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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funkfernsteuerung von beweglichen Objekten nach Patentanspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung, gemäß Patentanspruch 8, eine Vorrichtung zur Funkfernsteuerung von beweglichen Objekten.
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Die Schaffung einfacher und preiswerter Funkfernsteuerungen ist seit vielen Jahren auf verschiedensten Gebieten der Technik Gegenstand intensiver Entwicklungsarbeiten. Beispielsweise ist aus dem
DE 93 19 508 U1 eine Funkfernsteuerung für den industriellen Bereich, mit einem Sendegerät, das einen Senderteil mit einem Sender, eine Steuerelektronik und einen Coder enthält, bekannt. Ein zugeordnetes Empfangsgerät enthält einen Empfängerteil mit einem Empfänger, eine Scan-Elektronik und eine Scan-Stop-Elektronik sowie einen Decoder. Im Einzelnen ist vorgesehen, dass das Sendegerät eine Vorrichtung zur automatischen Auswahl einer freien Frequenz oder eines freien Kanals für eine Datenübertragung aufweist.
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Für die Funkfernsteuerung von beweglichen Objekten, wie z. B. Modellflugzeuge, -schiffe, oder -autos, existieren Systeme zur unidirektionalen Datenübertragung, bei denen einfache, nachrichtentechnische Übertragungsverfahren eingesetzt werden, wie z. B. analoge AM oder FM, Pulsdauermodulation oder Pulscodemodulation (PCM) mit einfachen digitalen Übertragungsverfahren. Da die zu übertragende Information gering ist, kommen die Systeme mit geringen Übertragungsbandbreiten aus.
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Beispielsweise werden im Modellflug Bandbreiten von 10 kHz genutzt, wobei sich jeweils mehrere benachbarte Frequenzkanäle in den Bändern um 27, 35 und 40 MHz befinden. Die Systeme arbeiten mit einer konstanten Sendeleistung, die auf die maximal gewünschte Reichweite bei ungünstigsten Ausbreitungsbedingungen ausgelegt ist. Dadurch erzeugen sie auch für andere, relativ weit entfernte Systeme noch hohe Interferenzleistungen, die deren Betrieb empfindlich stören können. Nicht zuletzt im Modellflug sind aber Störungen der Kommunikation alles andere als erwünscht, da sie zu Abstürzen der teueren Flugobjekte führen können. Um Mehrfachnutzungen von Frequenzkanälen zu vermeiden, existieren deshalb in Modellflugvereinen Frequenzpläne, in die eine gewünschte Frequenzbelegung im voraus einzutragen ist.
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Des weiteren enthalten sowohl steuerndes Element (Sender) als auch gesteuertes Element (Empfänger) solcher Systeme in der Regel relativ viel Intelligenz, die allerdings zum größten Teil getrennt voneinander arbeiten, da kein effektiver Informationsaustausch vorhanden ist, abgesehen von den eigentlichen Steuerdaten.
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Weiterhin existieren einige wenige Systeme zur Übertragung von Telemetriedaten (z. B. als PC-Steckkarte), welche die 1SM-Bänder (Industrial, Scientific, Medical) nutzen. In diesen Bändern sind allerdings nur relativ niedrige Sendeleistungen erlaubt, so dass eine Übertragung nur über geringe Entfernungen bzw. mit schlechter Übertragungsqualität möglich ist. Ein weiterer Nachteil hierbei ist, dass für die Fernsteuerung und Telemetriedatenübertragung getrennte Systeme nötig sind, deren gemeinsamer Einsatz Mobilität und Bedienungskomfort stark einschränkt.
