CH634185A5 - Verfahren zur optimierung der betriebseigenschaften einer richtfunkuebertragungsstrecke. - Google Patents

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Ver- hingewiesen, dass bei Übertragung der Nachrichten in digitali-fahren derart zu verbessern, dass eine optimale Signalübertra- 40 sierter Form ein Vergleich der Fehlerhäufigkeit eines dem gung besonders bei Einflüssen aufgrund von Mehrwegeausbrei- Signal beigegebenen Testprogramms bei verschiedenen Strahl-tung und bei digitaler Signalübertragung gesichert ist. richtungen der beiden Antennen erfolgt und hiernach die opti-

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs male Übertragungsqualität, d. h. die optimale Antennenrichtun-

genannten Art gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die gen bestimmt werden.

Auswertung der Signale bei Einflüssen aufgrund von Mehrwe- 45 Werden über ein Funkfeld FDM-Signale übertragen, dann geausbreitung durch Ermittlung der Augenöffnung oder Zei- haben die oben erwähnten Funkfelddämpfungszuschläge chenverzerrung vorgenommen wird. üblicherweise nur den Anstieg von Strecken- und Intermodula-

Es ist dabei vorteilhaft, die Richtcharakteristik in bestimm- tionsgeräuschen zur Folge, da die Sendeleistung im allgemei-ter zeitlicher Folge, z. B. sinus- oder sägezahnförmig langsam nen gross bemessen wird. Bei der TDM-Signalübertragung tritt zu ändern und die Augenöffnungsschwankung oder Zeichen- 50 jedoch dann in Verbindung mit der Erhöhung der Funkfeldverzerrung auf der Empfangsseite zu ermitteln und danach die dämpfung eine derartige Verzerrung des TDM-Nachrichten-optimalen Antenneneinstellungen vorzunehmen. spektrums auf, dass die empfangsseitige Regeneration der

Fig. 1-6 dienen zur Erläuterung der Erfindung, Fig. 7 und 8 TDM-Signale nicht mehr möglich ist. D. h. bei derTDM-Signal-zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Übertragung muss damit gerechnet werden, dass gleichartige

Bei der Übertragung von Nachrichten über eine Richtfunk- 55 Schwunderscheinungen - wie beim FDM-Betrieb - im Funkstrecke treten, wie aus folgenden Literaturstellen hervorgeht, feld, die bei der FDM-Signalübertragung lediglich zum Teil über den Tag relativ grosse Schwankungen der Funkfelddämp- kräftige Geräuschanstiege zur Folge hatten, zum Zusammenhing auf. Siehe z. B.: «Wellenausbreitung I» von Jürgen Gross- bruch der TDM-Signalübertragung über das Funkfeld mit einer köpf, insbesondere Seiten 154 und 155; «Planung und Berech- Fehlerrate in der Grössenordnung von bis zu 50% führen. Die nung von Richtfunkverbindungen» von H. Brodhage und 60 Ursache für diesen Zusammenbruch ist darin zu sehen, dass W. Hormuth, Bildanlagen 15 und 16. Obwohl also eine Sichtver- Signale auf verschiedenen Wegen vom Sende- zum Empfangsbindung mit 1. freier Fresnelzone zwischen Sende- und Emp- ort gelangen und dadurch eine Selbstzerstörung von zumindest fangsantenne 1 und 2 in der Fig. 6, Strahl 6 besteht, treten, wie Teilen des Nachrichtenspektrums auftritt.

sich den Schaubildern der experimentellen Untersuchung ent- Dargestellt ist dies in den Fig. 1 bis 3. Die Fig. 1 zeigt den nehmen lässt, Schwankungen mit mehr als 30 dB auf, siehe Bil- 65 Normalfall bei teilweise Totalreflexion (sehr kleine Winkel z. B. der 2 bis 6 des Buches «Planung und Berechnung von Rieht- Strahl 3 bei Fig. 6) der elektromagnetischen Wellen am Boden funkverbindungen». Aus diesen Bildern kann, abhängig von der oder an Reflexionsschichten im Übertragungsmedium. Der erforderlichen Verfügbarkeitszeit der Funkstrecke und ferner Vektor V1 entspricht dem Hauptstrahl von Spiegel zu Spiegel, abhängig vom Radiofrequenzbereich die fadingabhängige d. h. dem Strahl in der Mitte der Keule. Der Vektor V2 ist ein •

Summenvektor und ist wie dargestellt aus verschiedenen Seitenstrahlen des Antennenabstrahldiagramms auf der Sendeseite und des Empfangsdiagramms zusammengesetzt. Aus diesen beiden Vektoren wird der Vektor Vr gebildet. Da sich die Vektoren, die den Vektor V2 bilden, unterschiedlich zusammensetzen können, bewegt sich das Ende des Vektors V2 auf einem strichliert angedeuteten Kreis K oder einem anderen geometrischen Ort.

