a corresponding arrangement.
  • the microprocessor ⁇ P and the DDS module DDS each have a further input for supplying a clock signal from a clock generator CLK.
  • the output of the DDS module DDS is connected to a signal generator SGEN2 (2) if it is not designed as a component of this.
  • the signal generator SGEN2 (2) consists of a large number of components, in particular the signal source VCO, the output of which leads to the mixer MIX, a power amplifier PA and a frequency divider T, the frequency divider T for dividing the signal frequency f of the signal sig2 to an integer fraction f / N, a further mixer MIX2, the inputs of which are connected to the clock source CLK and the frequency divider T, a second filter FLT2, the input of which is connected to the further mixer MIX2, a phase comparator or phase comparator Phcmp ⁇ , the inputs of which are connected to the second filter FLT2 and the DDS module DDS are connected, and a filter FLT3 whose input is connected to the output of the phase comparator Phcmp and whose output is connected to the input of the signal source VCO.
  • the switch SW selects whether the signal generated by the VCO (Voltage Controlled Oscillator) is transmitted via the power amplifier PA or whether the signal received via the antenna A is mixed in the mixer MIX with the signal generated in the signal source VCO.
  • VCO Voltage Controlled Oscillator
  • the signal generation takes place in the exemplary embodiment shown with a DDS frequency synthesizer.
  • the frequency of the clock source or of the fixed frequency oscillator CLK serves as the base clock.
  • the base clock is used to derive all signals, frequencies and time variables for the system, ie the processor ⁇ P and the DDS module DDS.
  • the DDS module DDS, the phase comparator Phcmp, the second and third filters FLT2 and FLT3, the signal source VCO, the further mixer MIX2 and the frequency divider T form a frequency synthesizer according to the prior art.
  • the frequency synthesizer could of course also be implemented according to another prior art.
  • the DDS module DDS can be replaced by a divider programmable by processor ⁇ P or a digital function generator, i.e. a memory with a stored waveform and D / A converter, or a frequency synthesizer with fractional PLL (phase lock loop) or e.g. the mixer MIX2 can be omitted.
  • the VCO frequency of the signal source or transmitting device VCO is tuned by the bandwidth B from the starting frequency fstart using the DDS module DDS, and the frequency f up is determined in a corresponding first measurement and fstart in a further measurement with the reverse sweep direction, ie from FSTA r t + B, starting without the frequency f Dn is determined, can be based on the determined frequencies f up and f Dn the following solutions for the frequency offset .DELTA.f and the time offset Derive T 0 ff from the relationships shown above:
  • the frequencies f Up and f Dn are determined in the exemplary embodiment after A / D conversion of the mixed signal sigmix in the processor ⁇ C with the aid of the fast Fourier transformation (FFT) or another known spectral analysis method.
  • FFT fast Fourier transformation
  • the method can be used very advantageously in time-synchronous bus systems.
  • a communication system based on any State of the art is expanded by the described embodiment.
  • After successful synchronization it is then possible, for example, to transmit instructions or instruction sequences with time stamps by radio and to process the instructions or instruction sequences with high precision, for example in the microsecond range or even in the nanosecond range, according to the specified time schedule.
  • This can be necessary in particular if, as shown in FIG. 6, several communication devices KE are instructed by a main or master station ME, for example in the case of a machine tool in which several processing devices are addressed by radio, the work processes of which are very critical in terms of time are coupled together. All communication devices are then synchronized with the master device using the method according to the invention.
  • the synchronization with the described method can also be carried out exactly in such a way that an exact channel length measurement, i.e. the distance between two communication devices, e.g. can take place in a time-division multiplex mode according to a "challenge-response method".
  • a first station KE 1 or ME sends a signal to a second station KE 2, which in turn transmits a response signal back after an agreed period of time.
  • the signal delay and thus the radio channel length can then be calculated from the time difference between the query and response, taking into account the agreed time period.
  • this method usually fails because two spatially separate systems cannot agree on an exact time period, in particular no longer time period, since their clock bases are not identical.
  • the synchronization allows a highly precise adjustment of the clocks.
  • the time synchronization can be further improved by taking the signal propagation times into account.
  • the system according to the method can also be used very advantageously for measuring and characterizing radio channels.
  • the system is particularly suitable for the detection and evaluation of multiple reflections. If multiple reflections occur, ie the transmitted signal of the transmitting station does not only reach the receiving station via one but several paths of different lengths, the spectrum from FIG. 2 changes in the way as shown in FIG. 7.
  • additional spectral lines f up2 , fdm ..., f up ⁇ , fcin ⁇
  • the frequency differences between the lines can be very useful simply calculate the transit time differences or the length differences of the transmission paths.
  • each transmission path must be assigned an exact transmission loss.
  • the entire transmission channel must therefore be analyzed in great detail. Based on such an analysis according to the method, it would be possible to improve communication systems by adapting the coding scheme of the data transmission or the data rate of the communication system to the respective channel properties depending on the situation. This can ensure improved transmission security and an increased effective data rate. It is also feasible to take the measured channel properties into account when evaluating the data stream, for example with the aid of a refolding that compensates for the different lengths and attenuations of the transmission paths.
  • the synchronization signals shown have very good autocorrelation and cross-correlation properties, so that it is also possible to transmit a data stream in parallel, that is to say at the same time, with the synchronization signals.
  • the correlation properties of the synchronization signals also have the effect that the system and method according to the method are generally very robust against interference from other radio systems.

Abstract

Die Erfindung bezeiht sich auf ein Verfahren zum Synchronisieren einer Senderstation (SE) und einer Empfängerstation (EE), die über eine Funkschnittstelle (V) miteinander kommunizieren, wobei in der Senderstation (SE) ein Sendesignal (sig1) mit einer Signalquelle (SGEN1) erzeugt und über die Funkschnittstelle (V) ausgesendet wird und in der Empfängerstation (EE) ein entsprechendes Empfangssignal (esig1) von der Funkschnittstelle (V) empfangen und unter Verwendung eines Empfänger-Signalquellensignals (sig2) von einer an die senderseitige Signalquelle (SGEN1) angepassten empfängerseitigen Signalquelle (SGEN2) ausgewertet wird. Zur Verbesserung der Synchronisierung und Korrektur momentaner Abweichungen wird vorgeschlagen, sowohl auf das Sendesignal (sig1) als auch auf das Empfänger-Signalquellensignal (sig2) eine gleiche Frequenzmodulation anzuwenden, wobei das in der Empfängerstation (EE; SE/EE) empfangene Empfangssignal (esig1) mit dem Empfänger-Signalquellensignal (sig2) zu einem Mischsignal (sigmix) gemischt wird und das Mischsignal (sigmix) hinsichtlich einer Frequenzverstimmung analysiert wird.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtungen zur Synchronisation von Funkstationen und zeitsynchrones Funkbussystem
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Synchronisation von Funkstationen mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Vorrichtung bzw. ein Bussystem zum Durchführen eines solchen Verfahrens sowie Verwendungsmöglichkeiten dafür.