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Beispielsweise ist aus der
DE 43 12 676 C2 eine Schaltungsanordnung zur telemetrischen Übertragung von physikalischen Zustandsdaten von einem Objekt der Modellbautechnik bekannt. Mittels einer im Objekt angeordneten HF-Sendeeinrichtung werden z. B. Motordrehzahl, Akkuspannung, Flughöhe oder Temperatur eines Modellflugzeuges, einer Empfängerstation zur optischen und/oder akustischen Auswertung der Daten zugeführt. Hierzu enthält die im Objekt vorgesehene Sendestation, entsprechend der zu übertragenden Daten, eine Anzahl von analogen Sensoren, die über eine multiplex arbeitende Abfrageeinrichtung mit einem A/D-Wandler verbunden sind. Im einzelnen ist vorgesehen, dass der Ausgang des A/D-Wandlers mit einem 8-bit Micro-Controller, welcher ein RAM aufweist, verbunden ist, in dem die von den Sensoren abgegebenen Spannungswerte als Telegramm gespeichert werden. Ein Datenausgang des Micro-Controllers ist mit einem FFSK Modem verbunden. Der Ausgang des FFSK-Modems ist mit einer Steuereinrichtung eines (vorzugsweise) 433 MHz-HF-Senders verbunden, welcher jeweils ein Telegramm der gemessenen Spannungswerte, ergänzt um eine z. B. mittels eines Dip-Schalters festgelegte Geräteadresse, an die Empfangsstation sendet. Die Empfangsstation besteht aus einem (vorzugsweise) 433 MHz-HF-Empfänger, dessen Ausgang mit einem FFSK-Modem verbunden ist. Weiterhin ist das FFSK-Modem mit einem Dateneingang eines 8-bit Micro-Controllers mit einem RAM und einem EPROM für die Abspeicherung von Geräteadresse, Umrechnungsfaktoren, statistische Daten, Belegung der Sendersensoreingänge verbunden. Schließlich weist der Micro-Controller einen NF-Ausgang mit Verstärker für einen Kopfhörer, einen Ausgang für ein LC-Display und eine serielle V24-Schnittstelle zum Anschluss eines Computers auf.
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Eine ähnliche Vorrichtung zur Messwertübertragung (”Telemetrie”) bei funkferngesteuerten Modellen mit in dem Modell angeordneten Messfühlern zur Ermittlung verschiedener Messwerte wie Ladezustand der Akkus oder Batterien, Höhe, Geschwindigkeit des Modells in allen drei Achsen, Höhenänderung (”Variometer”) des Modells ed. dgl., mit einem Funktelemetriesender an Bord des Modells zur Übermittlung der Messwerte (Telemetriedaten) an einen entsprechenden Telemetrieempfänger beim Piloten des Modells, ist aus der
DE 195 02 713 A1 bekannt. Hierzu sind Einrichtungen zur Darstellung der Telemetriedaten im, am oder auf dem Sendergehäuse der Funkfernsteuerung des Modells vorgesehen.
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Weiterhin ist aus der
DE 196 25 588 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Funkfernsteuerung mittels codierter elektromagnetischer Impulse bekannt, bei welchem die auf einem Hochfrequenzträger modulierten elektromagnetischen Impulse von einem entsprechenden Sender abgestrahlt werden. Beim Empfang eines codierten Sendersignales wird von einem Empfänger, welcher mindestens einen Code gespeichert hat, dieses mit dem gespeicherten Code verglichen und bei Übereinstimmung des gespeicherten Codes mit dem gesendeten Code wird eine über die Funkfernsteuerung auszulösende Funktion aktiviert. Weiterhin ist vorgesehen, dass neben einem ersten Sender für codierte elektromagnetische Impulse mindestens ein weiterer Sender verwendet wird. Dieser Sender empfängt über ein in den Sender integriertes Empfangsteil und eine ebenfalls integrierte Signalverarbeitungseinheit ein von dem ersten Sender in hinreichend kleinem Abstand abgestrahltes, codiertes Signal und speichert in einem entsprechend einstellbaren Betriebszustand das empfangene, codierte Signal als eigenes, codiertes Sendesignal ab. Weiterhin ist aus der
DE 43 19 830 A1 ein CDMA-Übertragungssystem mit mindestens einem Sender, in welchem jeweils eine Datenfolge mit einer Codesequenz gespreizt wird und mit mindestens einem Empfänger, in welchem die Datenfolgen mittels eines Detektors zurückgewonnen werden, bekannt. Im einzelnen ist eine Rahmenstruktur vorgesehen und die jeweils innerhalb eines Rahmens zu übertragenden Nutzinformationen sind jeweils zu einem Signalburst zusammengefasst.