In der Fig. 2 ist ein anderer Begrenzungsfall dargestellt, bei dem sich die Vektoren VI und V2 grössenmässig entsprechen. Da sich dieser Vektor V2 wiederum z. B. hier angenommen auf einem Kreis K bewegt, ist sogar, wie ersichtlich, eine Totallöschung des Signals je nach Frequenz und Reflexion möglich.

Dargestellt sind solche Vorgänge in Diagrammform in der Fig. 3. Im oberen Teil der Fig. 3 ist die Empfangsspannung U2 auf der Ordinate und auf der Abszisse die Frequenz aufgetragen. Die Kurve 1 zeigt den Fall, bei dem Totallöschung an den Punkten x stattfindet. Wenn sich das Übertragungsfrequenzband, wie darunterliegend skizziert (Kurve 4), über eine solche Auslöschungsstelle erstreckt, treten im Modulationsspektrum Verzerrungen auf. Die Kurve 2 deutet einen Fall an, bei dem eine Totallöschung wegen der Lage der Vektoren (siehe Fig. 1,) nicht stattfindet. Es ergeben sich dann wieder Maxima und Minima, die Letzteren sind mit y bezeichnet. In einem solchen Fall wird das RF-Modulationsspektrum am Empfängereingang gemäss dem Übertragungsverhalten des Funkfeldes dargestellt in Kurve 4 in etwa zu einer Form verzerrt, wie durch Kurve 5 angedeutet. Dies kann besonders bei Digitalsignalen zu erheblichen Zeichenverfälschungen führen.

Wenn es gelingt, die Übertragungscharakteristik zwischen den beiden Antennen mit nur geringer oder gar keiner Welligkeit, angedeutet durch Kurve 3, durch entsprechende Antenneneinstellung zu ebnen, so können diese Signalverfälschungen vermieden werden. In jedem Fall kann natürlich die Selbstzerstörung, von der oben gesprochen wurde, durch spezielle Ausrichtung der Antennen vermieden werden.

Eine weitere Erklärung dafür ergibt sich bei der Betrachtung der Summenvektoren. Wenn durch vektorielle Subtraktion Verzerrungen im Signalspektrum auftreten (wie x und y in Fig. 3), so können diese Verzerrungen dann überproportional reduziert werden, wenn von den beiden relativ grossen Signalen, die das Differenzprodukt bilden, nur der eine gegenüber dem anderen geringfügig verkleinert wird. Dies ist in den Figuren 4 und 5 dargestellt. Bei der Fig. 5 sieht man, dass dann, wenn der Vektor VI gegenüber dem Umwegvektor V2 nur geringfügig angehoben wird, bereits eine erhebliche Verringerung in den Verzerrungen über der Frequenz (siehe Fig. 3) gegenüber dem Fall erzielt, bei dem beide Vektoren in der Grösse nahezu gleich sind. R soll dabei die Restamplitude an den Subtraktionsstellen und damit ein Mass für die auftretenden Verzerrungen darstellen.

Im Gegensatz zur FDM-Signalübertragung (abgesehen von Pilotsignalen) ist es bei der TDM-Signalübertragung möglich, die Empfangsqualität der Nachricht selbst exakt zu ermitteln, d. h. zu erkennen, ob insbesondere Einflüsse aufgrund von Mehrwegeausbreitung im Funkfeld vorliegen. Mit Hilfe der nachfolgend näher beschriebenen «Qualitätsüberwachungsein-richtung» ist es somit möglich, Qualitätsverschlechterung der Empfangssignale noch bevor Fehler bei der Regeneration auftreten, festzustellen. Dabei sind die Signalverzerrungen,

bedingt durch die Natur des Einflusses aufgrund von Mehrwegeausbreitung durch eine Änderung der Abstrahlcharakteristik der Sende- und Empfangsantennen beeinflussbar. Diese Tatsache eröffnet die Möglichkeit, wenn die Sende- und Empfangscharakteristik der Antennen nach Qualitätsmerkmalen des empfangenen Signals geändert wird, der Selbstzerstörung des durch die Addition mehrerer auf verschiedenen Wegen den Empfangsort erreichenden Signalen entgegenzuwirken.

Die Qualität des Empfangssignals - nach seiner Demodula-

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tion - wird üblicherweise durch den Begriff «Augenöffnung» definiert, d. h. die Qualität eines TDM-Signals wird um so schlechter sein, je kleiner die «Augenöffnung» ist. Dabei ist es nicht wesentlich, ob durch einen Störvorgang eine «Augenöffnung» bereits soweit reduziert ist, dass im Rahmen der Regeneration Fehler auftreten oder nicht.