Bei Mikrowellensystemen ist es üblich, detektierte hochfrequente Signale nicht direkt sondern in Relation zu einem Vergleichssignal auszuwerten. Üblicherweise werden Mischer oder Demodulatoren eingesetzt, mit denen ein detektiertes Signal mit einem Vergleichssignal in ein zumeist niederfrequenteres Band heruntergesetzt wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Vergleichssignal einen möglichst exakten Zeit- und Frequenz-Bezug zum detektierten Signal aufweist. Je exakter dieser Bezug ist, desto störsicherer und desto einfacher kann auf die im detektierten Signal enthaltenen Information geschlossen werden. Wird das interessierende Signal von einer Sendestation gesendet und in einer räumlich entfernten Empfangsstation in der beschriebenen Art und Weise empfangen und ausgewertet, so ist dieser gewünschte Zeit- und Frequenzbezug nicht ohne weiteres gegeben, da beide Signal, also das in der Sendestation generierte Sendesignal und das in der Empfangsstation generierte Vergleichssignal, aus unterschiedlichen Quellen stammen bzw. aus unterschiedlichen Quellen abgeleitet wurden.
Daher ist es von generellem Interesse, die Quellen in der Sende- und Empfangsstation in irgendeiner Weise aneinander anzukoppeln. Zu diesem Zweck sind unterschiedliche Verfahren und Anordnungen üblich. Ein einfacher Frequenzbezug kann dadurch realisiert werden, dass im Sender und im Empfänger Oszillatoren mit hoher Frequenzstabilität verwendet werden. Durch z.B. Temperatur oder Alterungsdriften bleibt hier jedoch immer ein unbekannter Rest-Frequenzversatz. Aufwendigere Anordnungen besitzen Mittel, die geeignet sind, den Rest- Frequenzversatz und/oder den Phasenversatz zu bestimmen. Basierend auf den bestimmten Abweichungsgrößen kann dann z.B. die Vergleichsquelle gesteuert oder geregelt werden. Hierzu werden unterschiedlichste Frequenz- und Phasenregelschleifen eingesetzt. Diese Verfahren sind in aller Regel sehr aufwendig und störanfällig, insbesondere dann, wenn die Quelle der Sendequelle, auf die eingeregelt werden soll, nicht die einzige Quelle von Sendesignalen in der Umgebung der Empfangsstation ist.
Existiert ein Rest-Frequenzversatz, so können die Phasen der beiden Quellen in keinem festen Bezug stehen, wobei die Phasen im Prinzip einer Zeitgröße entsprechen. Wird z.B. von der Sendestation eine Zeitmarke gesendet und von der Empfangsstation detektiert, so stimmen beide Zeitreferenzen nur für kurze Zeit überein und laufen dann je nach Rest-Frequenzversatz mehr oder weniger schnell auseinander, da der Takt der "Uhren" nicht genau gleich schnell ist. Des Weiteren ist es nur sehr schwer möglich, sehr exakte Zeitmarken zu senden, da z.B. die Flanken eines Bits nicht beliebig steil sein können, da die zugelassenen Bandbreiten bei Funksystemen gesetzlichen Beschränkungen unterliegen.
Daher bestehen bei Funksystemen häufig folgenden Probleme:
Bei Funksystemen im Zeitmultiplexbetrieb sendet eine Sendestation ein Signal zu einer Empfangsstation, die ihrerseits auf dieses Signal nach einem vereinbarten Zeitintervall antwortet. Läuft die "Uhr" in der Empfangsstation nicht exakt synchron zu der "Uhr" in der Sendestation, so ist der Antwortzeitpunkt der Sendestation nie exakt bekannt. Dies verhindert z.B., dass basierend auf der Laufzeit der übertragenen Signale der räumliche Abstand zwischen Sende- und Empfangsstation bestimmt werden kann. Auch erschwert dies, ins- besondere bei sehr breitbandig arbeitenden Funksystemen, die Demodulation bzw. die Informations-Extraktion der Empfangssignale.
Bei zeitsynchronen komplexen Funkbussystemen besteht teilweise die Aufgabe, von einer Masterstation eine oder mehrere Informationen an unterschiedliche Slave-Empfangsstationen zu übertragen. Beinhalten diese Informationen z.B. Handlungsanweisungen, so ist es bei einigen Anwendungen wünschenswert, dass diese angewiesenen Handlungen zeitsynchronisiert ablaufen, z.B. wenn bei einer Werkzeugmaschine per Funk mehrere Bearbeitungseinrichtungen angesprochen werden, deren Arbeitsabläufe aber zeitlich sehr kritisch gekoppelt sind. Aus den oben genannten Gründen ist eine solche Zeitsynchronität im Allgemeinen bei Funkbussystemen nicht gegeben. Zum einen werden die Anweisungen zu den einzelnen Slave-E pfangsstationen zumeist sequentiell gesendet zum anderen dauern die angewiesenen Handlungen oft relativ lange. D.h. die "Uhren" in allen Funkstationen müssen sehr exakt synchronisiert sein, um derartige Anwendungen bedienen zu können. Eine Synchronisation, mit z.B. der gängigen DCF-77-Funkuhr, ist häufig wesentlich zu ungenau und mit z.B. GPS-basierten Uhren (GPS: Global Po- sitioning System) häufig zu aufwendig und teilweise auch noch zu ungenau.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung vorzuschlagen, welche eine verbesserte Synchronisierung von zwei Stationen ermöglichen, die über eine Funkverbindung miteinander kommunizieren.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Synchronisation von Funkstationen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 17, ein Bussystem mit den Merkmalen des Anspruchs 19 bzw. Verwendungen eines solchen Verfahrens mit den Merkmalen der Ansprüche 20 bzw. 21 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche .
Zweckmäßigerweise wird bei einem Verfahren zum Synchronisieren einer Senderstation und einer Empfängerstation, die über eine Funkschnittstelle in einem funk- oder leitungsgestützten Kommunikationssystem miteinander kommunizieren, wobei in der Senderstation ein Sendesignal mit einer Signalquelle erzeugt und über die Funkschnittstelle ausgesendet wird und in der Empfängerstation ein entsprechendes Empfangssignal von der Funkschnittstelle empfangen und unter Verwendung eines Empfänger-Signalquellensignals von einer an die senderseitige Signalquelle angepassten empfängerseitigen Signalquelle ausgewertet wird, zur j eweils aktuellen Anpassung der Synchronisation sowohl auf das Sendesignal als auch uf das Empfänger- Signalquellensignal eine gleichartige Frequenzmodulation angewendet, wobei das in der Empfängerstation empfangene Empfangssignal mit dem Empfänger-Signalquellensignal zu einem Mischsignal gemischt wird und das Mischsignal hinsichtlich einer Frequenzverstimmung analysiert wird .
Frequenzmodulationen können insbesondere als eine lineare o- der streckenweise lineare Rampe mit kontinuierlich steigender und/oder abfallender Frequenz sein . Anstelle einer Rampe können auch beliebige andere Modulationen verwendet werden
Unter Berücksichtigung eines Proportionalitätswertes , der in einfachen Fällen gleich Eins setzbar ist, sind in der Regel ein konstanter Frequenzdifferenzwert und ein Zeitversatz der Signale zueinander bestimmbar . Zur Lösung kann ein einfaches Gleichungssystem verwendet werden .
Ein solches Verfahren kann in entsprechend ausgestatteten Empfängervorrichtungen oder kombinierten Sende-/ Empfängervorrichtungen durchgeführt werden, die für die Modulation Parameter verwenden, welche in dieser Form auch in den Sendeeinrichtungen bei der Signalerzeugung verwendet werden . Ins- besondere bei Verfahren mit einer Anpassung der Modulation an die momentanen Bedürfnisse sind auch die Sendeeinrichtungen so auszustatten, dass bei der Sendesignalerzeugung verschiedene Modulationsparameter generell oder auf Anforderung durch die damit kommunizierende Empfängerstation hintereinander verwendet werden.