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Weiterhin ist aus der
DE 44 41 543 A1 ein Empfänger und ein Verfahren zum Demodulieren eines CDMA-Signals bekannt. Der Empfänger enthält dabei
- • eine Einrichtung zum Erzeugen von Datenabtastwerten aus dem empfangenen Signal;
- • eine Einrichtung zum Sammeln von Datenabtastwerten in Form von Blöcken komplexer Datenabtastwerte;
- • eine Einrichtung zum teilweisen Korrelieren der Blöcke von Datenabtastwerten mit Verschiebungen zumindest einer bekannten Signatursequenz;
- • eine Einrichtung zum Auswählen einer vorbestimmten Anzahl der Teilkorrelationen;
- • eine Einrichtung zum Abschätzen von Mehrwegkanalabgriffskoeffizienten;
- • eine Einrichtung zum Bilden von Realteilen von Produkten der ausgewählten Teilkorrelationen mit den Mehrwegkanalabgriffskoeffizienten und
eine Einrichtung zum Kombinieren der Realteile der Produkte, um zumindest eine übertragene Informationszeichensequenz zu bestimmen.
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Aus der
US 5 481 257 A ist ein Verfahren zur Funkfernsteuerung von beweglichen Objekten, insbesondere eines Fahrzeugs mit einer Videokamera, mittels eines breitbandigen CDMA-Übertragungssystems bekannt. Im Einzelnen wird in Hinrichtung für die Fernsteuerung ein Frequenzmultiplexsystem benutzt und nur im Rückkanal ist das breitbandige CDMA-Übertragungssystem zu Übertragung von Audio- und Videodaten vorgesehen. Durch die Übertragung der Audio- und Videodaten wird es dem Benutzer ermöglicht, „quasi im ferngesteuerten beweglichen Objekt zu sitzen”.
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Theoretische Grundlagen der Nachrichten-Übertragungstechnik sind aus D. Kammeyer ”Nachrichtenübertragung” 2. Auflage, B. G. Teubner Stuttgart, 1996, ISBN 3-519-16142-7, Seite 109–134, 391–394; 673–684 bekannt. Insbesondere ist auf den Seiten 391 bis 393 das Prinzip von Continuous Phase Modulation (CPM) und auf den Seiten 673–675 eine niederratige Kanalcodierung beim Qualcomm Übertragungsverfahren beschrieben. Das auf der Seite 673 folgende beschriebene Qualcomm Übertragungsverfahren dient bei der Mobilfunkübertragung zur Sprachkommunikation, bei der u. a. eine niederratige Kanalcodierung (mit 1/3) für den Uplink-Kanal benutzt und insgesamt ein Processing Gain von 128 erreicht wird.
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Damit der Bediener nicht im Gefahrenbereich arbeiten muss, ist aus der
EP 0 976 879 A1 eine Vorrichtung zur Funkfernsteuerung von beweglichen Objekten bekannt, insbesondere von Baufahrzeugen mit Videokamera und Mikrofon. Das Funkübertragungssystem ist ein breitbandiges CDMA-System, bei dem über eine Richtfunkstrecke (von ca. 1 km) im 50 GHz- Bereich Audio- und Videodaten zwischen dem jeweiligen Baufahrzeug (und ggfs. über einen Repeater) und dem in der Fernsteuerzentrale sitzenden Bediener übertragen werden. Dabei ist am Fahrzeug bzw. am Repeater/Fernsteuerzentrale jeweils ein motorisch nachführbares Antennensystem angeordnet. Ist die Richtfunkstrecke gestört, so werden im Alarmzustand Steuerdaten im 2,4 GHz-Bereich oder im 429 MHz-Bereich übertragen, um „quasi blind” und einerseits mittels Spreizspektrumsignale oder andererseits – bei einem maximalen Abstand von 100 m – mittels Funksignale das Baufahrzeug aus der Gefahrenzone herauszufahren. Anschaulich sind die einzelnen Betriebs- und Alarmzustände sowie die zugehörigen Frequenzbereiche in der Tabelle der
EP 0 976 879 A1 dargestellt.
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Weiterhin beschreibt die
US 5 136 614 A die Synchronisation in einem Übertragungssystem mit bestimmten Spreizsequenzen und einem binären pseudozufälligen Rauschcode, welcher ein beträchtlich breiteres Spektrum als das Datensignal selbst hat.
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In der Druckschrift ”L. B. Milstein ”Wideband Code Division Multiple Access” IEEE Journal an Selected Areas in Communications, Vol. 18, No. 8, August 2000, Seite 1344–1354” ist für eine nach einem CDMA-Verfahren arbeitende Mobilstation ein Verfahren zum Vielfachzugriff in einem breitbandigen zellularen CDMA-Funkübertragungssystem beschrieben. In diesem CDMA-Funkübertragungssystem, welches als Kleinzellennetz ausgestaltet ist, spielen Handover bzw. der Vielfachzugriff mit einer Vielzahl von beweglichen Mobilstationen eine Rolle.