Entsprechend der obigen Darlegung wird beim Auftreten eines auf eine Mehrwegeausbreitung zurückgehenden Effektes die Grösse der Signalverzerrung von der momentanen Antenneneinstellung abhängen. Dabei ist der Einfluss der Abstrahlrichtung auf der Sendeseite genauso gross wie auf der Empfangsseite. Wird also abhängig von einer z. B. sinoidalen oder sägezahnförmigen Steuergrösse, die Richtcharakteristik der Empfangsantenne geringfügig geändert, dann wird im Rhythmus dieser Änderung die Signalverzerrung des empfangenen Signals sich gleichermassen ändern, d. h. die «Augenöffnung» des empfangenen Digitalsignals gleichermassen schwanken und damit für die Änderung der Richtung der Antennenempfangscharakteristik das Nachstellkriterium liefern.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine einfache Schaltung zur Ermittlung der «Augenöffnung» ist in Fig. 7 dargestellt. Das empfangsseitig ankommende Signal Sig wird mittels des vom Takt T gesteuerten Schalters im Rhythmus der Bit-Frequenz jeweils in der Mitte eines zu erwartenden Bits abgetastet. Der Takt T ist dabei über eine in der Figur nicht dargestellte Taktregenerierschaltung vom ankommenden Signal abgeleitet. Dem Schalter S ist ein Doppelfenster-Diskriminator nachgeschaltet, der eingangsseitig aus den beiden Schwellwertschaltungen SW1 und SW2 besteht, die mit ihren Ausgängen auf die beiden Eingänge des ODER-Gatters 0 arbeiten. Der Ausgang des ODER-Gatters 0, der hierbei den Ausgang des Doppelfenster-Diskriminator DD darstellt, ist mit dem Eingang des Integrators I verbunden, dessen Ausgang wiederum auf den einen Eingang des Phasendiskriminators <p arbeitet. Am zweiten Eingang des Phasendiskriminators <p liegt die dreieckför-mige Wobbeispannung Uw an. Das ausgangsseitige Steuersignal wird dem Steuereingang des Antriebsmotors Me für die Elevationsachse der Richtantenne zugeführt.

Die Schwellwertschaltungen SW1 und SW2 des Doppelfen-ster-Diskriminators DD liegen mit ihren jeweils zweiten Eingängen an Referenzspannungen Ur 1 und Ur2, die die Schwellen der Schwellwertschaltungen und damit den Amplitudenrahmen für die durch die Taktimpulse des Taktsignals T vorgegebenen Zeitfenster festlegen.

Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 7 ist im Diagramm der Fig. 8 das «Augenmuster» des empfangenen Signals Sig und der Takt T über der Zeit t aufgetragen. Die Zeitfenster F erfassen jeweils eine rechteckige Fläche im Zentrum der «Augenöffnungen». Solange innerhalb der Zeitfenster F kein Signal auftritt, erhält auch der Integrator vom Ausgang des Exlusiv-Oder-Gatters keinen Impuls. Treten dagegen innerhalb der Zeitfenster in dem durch die Referenzspannungen Uri und Ur2 gegebenen Amplitudenrahmen Spannungen auf, werden diese in Form von Impulsen an den Integrator I weitergegeben, und es entsteht eine Fehlerspannung, die am Eingang des Phasendiskriminators wirksam wird. Der Pha-sendiskriminator leitet aus diesem Fehlersignal in Abhängigkeit der seinem zweiten Eingang zugeführten Wobbelspan-nung Uw eine richtungsabhängige Steuergrösse ab, die den mittleren Elevationswinkel der Antenne in Abhängigkeit ihrer Wobbeibewegung über ihren Antriebsmotor so verstellt, dass die Fehlerspannung am Ausgang des Integrators I ein Minimum wird. Die Wobbeispannung Uw ist bei der angegebenen Schaltung nach Fig. 7 zugleich dem eigentlichen Steuersignal für den Antriebsmotor der Antenne in der Elevationsachse überlagert, stellt also die Wechselgrösse dar, die notwendig ist, um die Antenne im Sinne eines Suchbetriebs zur ständigen Ermittlung des Optimums um die Elevationsachse geringfügig schwanken zu lassen.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

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   PATENANSPRÜCHE Funkfelddämpfungszunahme entnommen werden.