Ein zeitsynchronisiertes Bussystem mit zumindest einer Haupt- station und einer Vielzahl von damit kommunizierenden Kommunikationseinrichtungen ist in vielen technischen Bereichen einsetzbar, beispielsweise zur Steuerung technischer Anlagen mit einer zentralen Hauptstation und einer Vielzahl von Arbeitsstationen, die durch die zentrale Hauptstation gesteuert werden.
Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 zwei miteinander kommunizierende Funkstationen;
Fig. 2 zwei Signalformen, wie sie durch einen ersten Signalgenerator in einer Sendeeinrichtung bzw. einen zweiten Signalgenerator in einer Empfangseinrichtung erzeugt werden;
Fig. 3 das Spektrum eines frequenzmodulierten Signals;
Fig. 4 Signale mit verschiedenen Frequenzverläufen;
Fig. 5 eine Ausführungsform einer bevorzugten Sende-/ Empfangseinrichtung;
Fig. 6 eine Hauptstation, die mit mehreren Kommunikations- einrichtungen kommuniziert und Fig. 7 verschiedene Amplitudenspektren von Frequenzkomponenten.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht eine Sendeeinrichtung SE aus verschiedenen Einrichtungen, von denen nachfolgend zur Vereinfachung nur die hier relevanten beschrieben werden. Dies sind insbesondere ein Signalgenerator SGEN 1 zum Erzeugen eines Sendesignals sigl sowie eine Takteinrichtung CLK 1 zum Erzeugen eines Taktes zum Anregen des Signalgenerators SGEN 1.
Die Sendeeinrichtung SE erzeugt über den Signalgenerator SGEN 1 das Sendesignal sigl, welches über eine Sendeantenne AS ü- ber eine Funkschnittstelle V in Richtung der Empfangseinrichtung EE abgestrahlt wird. Die Form des Signals sigl ist fest vorgegeben, z.B. eine dreieckförmig frequenzmodulierte Rampe, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Lediglich Frequenz f und Dauer 2-T des Signals sigl werden durch einen Basistakt, der in der Takteinrichtung CLKl der Sendeeinrichtung SE erzeugt wird und die Dauer 2T hat, skaliert.
Die Empfangseinrichtung EE ist in weiten Teilen gleichartig aufgebaut. In dieser wird in gleicher Weise wie in der Sendeeinrichtung SE ein Signal sig2 erzeugt. Zur Signalerzeugung dient wiederum ein Signalgenerator SGEN 2, der mit Hilfe eines Taktes von einer Takteinrichtung CLK 2 angeregt wird. Die Form des Signals sig2 soll der Form des Signals sigl entsprechen. Der Skalierungsfaktor vom Signal sig2, der durch die Takteinrichtung CLK2 bestimmt wird, ist aber im Allgemeinen, d.h. im unsynchronisierten Fall, zunächst unterschiedlich zu dem vom Signal sigl der Sendeeinrichtung SE. Auch besteht im Allgemeinen zunächst ein Zeit- und Frequenzoffset zwischen diesen Signalen sigl und sig2.
Das über eine Antenne AE der Empfangseinrichtung EE empfangene Signal, welches zuvor von der Sendeeinrichtung SE erzeugt und gesendet wurde, wird mit einem Mischer MIX mit dem Signal sig2 gemischt. Das Mischsignal sigmix wird einer Auswerte- und Steuereinrichtung ASE zugeführt, die das Mischsignal sigmix analysiert und basierend auf dem Auswerteergebnis den Takt der Takteinrichtung CLK2 derart modifiziert, dass die Sendeeinrichtung SE und die Empfangseinrichtung EE möglichst synchron laufen.
Das Verfahren zur Synchronisation wird für eine besonders vorteilhafte Signalform im Folgenden näher beschrieben. Als Signalform wird vorzugsweise eine dreieckförmig frequenzmodulierte Rampe, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, verwendet. Von einer Startfrequenz fstart ausgehend, wird die Frequenz f des sinusförmigen Sendesignals sigl direkt linear oder auch linear in Stufen in der Zeit T zunächst bis zu einer Stoppfrequenz fsto erhöht und dann in gleicher Weise wieder bis zur Ausgangsfrequenz fstart verringert. Diese Modulation wird vorzugsweise zyklisch wiederholt. Dabei sind die exakten Werte von der Startfrequenz fstart von der Stoppfrequenz fstoP und von der Zeit T der Takteinrichtung CLKl abhängig und daher in dem Rahmen, in dem der Basistakt von der Takteinrichtung CLKl schwanken kann, unbekannt. Das Signal sig2 der Empfangseinrichtung EE wird in gleicher Weise erzeugt. Anhängig von der Takteinrichtung CLK2 der Empfangseinrichtung EE unterscheidet sich das Signal sig2 der Empfangseinrichtung EE aber bezüglich der Startfrequenz fstart, der Stoppfrequenz fst0p und der Zeit T von dem Sendersignal sigl und es besteht ein zunächst beliebiger Zeitversatz bzw. Zeitoffset zwischen den Signalen sigl und sig2.
Wird zunächst davon ausgegangen, dass die in dem System verwendeten Signalfrequenzen deutlich größer sind als die Modulationsbandbreite B der zur Synchronisation dienenden Signale sigl und sig2 und dass die Basistakte von den beiden Takteinrichtungen CLKl und CLK2 in der selben Größenordnung liegen, so kann man den Unterschied zwischen dem Signal sigl der Sendeeinrichtung SE und dem Signal sig2 der Empfangseinrichtung EE hinreichend genau durch einen Frequenzversatz Δf und ei- nen Zeitoffset τ beschreiben. Die zumeist leicht unterschiedliche Steigung der Rampen kann bei den genannten Voraussetzungen, die bei üblichen praktischen Ausführungen von Funksystemen im allgemeinen gegeben sind, vernachlässigt werden. In dem Mischer MIX, dem üblicherweise ein Tiefpassfilter nachgeschaltet ist, welches die hochfrequenten Mischanteile eliminiert, wird, wie dies für sich genommen allgemein bekannt ist, die Frequenzdifferenz Δf zwischen den beiden Signalen sigl und sig2 bestimmt.
Es entstehen folgende Mischfrequenzen:
1) ein nahezu monofrequentes Signal mit einer Frequenz fup, wenn sich sowohl das Sendersignal sigl als auch das Empfängersignal sig2 im steigenden Teil der Rampe befinden,
2) ein nahezu monofrequentes Signal mit einer Frequenz fdn, wenn sich sowohl das Sendersignal sigl als auch das Empfängersignal sig2 im fallenden Teil der Rampe befinden und
3) ein stark frequenzmoduliertes Signal modsig, wenn die Rampen der beiden Signale sigl und sig2 ein umgekehrtes Vorzeichen besitzen, was in Fig. 2 als schraffierter Bereich gekennzeichnet ist.
Wird nun eine Spektralanalyse über die gemischten Signale durchgeführt, vorzugsweise über die Dauer 2T einer kompletten Dreiecksrampe des EmpfängerSignals sig2, so ergibt sich das in Fig. 3 dargestellte Spektrum. Die Amplituden der monofre- quenten Signalanteile Asig sind um so höher, desto geringer der Zeitoffset τ zwischen den Signalen sigl und sig2 ist. Die Amplitude des breitbandigen Signals modsig ist im Allgemeinen deutlich kleiner als die onofrequenten Signalanteile Aslg, außer in dem Spezialfall, in dem die Signale sigl und sig2 relativ genau um T versetzt sind, da die Signalenergie auf eine große Bandbreite verteilt wird. Aus diesem Spektrum sind die beiden Frequenzen fup und fdn der monofrequenten Signale zu bestimmen. Sind diese bekannt, so kann die Empfangseinrichtung EE sehr genau auf die Sendeeinrichtung SE synchronisiert werden.