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Weiterhin betreffen die Druckschriften „J. W. Ketchum, J. G. Proakis ”Adaptive Algorithms for Estimating and Suppressing Narrow-Band Interference in PN Spread-Spektrum Systems”, IEEE Transactions an Communications, Vol. COM-30, No. 5, May 1982 Seite 913–924” oder „C. Carlemalm et al. ”Suppression of Multiple Narrowband Interferers in a Spread-Spectrum Communication System” IEEE Journal an selected Areas in Communications, Vol. 18, No. 8, August 2000, Seite 1365–1374” rein theoretische Untersuchungen in Bezug auf lineare Prädiktion bzw. des Levisons Algorithmus (siehe Druckschrift ”Adaptive Algorithms for Estimating and Suppressing Narrow-Band Interference in PN Spread-Spectrum Systems)”) bzw. Schätzalgorithmus nach Markov um Interferenzen zu unterdrücken (siehe Druckschrift ”Suppression of Multiple Narrowband Interferers in a Spread-Spectrum Communication System”).
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Eine Trägerphasensynchronisation an sich ist beispielsweise in der Diplomarbeit von Enzner, Gerald am Lehrstuhl für Nachrichtentechnik II, Universität Erlangen-Nürnberg, August 2000 ”Noncoherent sequence estimation for coded M(D)PSK and CPM transmission” oder in der Fachzeitschrift IEEE Transactions an Communications, COM-47:1303-1308, September 1999” Noncoherent sequence detection of Continous Phase Modulations” von Colavolpe, C; Raheli, R. oder in der Dissertation von Schober, Robert am Lehrstuhl für Nachrichtentechnik 11, Universität Erlangen-Nürnberg, Shaker Verlag 2000” Noncoherent detection and equalization for MDPSK and MDAPSK signals” ausführlich beschrieben und erläutert.
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Wie die vorstehende Würdigung des Standes der Technik aufzeigt, ist die Realisierung eines aufwandsgünstigen Übertragungsverfahrens mit bisherigen Geräten und Verfahren nur sehr eingeschränkt möglich. Besonders bedeutsam ist dies, da ein bandbreiten- und leistungseffizientes, digitales Übertragungsverfahren von großem Nutzen ist und die Telekommunikations-Industrie ebenso wie die Modellbauindustrie als fortschrittliche, entwicklungsfreudige Industrien anzusehen sind, die schnell Verbesserungen und Vereinfachungen aufgreifen und in die Tat umsetzen.
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Der Erfindung liegt gegenüber den bekannten Verfahren und Vorrichtungen die Aufgabe zugrunde, ein aufwandsgünstigen Übertragungsverfahren und eine Vorrichtung so auszugestalten, dass eine störresistente, bidirektionale, digitale Datenübertragung, insbesondere ein Wechsel zu einem Kanal mit geringerer Interferenzleistung, ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Funkfernsteuerung von beweglichen Objekten, gemäß Patentanspruch 1, dadurch gelöst, dass
- • die Funkfernsteuerung nach Maßgabe eines schmalbandigen, bidirektionalen CDMA-Übertragungssystems erfolgt,
- • eine Quellencodierung zur Reduktion der zu übertragenden Daten eingesetzt wird,
- • die quellencodierten Daten einem Faltungsencoder der Rate 1/n zugeführt und anschließend durch eine anlagencharakteristische Signatursequenz mittels Signaturgenerator modifiziert werden,
- • ein trägersensitives Frequenzsprungverfahren nach Maßgabe der gemessenen Interferenzleistungen in den zur Verfügung stehenden Frequenzkanäle benutzt wird und
- • zur gleichzeitigen Ermittlung der Kanalbelegung die Ermittlung der Interferenzleistungen in den einzelnen Frequenzkanälen mittels einer regelmäßigen spektralen Vermessung des kompletten zur Verfügung stehenden Frequenzbandes durch Berechnung der FFT über einen breitbandig empfangenen Signalabschnitt zur spektralen Erfassung mehrerer Frequenzkanäle während des Empfangsvorganges erfolgt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist die Vorteile auf, dass trotz des geringen Datenflusses dennoch ausreichend Informationen übertragen werden kann, indem die Menge der zu übertragenden Daten reduziert wird und dass zur Feststellung der Belegung und damit der Interferenzleistung der einzelnen Kanäle im Frequenzband das Signal des kompletten Frequenzbandes spektral analysiert wird, was während des Empfangs erfolgen kann. Ein gesonderter Zeitschlitz, in dem das Gerät weder empfängt noch sendet, kann vorgesehen werden, ist jedoch vom Prinzip her nicht notwendig. Da