   1. Verfahren zur Optimierung der Betriebseigenschaften Manche Schwankungen sind dabei sehr kurzzeitig, andere einer Richtfunkübertragungsstrecke, bei dem die Abstrahlrich- wiederum von einem grösseren Zeitraum des Tages abhängig, tung der Empfangs- und Sendeantenne in kurzen Abständen So ist z. B. die Feldstärke am frühen Morgen wesentlich höher oder kontinuierlich automatisch und fortlaufend durch s ais zu den Nachmittagsstunden mit eventueller Sonnenein-Schwenken des Antennendiagramms in der Hauptsache in ver- Strahlung. Diese Schwunderscheinungen lassen sich zum gros-tikaler Richtung von der Hauptstrahlrichtung in kleinen Win- sen Teil dadurch erklären, dass die Dielektrizitätskonstante der kein im Vergleich zur Halbwertsbreite, geändert wird und bei Luft nicht konstant ist, sondern entweder zum Boden stark zudem unter Berücksichtigung der geringsten Fehlerhäufigkeit oder abnimmt. Dadurch bedingt wird, wie bekannt und in Fig. 6 bei Übertragung der Nachrichten in digitalisierter Form durch io angedeutet, die elektromagnetische Welle gebrochen - entwe-Vergleich der Fehlerhäufigkeit eines dem Signal beigegebenen der zur Erdoberfläche 11 hin 3 oder von ihr weg 5 -, und es tre-Testprogramms, bei den verschiedenen Strahlrichtungen der ten im Funkfeld insbesondere bei stark bündelnden Antennen beiden Antennen maximaler Antennengewinn eintritt, dadurch Koppelverluste bzw. Fading auf, da nunmehr die Vorzugsrich-gekennzeichnet, dass die Auswertung der Signale bei Einflüs- tung des Antennendiagramms 10 nicht mehr optimal auf die sen aufgrund von Mehrwegeausbreitung durch Ermittlung der is Richtung bzw. den Weg ausgerichtet ist, auf dem unter den Augenöffnung oder Zeichenverzerrung vorgenommen wird. obengenannten Verhältnissen die elektromagnetische Welle
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, vom Sendeort zum Empfangsort gelangen kann.

   dass die Richtcharakteristik in bestimmter zeitlicher Folge, z. B. Bei den bisher realisierten analogen Übertragungssystemen sinus- oder sägezahnförmig langsam geändert wird und die wird den oben dargestellten Schwierigkeiten in ihrer Auswir-Augenöffnungsschwankung oder Zeichenverzerrung auf der 20 kung dadurch entgegengewirkt, dass die Sendeleistung erhöht Empfangsseite beobachtet wird und danach die optimalen wird und gegebenenfalls Frequenz- und Raumdiversityeinrich-

   Antenneneinstellungen vorgenommen werden. tungen vorgesehen werden.

   Untersuchungen haben gezeigt, dass die Schwunderschei-

   nungen erheblich reduziert werden können (>10 dB), wenn der

   25 Abstrahlwinkel des Antennendiagramms 8 den klimatologisch Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Optimie- geänderten Ausbreitungsbedingungen angepasst und somit bei rung der Betriebseigenschaften einer Richtfunkübertragungs- Richtantennen die Richtcharakteristik stets auf den Weg, den strecke, bei dem die Abstrahlrichtung der Empfangs- und Sen- die elektromagnetische Welle nimmt (z. B. 5), ausgerichtet wird, deantenne in kurzen Abständen oder kontinuierlich automa- In der DE-OS 26 06 760 ist geschildert, dass die Antennen tisch und fortlaufen durch Schwenken des Antennendia- 30 richtungen gemäss der geringsten Funkfelddämpfung einge-

   gramms in der Hauptsache in vertikaler Richtung von der stellt werden sollen. Auch ist darauf hingewiesen, dass es vor-

   Hauptstrahlrichtung in kleinen Winkeln im Vergleich zur Halb- teilhaft sein kann, bei der Übertragung von Analogsignalen ins-wertsbreite, geändert wird und bei dem unter Berücksichtigung besondere von Vielkanalträgerfrequenzsignalen die Antennen-der geringsten Fehlerhäufigkeit bei Übertragung der Nachrich- richtungen nach der geringsten Intermodulation einzustellen, ten in digitalisierter Form durch Vergleich der Fehlerhäufig- 35 Dabei kann aus dem Pilotsignal selbst das Feldstärkekriterium keit eines dem Signal beigegebenen Testprogramms, bei den und aus den Oberwellen des Piloten das Kriterium über die verschiedenen Strahlrichtungen der beiden Antennen maxima- Intermodulationsprodukte gewonnen und danach die optimale 1er Antennengewinn eintritt. Antenneneinstellung vorgenommen werden. Ferner ist darauf