Das Verfahren ist nicht nur auf die Signalform, die in Fig. 2 dargestellt ist, anzuwenden. Werden rampenförmige Signale verwendet, ist es lediglich notwendig, zwei Rampenäste mit unterschiedlichen Steigungen zu verwenden, um so zu zwei unterschiedlichen Frequenzwerten zu gelangen, mit denen dann der Frequenzversatz Δf und der Zeitoffset T0ff berechnet werden können. Zur Erläuterung des Synchronisationsprinzips wird nun als Beispiel ein etwas allgemeinerer Fall betrachtet.
Es wird angenommen, dass, wie dargestellt, zwei linear frequenzmodulierte Signale, sogenannte Sweeps, miteinander gemischt werden. Die Modulationsbandbreite B der Signale sei deutlich kleiner als ihre Mittenfrequenz. Die Signalanteile bei der doppelten Grundfrequenz werden, wie bei solchen Mischeranordnungen üblich, durch ein Tiefpassfilter unterdrückt. Die Sweepraten, d.h. Änderungen der Frequenz pro Zeit der beiden Signale sigl und sig2 unterscheiden sich um einen Proportionalitätswert , und die Startfrequenzen der beiden Sweeps weichen um den konstanten Wert Δf voneinander ab. Zudem besitzen die Signale einen Zeitoffset 0ff zueinander. Man kann zeigen, dass sich in diesem Fall die Momentanfrequenz sgmιx(t) des in der Empfangseinrichtung EE gemischten Signals sigmix, das in der Auswerteeinrichtung ASE analysiert werden soll, wie folgt ergibt:
fsigmix(t) = -μ-t+Δf+α-μ-(t-Toff)-2-μ-t+μ-τ,
wobei μ die Sweeprate und τ die Laufzeit des Signals von der Sendeeinrichtung SE zur Empfangseinrichtung EE darstellt. Wird nun fsιgmιx(t) nacheinander für zwei verschiedene Sweepraten μι und μ2 gemessen und angenommen, dass sich die zunächst im unsynchronisierten Fall unbekannten Größen Δf, Toff und α nicht oder zumindest nur sehr wenig zwischen den beiden Mes- sungen ändern, so ergibt sich ein übliches Gleichungssystem mit den folgenden Lösungen für Δf und T0ff :
Δf = fb2(t) -μ1 -fbl(t)-μ2 bzw_ μι -μ2
T π = (fb2(t)-fbl(t)) + 2- t-α- (μ1 -μ2)-2 - t- (μ1 - μ2) + τ- (μ1 - μ2) ^ °ff α-(μ1 -μ2)
Abhängig von der jeweiligen Systemtopologie und den sich daraus ergebenden Zusammenhängen oder möglichen Vereinfachungen kann mit diesen beiden Gleichungen im Allgemeinen sehr einfach eine hochgenaue Synchronisation der beiden Stationen erfolgen. Im folgenden werden einige typische Möglichkeiten zur Synchronisation dargestellt.
Zur Bestimmung des Frequenzversatzes Δf reicht es aus, wenn der Faktor bzw. Quotient k zwischen den beiden verschiedenen Sweepraten, also k = μi / μ2, bekannt ist. In diesem Fall ergibt sich der Frequenzversatz Δf auch ohne dass die exakte Sweeprate bekannt sein muss zu
Af^fbl(t)-k-fb2(t) -k
Wird z.B. μi = -μ2 also k=-l gewählt, was technisch sehr einfach zu realisieren ist, so ergibt sich
^f-Λlffi+fMffl
Figure imgf000012_0001
Zur Bestimmung des Zeitoffsets Toff ist es notwendig, Annahmen bezüglich des Proportionalitätsfaktors α zu treffen. Häufig ist es möglich, den Proportionalitätsfaktor vereinfacht als α=l und die Sweepraten μi und μ2 als bekannt anzunehmen. Da die Mittenfrequenz von üblichen Funksystemen im Allgemeinen deutlich größer als die Modulationsbandbreite B ist, wirken sich relative Ungenauigkeiten auf die Größe Δf deutlich stärker aus als auf die Abweichung der Sweepraten. Für den Zeitoffset T0ff ergibt sich unter diesen Annahmen
τ _fb2(t)-fbl(t),τ
Figure imgf000013_0001
Folglich ist der Zeitoffset 0f bis auf die Signallaufzeit τ bekannt und die beiden Funkstationen SE und EE können auch bezüglich der Zeit t synchronisiert werden.
Ist die vereinfachte Annahme α = 1 nicht zulässig, so wird folgende Systemtopologie und Auswertung vorgeschlagen. Wird das Signal einer Station, d.h. sowohl die Mittenfrequenz als auch die Modulation aus einer gemeinsamen Referenzfrequenzquelle hergeleitet, z.B. so, wie dies später in Fig. 5 dargestellt wird, also z.B. durch Mischen, Vervielfachen oder mit Hilfe von Phasen/Frequenz-Regelkreisen, so steht der Proportionalitätsfaktor α immer in einem arithmetischen Verhältnis zum Frequenzversatz Δf. Wird also zunächst der Frequenzversatz Δf wie oben beschrieben bestimmt, so kann daraus der Proportionalitätsfaktor α und demzufolge danach auch der Zeitoffset Toff eindeutig abgeleitet werden.
Wird das Empfängersignal sig2 bzw. die Takteinrichtung CLK2 mit den hergeleiteten Zusammenhängen um die entsprechenden Werte Δf und Toff korrigiert, so laufen die Sendeeinrichtung SE und die Empfangseinrichtung EE synchron, d.h. sowohl die Signale sigl und sig2 sind nahezu identisch als auch die Taktsignale in CLKl und CLK2 sind nahezu gleich. Folglich bleibt die Synchronisation auch über längere Zeiträume bestehen.
Betrachtet man die beiden Funkstationen SE und EE anschaulich als Uhren, so laufen die Uhren nach erfolgreicher Synchronisation gleich schnell und bis auf die Signallaufzeit τ auch absolut exakt gleich. Im synchronisierten Fall ist die Mischfrequenz fsigmix (t) keine Funktion der Zeit mehr, sondern konstant. Weicht der Proportionalitätsfaktor α nur wenig von 1 ab, so kann auch im un- synchronisierten Fall die Zeitabhängigkeit von fSigmix vernach¬ lässigt werden, was die Auswertung deutlich vereinfacht, da dann das Mischsignal fsigmix mit üblichen Spektralanalysemethoden, wie etwa der Fouriertransformation gemittelt über die gesamte Messdauer bestimmt werden kann und nicht die Momentanfrequenz, d.h. die Ableitung der Signalphase bestimmt werden muss .