das Gerät regelmäßig empfängt, erfolgt somit auch die Spektralanalyse regelmäßig. Durch die Spektralanalyse mittels einer schnellen Fourier-Transformation (Fast Fourier Transform, FFT) aus dem breitbandig empfangenen Signalabschnitt, nimmt die spektrale Auflösung den Kanalabstand der Frequenzkanäle auf. Wird bei der Spektralanalyse im derzeit verwendeten Frequenzkanal eine hohe Interferenzleistung festgestellt, so kann zu einem Kanal mit geringerer Interferenzleistung gewechselt werden. Dies kann beispielsweise geschehen durch das Mischen vom HF-Band in das komplexe äquivalente Basisband. In diesem Fall verschiebt sich auch das breitbandige Signalfenster. Da die spektrale Auflösung auf den Kanalabstand angepasst ist, muss nur die Zuordnung der Ergebnisse der Fourier-Transformation zu den Kanälen angepasst werden. Das kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass für das analysierte Signalfenster die doppelte Bandbreite des zu analysierenden Frequenzbandes gewählt wird. Weiterhin weist das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil auf, dass basierend auf die damit zur Verfügung stehenden Informationen über die einzelnen Kanäle, ein trägersensitives Frequenzsprungverfahren eingesetzt werden kann. Wird also im bisher verwendeten Frequenzkanal eine zu hohe Interferenzleistung ermittelt, so kann automatisch zu einem Kanal mit geeigneter oder annehmbarer Interferenzleistung gewechselt werden. Somit wird eine Selbstorganisation der Zuweisung der dynamisch veränderlichen Frequenzkanäle auf viele Fernsteueranlagen möglich. Dies bedeutet, dass eine Koordination von Funkkanälen wie bisher (z. B. auf Modellflugplätzen) nicht mehr erforderlich ist, da mehrfach belegte Frequenzkanäle automatisch verlassen werden. Dadurch ist auch eine Koexistenz entsprechender Anlagen mit bisher bestehenden Anlagen, die das FM-, AM-Verfahren, etc. verwenden, möglich. Der Wechsel eines Frequenzkanals erfolgt vorzugsweise nach einem Pseudo-Zufalls-Delay, um zeitlich nahe beieinanderliegende Frequenzwechsel möglichst zu vermeiden und damit zu verhindern, dass mehrere Anlagen gleichzeitig auf die gleiche Frequenz wechseln (vgl. Aloha-Prinzip).
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Wird in weiterer Ausgestaltung des Verfahrens eine kontinuierliche Phasenmodulation (Continuous Phase Modulation CPM) mit einer niederratigen Kanalcodierung kombiniert, wobei das binäre kanalcodierte Signal durch die (Modulo-2)-Addition einer Signatursequenz modifiziert wird, wird auf besonders einfache Art und Weise die gleichzeitige Übertragung von mehreren Systemen im gleichen Frequenzkanal durch Codevielfachzugriff (Code Division Multiple Access, CDMA) ermöglicht. Im Einzelnen entstehen bei Anwendung der (Modulo-2)-Addition einer pseudozufälligen, binären Signatursequenz auf die kanalcodierten Bits sogenannte Nebenklassencodes, wie diese beispielsweise in dem Fachbuch von Friedrichs, Bernd: Kanalcodierung, Springer Verlag 1995 beschrieben sind. Dadurch ergibt sich eine eindeutige, reversible Abbildung der Codes, die aber weiterhin die gleichen, nachrichtentechnischen Eigenschaften besitzen. Die Verwendung von Signatursequenzen ermöglicht es aber mehreren Sender-Empfänger-Systemen, gleichzeitig im selben Frequenzkanal zu senden und zu empfangen, ohne sich gegenseitig entscheidend zu beeinflussen. Demzufolge ist durch die Verwendung der Signatursequenzen CDMA-Zugriff möglich. Die durch die Signaturen entstandenen Nebenklassencodes im Sender können empfangseitig im Decoder (z. B. bei einem Trellisdecoder in der Metrikberechnung) direkt berücksichtigt werden, so dass keine getrennten Operationen mehr notwendig sind, um die unterschiedlichen Kanäle im Empfänger zu trennen. Dabei ist von Vorteil, dass auf überraschend einfache Art und Weise durch die Anwendung einer Kanalcodierung mit niedriger Rate (z. B. Faltungscodierung mit Rate 1/8) ein sicherer Betrieb ermöglicht wird. Dadurch wird das System robust selbst gegenüber mehreren gleichstarken Sendesignalen im gleichen Frequenzkanal. Weiterhin wird durch die Verwendung von CPM ein bandbreiten- und leistungseffizientes, digitales Übertragungsverfahren mit konstanter Einhüllender erhalten. Damit wird eine effiziente und kostengünstige HF-Verstärkung möglich, bei der nur geringste Linearitätsanforderungen zu erfüllen sind.