Im folgenden werden nun wieder die Signalformen wie in Fig. 2 dargestellt angenommen. Die Ausführungen sind aber natürlich auch auf den allgemeinen Fall zu übertragen. Bei der Ausführung des Systems sind folgende Verbesserungen der Synchronisationsprozedur vorteilhaft. Wie dies vorstehend dargestellt wurde, kann es sein, dass die Signale sigl und sig2 relativ genau um die Zeit T versetzt sind und daher die beiden Frequenzen fup und fdn nicht oder nicht eindeutig zu detektieren sind. Vorzugsweise behandelt man diesen Spezialfall derart, dass das Empfängersignal sig2 immer dann um vorzugsweise die halbe Zeit T/2 versetzt wird und eine neue Messung gestartet wird, wenn im Spektrum nicht eindeutig die beiden Frequenzen fu und fdn zu detektieren sind.
Um den benötigten Frequenzbereich zur Detektion des Mischsig- nals sigmix in der Auswerte- und Steuereinrichtung ASE gering zu halten und um etwaige bisher vernachlässigte unterschiedliche Rampensteilheiten im nicht-synchronisierten Fall handhaben zu können, wird die Synchronisation vorzugsweise adap- tiv in mehreren Schritten durchgeführt. Hierzu wird die Ausführung aus Fig. 1 vorzugsweise um eine Funkkommunikationsstrecke V* von der Empfangseinrichtung EE zur Sendeeinrichtung SE erweitert. Diese Funkkommunikationsstrecke V kann nach einem beliebigen Stand der Technik ausgeführt sein und ist hier daher auch nicht näher ausgeführt. Wichtig ist lediglich, dass die Empfangseinrichtung EE Meldungen an die Sendeeinrichtung SE übertragen kann, um den Synchronisationsablauf zu steuern. Vorzugsweise beginnt man die Synchronisation genau wie oben beschrieben, aber mit einer deutlich verringerten Modulationsbandbreite B. Auch bei zunächst großen Zeitoffsetwerten τ sind die beiden Frequenzen fup und fdn bei weitem nicht so groß, wie wenn die volle Modulationsbandbreite B gewählt worden wäre. Allerdings ist auch die Synchronisation nur entsprechend ungenauer durchzuführen. Basierend auf diesen Werten von den Frequenzen fup und fdn wird daher zunächst eine erste grobe Synchronisation durchgeführt. Sobald diese erste Synchronisation erfolgt ist, teilt die Empfangseinrichtung EE der Sendeeinrichtung SE dies über die Funkschnittstelle V mit. In der Sendeeinrichtung SE und der Empfangseinrichtung EE wird dann die Modulationsbandbreite B erhöht und eine exaktere Synchronisation durchgeführt. Da vor diesem zweiten Schritt schon eine erste Synchronisation erfolgte, sind auch bei erhöhter Bandbreite im zweiten Schritt keine hohen Frequenzen fup und fdn zu erwarten. Die genannten Schritte werden dann bei weiterer Erhöhung der Bandbreite bis zur vollen Modulationsbandbreite B wiederholt. Üblicherweise reichen wenige Schritte, z.B. 1/100 Bandbreite, 1/10 Bandbreite und volle Bandbreite für eine sichere und exakte Synchronisation aus.
Will man auf die zusätzliche Funkkommunikationsstrecke V verzichten, so kann man die schrittweise Synchronisation auch wie folgt realisieren. Die Sendeeinrichtung SE sendet repetierend mehrere Dreiecksrampen mit unterschiedlicher Bandbreite vorzugsweise direkt hintereinander, z.B. N Rampen. Bei N=3 ergäben sich z.B. 1/100 Bandbreite, 1/10 Bandbreite und volle Bandbreite, 1/100 Bandbreite , 1/10 Bandbreite usw. Zu Beginn der Synchronisation wird, wie dies auch aus Fig. 4 ersichtlich ist, für das Empfängersignal sig2 das Rampensignal mit der geringsten Bandbreite gewählt und dieses mindesten N mal wiederholt. Auch die Frequenzanalyse wird vorzugsweise über einen zeitlichen Bereich von 2NT durchgeführt. Die oben dargestellten Frequenzen von fup und fdn ergeben sich dann für eines der N Rampenpaare. Ist diese erste Synchronisation erfolgt, so wird für das Empfängersignal sig2 das Rampensignal mit der nächst höheren Bandbreite in gleicher Weise verwendet usw., bis die N Rampen dieses Signals sig2 die volle Bandbreite erreicht haben.
Alternativ könnte eine erste Synchronisation der Mittenfrequenzen auch mit einem unmodulierten CW-Signal (Continous Wa- ve = Dauerstrich-Signal) erfolgen und in einem oder mehreren Schritten danach der Zeitoffset Toff wie zuvor beschrieben korrigiert werden.
Der Mischer Mix kann sowohl als reellwertiger Mischer als auch als Quadraturmischer, der Real- und Imaginärteil des Mischsignals sigmix erzeugt, ausgeführt sein. Wird das Misch- signal sigmix reellwertig gemessen, so werden die negativen Frequenzen im Spektrum, wie allgemein bekannt ist, am Nullpunkt gespiegelt in den positiven Frequenzbereich geklappt. Bei Verwendung eines reellwertiger Mischsignals sigmix kann es sinnvoll sein, für das Mischsignal sigmix eine bestimmte von Null verschiedene Zwischenfrequenz fzf zu wählen, also z.B. das Mischsignal sig2 so zu wählen, dass der Frequenzversatz Δf auch nach kompletter Synchronisation nicht Null ist, sondern der Zwischenfrequenz fzf entspricht.
Die Auswerte- und Steuereinrichtung ASE umfasst, wie auch aus dem Beispiel der Fig. 5 ersichtlich, vorzugsweise einen Ana- log/Digital-Wandler AD, einen Speicher zur digitalen Aufzeichnung des Mischsignals sigmix und einen Prozessor μP zur Spektralanalyse und zur Steuerung der Takteinrichtung CLK2 bzw. zur Erzeugung und Steuerung des Signals sig2 der Empfangseinrichtung EE.
Die Signalgeneratoren werden vorzugsweise unter Verwendung eines Frequenzsynt esizers mit Phasenregelschleife, eines digitalen Signalgenerators oder eines DDS-Bausteins (Direct Digital Synthesis) ausgeführt. Der Frequenzsynthesizer kann nach einem beliebigen Stand der Technik, z.B. mit programmierbaren fraktionalen oder ganzzahligen Teilern oder mit einem DDS-Baustein ausgeführt sein. Ob die Signale wie dargestellt über die Takteinrichtungen CLKl und CLK2 oder über andere Mittel, z.B. direkt über einen Frequenzsynthesizer oder eine DDS-Anordnung angepaßt werden oder ob das Signalmuster des Signalgenerators neu berechnet wird, ist natürlich für die Funktion des Verfahrens nicht entscheidend, solange die resultierenden Signale sigl und sig2 und deren beschriebene Anpassung den obigen Ausführungen entsprechen bzw. auf diese zurückzuführen sind.
Üblicherweise werden die Signalformen in einem niederfrequenten Basisband erzeugt und dann mit Hilfe eines Festfrequenzoszillators z.B. in den Mikrowellenbereich hochgemischt. Generell ist das Verfahren natürlich nicht auf einen bestimmten Frequenzbereich bzw. auf eine bestimmte Wellenart festgelegt sondern z.B. bei akustischen Wellen, elektromagnetischen Wellen anwendbar. Wichtig ist lediglich die Modulierbarkeit der Quelle und die Möglichkeit, die Signale sigl und sig2 zu mischen. Der Mischvorgang, z.B. eine Multiplikation, kann natürlich auch bei geeigneten Frequenzen arithmetisch in einer Recheneinrichtung erfolgen.