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Weiterhin wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bei einer Vorrichtung zur Funkfernsteuerung von beweglichen Objekten nach Maßgabe eines schmalbandigen, bidirektionalen CDMA-Ubertragungsverfahrens, gemäß Patentanspruch 8, dadurch gelöst, dass im Sender
- • eine Quellencodierung zur Reduktion der zu übertragenden Daten eingesetzt wird,
- • die quellencodierten Daten einem Faltungsencoder der Rate 1/n zugeführt und anschließend durch eine anlagencharakteristische Signatursequenz mittels Signaturgenerator modifiziert werden,
- • ein trägersensitives Frequenzsprungverfahren nach Maßgabe der im Empfänger gemessenen Interferenzleistungen in den zur Verfügung stehenden Frequenzkanäle benutzt wird und
- • im Empfänger
- • das Empfangssignal zum Mischen ins äquivalente komplexe Basisband und Abtastung einem Mischer oder einem komplexen digitalen Mischer zugeführt ist und
- • zur gleichzeitigen Ermittlung der Kanalbelegung die Ermittlung der Interferenzleistungen in den einzelnen Frequenzkanälen mittels einer regelmäßigen spektralen Vermessung des kompletten zur Verfügung stehenden Frequenzbandes durch Berechnung der FFT über einen breitbandig empfangenen Signalabschnitt zur spektralen Erfassung mehrerer Frequenzkanäle während des Empfangsvorganges erfolgt,
derart, dass im Decoder des Empfängers selbst bei gleichstarken Sendesignalen im gleichen Frequenzkanal ein CDMA-Zugriff möglich ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zur Realisierung des Verfahrens ermöglichen also die Anwendung von asynchronem, unkoordiniertem Codevielfachzugriff (CDMA), wobei die Ausnutzung eines Kanals durch mehrere Übertragungssysteme möglich wird, beispielsweise bei einer Coderate von 1/8 durch bis zu vier Übertragungssysteme. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil auf, dass auf aufwandsgünstige Art und Weise zu einem Kanal mit geringerer Interferenzleistung gewechselt werden kann, indem durch den Mischer vom HF-Band in das komplexe äquivalente Basisband und auch das breitbandige Signalfenster verschoben wird. Alternativ kann auch mit dem Mischer vom HF-Band in das komplexe äquivalente Basisband nur das Frequenzband selektiert werden und der für die Übertragung verwendete Frequenzkanal wird mit einem zweiten, dann voll komplexen Mischer nach dem Abzweigen des breitbandigen Signalfenster, selektiert.
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Weiterhin wird, gemäß Patentanspruch 2, zur Quellencodierung DPCM, ADPCM oder AQDPCM verwendet.
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Wird beispielsweise AQDPCM (Adaptive Quantisation Differential Pulse Code Modulation) verwendet, um die Steuerinformationen zu komprimieren, so lassen sich beispielsweise Reglerausschläge abhängig von der Amplitude unterschiedlich fein quantisieren. Betrachtet man z. B. die Fernsteuerung eines Modellflugzeuges, so wäre für die einzelnen Steuerknüppel (für Höhenruder, Seitenruder, ...) bei geringen Regelbewegungen um die aktuelle Reglerposition herum eine hohe Auflösung (= feinere Quantisierung) wünschenswert, für stärkere Regelbewegungen hingegen würde eine niedrigere Auflösung (= gröbere Quantisierung) ausreichen, da auch die Genauigkeit in der Bewegung der menschlichen Hand hierbei niedriger ist. Diese Tatsache kann durch die Verwendung von AQDPCM ausgenutzt werden, bei der Grob- und Feinquantisierung an die aktuellen Gegebenheiten angepasst werden. Es können aber auch mit Vorteil die anderen Quellcodierungen, wie z. B. DPCM oder ADPCM verwendet werden.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird, gemäß Anspruch 4, als Duplex-Methode Time-Division-Duplex oder Code-Division-Duplex eingesetzt.