Eine mögliche Ausführungsform zeigt Fig. 5. Das System ist hier so ausgeführt, dass die Station sowohl als Sende- als auch als Empfangseinrichtung fungieren kann.
Im wesentlichen besteht diese kombinierte Station aus einer Antenne A zum Senden und Empfangen von Signalen sigl bzw. sig2. An die Antenne ist ein Schalter SW angeschlossen, der zwischen einer Empfangs- und einer Sendebetriebsart umschaltet und die Antenne A an entsprechende Baugruppen ankoppelt. Der Ausgang der des Schalters 'SW für empfangene Signale sigl ist mit einem Mischer MIX verbunden. Ein zweiter Eingang des Mischers MIX ist mit einer Signalquelle VCO verbunden, wie dies vorstehend beschrieben ist. Der Ausgang des Mischers MIX, über den das Mischsignal sigmix ausgegeben wird, ist mit einem Filter FLT1 verbunden, dessen Ausgang zu der eigentlichen Auswerte- und Steuereinrichtung ASE führt. Diese besteht insbesondere aus einem Analog-/Digitalwandler AD und einem Mikroprozessor μP. Der Ausgang des Mikroprozessors μP ist mit einem DDS-Baustein DDS oder einer entsprechenden Anordnung verbunden. Der Mikroprozessor μP und der DDS-Baustein DDS weisen jeweils einen weiteren Eingang zum Zuführen eines Taktsignals von einem Taktgenerator CLK auf. Der Ausgang des DDS-Bausteins DDS ist, sofern er nicht als Bestanteil dieser ausgebildet ist, mit einem Signalgenerator SGEN2(2) verbunden. Der Signalgenerator SGEN2(2) besteht aus einer Vielzahl von Bauelementen, insbesondere der Signalquelle VCO, deren Ausgang zu dem Mischer MIX, einem Leistungsverstärker PA und einem Frequenzteiler T führt, dem Frequenzteiler T zum Teilen der Signalfrequenz f des Signals sig2 auf einen ganzzahligen Bruchteil f/N, einem weiteren Mischer MIX2, dessen Eingänge mit der Taktquelle CLK und dem Frequenzteiler T verbunden sind, einem zweiten Filter FLT2, dessen Eingang mit dem weiteren Mischer MIX2 verbunden ist, einem Phasenvergleicher bzw. Phasenkomparator Phcmp φ, dessen Eingänge mit dem zweiten Filter FLT2 und dem DDS-Baustein DDS verbunden sind, und einem Filter FLT3 dessen Eingang mit dem Ausgang des Phasen- vergleichers Phcmp und dessen Ausgang mit dem Eingang der Signalquelle VCO verbunden ist.
Mit dem Schalter SW wird gewählt, ob das vom VCO (Voltage Controlled Oscillator) erzeugte Signal über den Leistungsverstärker PA ausgesendet wird oder ob das über die Antenne A empfangene Signal im Mischer MIX mit dem in der Signalquelle VCO erzeugten Signal gemischt wird. Generell ist es insbesondere in Bezug auf die Signalerzeugung vorteilhaft, wenn gleichartige Systeme in der Sende- und der Empfangseinrichtung verwendet werden. Die Signalerzeugung erfolgt in der beispielhaft dargestellten Ausführung mit einem DDS- Frequenzsynthesizer. Als Basistakt dient die Frequenz der Taktquelle bzw. des Festfrequenzoszillators CLK. Aus diesem Basistakt werden alle Signale, Frequenzen und Zeitgrößen für das System, d.h. den Prozessor μP und den DDS-Baustein DDS abgeleitet. Der DDS-Baustein DDS, der Phasenkomparator Phcmp, die zweiten und dritten Filter FLT2 und FLT3, die Signalquelle VCO, der weitere Mischer MIX2 und der Frequenz-Teiler T bilden für sich genommen einen Frequenzsynthesizer nach dem Stand der Technik. Der Frequenzsynthesizer könnte natürlich auch nach einem anderen Stand der Technik realisiert werden. So kann z.B. der DDS-Baustein DDS durch einen von Prozessor μP programmierbaren Teiler oder einen digitalen Funktionsgenerator, also einem Speicher mit abgelegtem Signalverlauf und D/A-Wandler, oder einem Frequenz-Synthesizer mit fraktionaler PLL (Phase Lock Loop) ersetzt werden oder z.B. der Mischer MIX2 weggelassen werden.
Wird bei dem System nach Fig. 5 die VCO-Frequenz der Signalquelle bzw. Sendeeinrichtung VCO mit Hilfe des DDS-Bausteins DDS von der Startfrequenz fstart ausgehend in der Zeit T um die Bandbreite B hochgestimmt und bei einer entsprechenden ersten Messung die Frequenz fup bestimmt und in einer weiteren Messung mit umgekehrter Sweeprichtung, also von fstart + B ausgehend herunter zu fstart, die Frequenz fDn bestimmt, so lassen sich basierend auf den bestimmten Frequenzen fUp und fDn die folgenden Lösungen für den Frequenzversatz Δf und den Zeitoffset T0ff aus den oben dargestellten Zusammenhängen herleiten:
, „ fup + fdn , _ T fdn - B + fdn * f Start ~ fup * f Start
Δf = — und Tnff = .
2 ott B 2-(fStart+B/2-fup-fdn)
Die Frequenzen fUp und fDn werden im Ausführungsbeispiel nach A/D-Wandlung des Mischsignals sigmix im Prozessor μC mit Hilfe der schnellen Fouriertransformation (FFT) oder einer anderen bekannten Spektralanalysemethode bestimmt.
Sehr vorteilhaft ist das Verfahren bei zeitsynchronen Bussystemen anwendbar. Ein Kommunikationssystem nach einem beliebi- gen Stand der Technik wird hierbei um die beschriebene Ausführung erweitert. Nach erfolgreicher Synchronisation ist es dann z.B. möglich, Anweisungen oder Anweisungsfolgen mit Zeitmarken per Funk zu übertragen und die Anweisungen oder Anweisungsfolgen höchstgenau, z.B. im Mikrosekundenbereich oder sogar im Nanosekundenbereich, nach dem angewiesen Zeitschema abzuarbeiten. Dies kann insbesondere dann notwendig sein, wenn, wie in Fig. 6 dargestellt, von einer Haupt- bzw. Masterstation ME mehrere Kommunikationseinrichtungen KE angewiesen werden, wie z.B. bei einer Werkzeugmaschine, bei der per Funk mehrere Bearbeitungseinrichtungen angesprochen werden, deren Arbeitsabläufe zeitlich sehr kritisch miteinander gekoppelt sind. Alle Kommunikationseinrichtungen werden dann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mit der Mastereinrichtung synchronisiert.
In besonders vorteilhafter Ausführungsform kann die Synchronisation mit dem beschriebenen Verfahren auch derart exakt vollzogen werden, dass eine genaue Kanallängenmessung, also der Abstand zwischen zwei Kommunikationseinrichtungen, z.B. nach einem "Challenge-Response-Verfahren" im Zeitmultiplexbetrieb erfolgen kann. Nach erfolgter verfahrensgemäßer Synchronisation sendet eine erste Station KE 1 oder ME ein Signal zu einer zweiten Station KE 2, die ihrerseits nach einer vereinbarten Zeitspanne ein Antwortsignal zurück überträgt. Aus der Zeitdifferenz zwischen Abfrage und Antwort kann dann unter Berücksichtigung der vereinbarten Zeitspanne die Signallaufzeit und somit die Funkkanallänge berechnet werden. Bei üblichen Systemen ohne die verfahrensgemäße Synchronisation scheitert dieses Verfahren in aller Regel daran, dass zwei räumlich getrennte Systeme keine exakte Zeitspanne, insbesondere keine längere Zeitspanne vereinbaren können, da ihre Taktbasen nicht identisch sind. Durch die Synchronisation kann aber ein hochgenauer Angleich der Takte erfolgen.
Als weiteres Verfahren zur AbStandsmessung zwischen einer Basisstation und einem Transponder sei hierbei auch auf die DE 199 46 161, DE 199 46 204 und DE 199 46 168 verwiesen. Darin sind insbesondere Ausführungen zur Entfernungsmessung mit aktivem Mikrowellenreflektor oder zur Positionsbestimmung von Gegenständen beschrieben, bei denen verzögert auf ein Abfragesignal geantwortet wird. Diese Verfahren sind sehr vorteilhaft mit dem hier beschriebenen Verfahren kombinierbar. Da die linear frequenzmodulierten Signale, die in der Ausführung zur Synchronisation verwendet werden, den Signalen entsprechen, die üblicherweise bei FMCW-Radarsystemen (FMCW: Frequency Modulated Continuos Wave) verwendet werden, können zudem alle bekannten FMCW-Entfernungsmessverfahren günstig mit dem verfahrensgemäßen System und dem Synchronisierungsverfah- ren kombiniert werden.
Sind die Abstände zwischen der Masterstation ME und mehreren Kommunikationseinrichtungen KE 1, KE 2, KE 3 z.B. mit Hilfe der zuvor dargestellten Messung bekannt, so kann die Zeitsynchronisation noch weiter verbessert werden, indem die Signallaufzeiten mit berücksichtigt werden. In diesem Fall ist es möglich, mehrere verteilte Stationen KE 1, KE 2, KE 3, die auch örtlich weit und unterschiedlich weit auseinander liegen dürfen, höchst genau, d.h. besser als die Signallaufzeitunterschiede zwischen den Stationen, zu synchronisieren.
Sehr vorteilhaft kann das verfahrensgemäße System auch zur Vermessung und Charakterisierung von Funkkanälen eingesetzt werden. Insbesondere eignet sich das System zur Detektion und Bewertung von Mehrfachreflexionen. Treten Mehrfachreflexionen auf, d.h. das ausgesendete Signal der Sendestation gelangt nicht nur über einen sondern über mehrere unterschiedlich lange Wege zur Empfangsstation, so verändert sich das Spektrum aus Fig. 2 in der Art, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist. Neben den Frequenzen des kürzesten Übertragungsweges fupι und fdni treten je nach Anzahl K der Übertragungswege zusätzliche Spektrallinien (fup2, fdm ... , fupκ, fcinκ) von längeren Übertragungswegen auf. Bei bekannter Rampensteigung lassen sich aus den Frequenzdifferenzen zwischen den Linien sehr einfach die Laufzeitunterschiede bzw. die Längenunterschiede der Übertragungswege berechnen. Zudem ist jedem Übertragungsweg auch eine genaue Übertragungsdämpfung zuzuordnen. Folglich ist der gesamte Übertragungskanal sehr detailliert zu analysieren. Basierend auf einer solchen verfahrensgemäßen Analyse wäre es zur Verbesserung von Kommunikationssystemen möglich, das Codierungsschema der Datenübertragung bzw. die Datenrate des Kommunikationssystems situationsabhängig an die jeweiligen Kanaleigenschaften anzupassen. Hiermit kann eine verbesserte Ubertragungssicherheit und eine erhöhte effektive Datenrate gewährleistet werden. Auch ist es ausführbar, die gemessen Kanaleigenschaften bei der Auswertung des Datenstroms z.B. mit Hilfe einer Rückfaltung, die die unterschiedlichen Längen und Dämpfungen der Übertragungswege kompensiert, zu berücksichtigen.
Die dargestellten Synchronisationsignale haben sehr gute Autokorrelations- und Kreuzkorrelationseigenschaften, so dass es auch möglich ist, einen Datenstrom parallel, also zeitgleich, mit den Synchronisationssignalen zu übertragen. Die Korrelationseigenschaften der Synchronisationssignale bewirken ferner, dass das verfahrensgemäße System und Verfahren generell sehr robust gegen Störungen von anderen Funksystemen ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Synchronisieren einer Senderstation (SE; SE/EE) und einer Empfängerstation (EE; SE/EE), die über eine Schnittstelle (V) miteinander kommunizieren, wobei
- in der Senderstation (SE; SE/EE) ein Sendesignal (sigl) mit einer Signalquelle (SGEN1) erzeugt und über die Schnittstelle (V) ausgesendet wird und
- in der E pfängerstation (EE; SE/EE) ein entsprechendes Empfangssignal (esigl) von der Schnittstelle (V) empfangen und unter Verwendung eines Empfänger-Signalquellensignals
(sig2) von einer an die senderseitige Signalquelle (SGEN1) angepassten empfängerseitigen Signalquelle (SGEN2) ausgewertet wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass sowohl auf das Sendesignal (sigl) als auch auf das Empfänger-Signalquellensignal (sig2) eine gleichartige Modulation angewendet wird, das in der Empfängerstation (EE; SE/EE) empfangene Empfangssignal (esigl) mit dem Empfänger-Signalquellensignal (sig2) zu einem Mischsignal (sigmix) gemischt wird und das Mischsignal (sigmix) analysiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem auf das Sendesignal (sigl) und auf das Empfänger-Signalquellensignal (sig2) eine Frequenzmodulation angewendet wird und das Mischsignal (sigmix) Spektral analysiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Modulation auf das Sendesignal (sigl) und auf das Empfänger-Signalquellensignal (sig2) linear oder streckenweise linear erfolgt.
4. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem auf das Sendesignal (sigl) und auf das Empfänger- Signalquellensignal (sig2) eine Frequenzmodulation angewendet wird, deren Modulationsbandbreite (B) deutlich kleiner, ins- besondere eine Größenordnung kleiner als deren Signal- Mittenfrequenz ist.
5. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem sich nach dem Mischen in dem Anteil des Empfangssignals (e- sigl) und dem Anteil des Empfänger-Signalquellensignals (sig2) die Änderungen der Frequenz pro Zeit (t) dieser beiden Signale zueinander um einen Proportionalitätswert
(α) unterscheiden und die Modulations-Startfrequenzen der Anteile des EmpfangsSignals (sigl) und des Empfänger- Signalquellensignals (sig2) um einen konstanten Frequenzdifferenzwert Δf voneinander abweichen, wobei die gemischten Signalanteile in der Regel einen Zeitversatz (Toff) zueinander aufweisen.
6. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem zum Erstellen eines Gleichungssystems Parameter aus zwei nacheinander mit zwei verschiedene Modulationsraten (μi bzw. μ2) gemessen Mischsignalen (fsigix (t) ) verwendet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem bei zwei Messungen mit verschiedenen Modulationsraten als Parameter zwei verschiedene Frequenzen (fbl und fb2) verwendet werden und angenommen wird, dass sich in einem unsynchroni- sierten Fall die zunächst unbekannten Größen des Frequenzdifferenzwertes (Δf) , des Zeitversatzes (Toff) und des Proportionalitätswertes ( ) zwischen dem Empfangssignal (esigl) und dem Empfänger-Signalquellensignal (sig2) nicht oder zumindest nur geringfügig zwischen den beiden Messungen ändern, insbesondere das Gleichungssystem für den Frequenzdifferenzwert (Δf) und den Zeitversatz (Toff) gelöst wird gemäß
Δf;sfb2(t)-μι-fbl(t)-μ2 bzw. μι-μ2
Toff _(fb2(t)-fbl(t))+2-t-α-(μ1-μ2)-2-t-(μ1-μ2)+τ-(μ1-μ2) ^ α-(μ!-μ2)
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 7, bei dem zur Frequenzsynchronisation eine Frequenzdifferenz (Δf) zwischen dem Empfangssignal (esigl) und dem Empfänger- Signalquellensignal (sig2) bei bekanntem Faktor (k=μι/μ2) zwischen zwei verschiedenen Modulationsraten (μi und μ2) ohne Kenntnis der exakten Modulationsraten { μi bzw. μ2) bestimmt wird, insbesondere aus
Af = fbl(t)-k-fb2(t) 1-
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 8, bei dem zur zeitlichen Synchronisation ein Zeitversatz (Toff) zwischen dem Empfangssignal (esigl) und dem Empfänger- Signalquellensignal (sig2) unter der Annahme bezüglich des Proportionalitätsfaktors (α) bestimmt wird, dass sich bei einer Mittenfrequenz deutlich größer als einer Modulationsbandbreite (B) relative Ungenauigkeiten auf einen Frequenzdifferenzwert (Δf) deutlich stärker auswirken als auf die Abweichung verschiedener Modulationsraten, insbesondere verwendet wird:
τ Ioff _fb2(t)-fι(t) +,ττ . μ∑-μ2
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 8, bei dem zur zeitlichen Synchronisation ein Zeitversatz (T0ff) zwischen dem Empfangssignal (esigl) und dem Empfänger- Signalquellensignal (sig2) unter Verwendung einer Mittenfrequenz und einer Modulation aus einer gemeinsamen Referenzfrequenzquelle angenommen wird, dass der Proportionalitätsfaktor (α) immer in einem arithmetischen Verhältnis zu einer Frequenzdifferenz (Δf) zwischen den Signalen (sigl, sig2) steht .
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 8, bei dem alle in der Senderstation (SE; SE/EE) erzeugten Signale in einem festen Bezug zu einer senderseitigen Referenzquelle (CLKl) stehen und alle in der Empfängerstation (EE; SE/EE) erzeugten Signale in einem festen Bezug zu einer empfänger- seitigen Referenzquelle (CLK2) stehen.
12. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem bei der Synchronisierung das Empfänger-Signalquellensignal
(sig2) bzw. eine entsprechende Takteinrichtung (CLK2) auf das Empfangssignal (esigl) bzw. auf die Takteinrichtung (CLK2) synchronisiert wird.
13. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem bei der Synchronisierung das Empfänger-Signalquellensignal
(sig2) versetzt wird, insbesondere um die halbe Dauer einer Modulationsperiode (T/2) versetzt wird, und eine neue Messung gestartet wird, wenn im Spektrum des Mischsignals (sigmix) zwei Frequenzanteile (fup und fdn) für die Auswertung nicht ausreichend eindeutig zu detektieren sind.
14. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem bei der Synchronisierung das Empfänger-Signalquellensignal
(sig2) und/oder das Sender-Signalquellensignal (sigl) adaptiv in mehreren Schritten durch Veränderung der verwendeten Modulation modifiziert werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Synchronisierung in einem ersten Schritt mit einer deutlich geringen Modulationsbandbreite B begonnen und in weiteren Schritten in der Sendeeinrichtung SE und in der Empfangseinrichtung EE die Modulationsbandbreite B schrittweise erhöht und eine exaktere Synchronisation durchgeführt wird.
16. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem eine Signalquelle (VCO) von einer Startfrequenz (fstart) ausgehend in der Dauer einer Modulationsperiode (T) um eine vor bestimmte Bandbreite (B) zu einer Endfrequenz (fstoP = fstart + B) hochgestimmt wird und bei einer ersten Messung eine erste Frequenz (fuP) bestimmt wird und in einer weiteren Messung mit umgekehrter Modulationsrichtung von der Endfrequenz (fstoP = fstart + B) ausgehend zur Startfrequenz (fstart) herunter eine zweite Frequenz (fon) bestimmt wird, insbesondere basierend auf den bestimmten Frequenzen (fUp, fün) Lösungen für einen Frequenzversatz (Δf) und einen Zeitversatz (Toff) bestimmt werden mittels:
Figure imgf000027_0001
17. Empfängervorrichtung (EE) oder kombinierte Sende-/ Empfängervorrichtung (SE/EE) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem vorstehenden Anspruch, mit:
- einem Schnittstelleneingang (A) zum Empfangen eines Empfangssignals (esigl) einer senderseitigen Signalquelle (SGEN1) ,
- einer empfängerseitigen Signalquelle (SGEN2) zum Erzeugen eines Empfänger-Signalquellensignals (sig2) ,
- einer Verarbeitungseinrichtung (MIX, ASE) zum Verarbeiten des Empfangssignals (esigl) unter Berücksichtigung des Empfänger-Signalquellensignals (sig2) , g e k e n n z e i c h n e t durch
- eine Synchronisierungseinrichtung (MIX, ASE, CLK2, SGEN2) zum Synchronisieren des Empfänger-Signalquellensignals (sig2) auf eine senderseitige Signalquelle (CLKl, SGEN1) und
- eine Modulationseinrichtung zum Erzeugen des Empfänger-
Signalquellensignals (sig2) mit einer Frequenzmodulation gleich einer Frequenzmodulation, wie sie ursprünglich auf das Sendesignal (sigl) angewendet wurde.
18. Empfängervorrichtung (EE) oder kombinierte Sende-/ Empfängervorrichtung (SE/EE) nach Anspruch 17, bei der die Synchronisierungseinrichtung (MIX, ASE, CLK2, SGEN2) - einen Mischer (MIX) zum Mischen des Empfangssignals (esigl) mit dem Empfänger-Signalquellensignal (sig2) zu einem Mischsignal (sigmix) und
- eine Auswerte- und Steuereinrichtung (ASE) zum Analysieren des Mischsignals (sigmix) hinsichtlich einer Frequenzverstimmung (Δf) und/oder eines Zeitversatzes (Toff) und zum entsprechenden Synchronisieren der empfängerseitigen Signalquelle (SGEN2) auf die senderseitige Signalquelle (SGEN1) aufweist.
19. Zeitsynchronisiertes Bussystem mit
- zumindest einer Hauptstation (ME) und
- einer Vielzahl von Kommunikationseinrichtungen (KE) , wobei
- die Hauptstation (ME) mit den Kommunikationseinrichtungen über eine Schnittstelle (V) kommuniziert und
- zumindest ein Teil der Kommunikationseinrichtungen mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 13 auf die Haαptstation (ME) synchronisiert wird.
20. Verwendung eines Verfahrens, einer Empfängervorrichtung bzw. eines Bussystems nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Vermessung und Charakterisierung von Funkkanälen.
21. Verwendung eines Verfahrens, einer Empfängervorrichtung bzw. eines Bussystems nach einem der vorstehenden Ansprüche zum Erfassen und Bewerten von Mehrfachreflexionen durch Analyse einzelner Spektrallinien (fupι, fdni, ... , fuPκ, fdnκ) , die verschiedenen Laufwegen zugeordnet sind, und Berücksichtigung einer bekannten Frequenzmodulation bei der Signalerzeugung.
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