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Diese Ausgestaltung der Erfindung weist den Vorteil auf, dass durch Verwendung von Time Division Duplex (TDD) oder Code Division Duplex (CDD) eine Datenübertragung im gleichen Frequenzkanal in beiden Richtungen möglich. Bei Verwendung von TDD ist dabei im Protokoll ein Zeitschlitz für den Rückkanal vorzusehen. Damit ist es möglich, von der gesteuerten Einheit aus Daten zurück zur Steuereinheit zu senden, womit sich zahlreiche neue Anwendungen erschließen lassen. Somit ist nun beispielsweise die Übertragung von Telemetriedaten (Höhe, Geschwindigkeit, usw.) innerhalb des Fernsteuerbandes ohne zusätzliche Funkkomponenten möglich. Weiterhin lassen sich Daten zur Zustandsüberwachung (Tankfüllung, Stromversorgung, etc.) von der gesteuerten Einheit an die Steuereinheit übertragen. Damit können die Fernsteuermodule zu kleinen Cockpits ausgebaut werden, an denen sich die gesamten Informationen anzeigen und überwachen lassen. Zusätzlich ist die Überwachung der Datensicherheit für die Übertragung denkbar, wobei Warnfunktionen auf unzuverlässigen Datenverkehr hinweisen könnten, der durch die Verwendung von Schutzmechanismen im Protokoll, beispielsweise Cyclic Redundancy Check (CRC), erkannt werden kann. Weiterhin könnten Mechanismen vorgesehen werden, mit denen man Fallback-Einstellungen der gesteuerten Einheit flexibel definieren könnte, d. h. es könnte leichter festgelegt werden, welche Einstellungen die gesteuerte Einheit im Falle des Abreißens der Funkverbindung annehmen soll (bspw. manuelles Vornehmen der gewünschten Einstellung an der gesteuerten Einheit und Übertragung einer Information zum Übernehmen als Fallback-Einstellung).
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Vorzugsweise wird, gemäß Patentanspruch 5, ein Austausch von Leistungskontrolldaten zwischen steuernder und gesteuerter Einheit vorgenommen und nach Maßgabe dieser Daten erfolgt eine Minimierung der Sendeleistungen durch beide Einheiten.
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Durch die Nutzung der Duplexverbindung zum beiderseitigen Austausch von Power-Control-Daten zur Minimierung der Sendeleistungen teilen sich sowohl steuernde als auch gesteuerte Einheit einander regelmäßig mit, wie stark die Signale wechselseitig empfangen werden. Damit können beide Einheiten ihre Sendeleistung minimieren und je nach Entfernung und Ausbreitungsbedingungen zwischen beiden Einheiten an die aktuellen Erfordernisse anpassen. Dies hat den Vorteil, dass die Batteriestandzeit maximiert, die Interferenzerzeugung für andere Systeme minimiert wird und dadurch auch eine höhere räumliche Dichte von Systemen im gleichen Frequenzkanal möglich wird. Damit können mehrere Systeme, die im gleichen Frequenzkanal arbeiten, in geringerem räumlichem Abstand voneinander betrieben werden. Überträgt man bei einer gegebenen Kanalbandbreite (z. B. 14 kHz für Funkfernsteuersysteme) mit niedriger Coderate, so ist auch nur ein geringer Datenfluss möglich, wodurch auch nur relativ niedrige Signalleistungen anfallen. Dies hat den Vorteil, dass sich wesentlich längere Batteriestandzeiten ergeben und dass die Interferenzen auf andere Systeme deutlich geringer ausfallen als bei herkömmlichen Verfahren.
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In Weiterbildung der Erfindung weist, gemäß Patentanspruch 11, der Empfänger zur Spektralanalyse Mittel zur Vorverarbeitung der Daten mit einem Filter und/oder Fenster auf, welche zur Durchführung einer schnellen Fourier-Transformation mit einem FFT-Prozessor verbunden sind und zur Verringerung des Einflusses von kurzzeitigen Effekten in den am Ausgang des FFT-Prozessors abgreifbaren Messwerten werden diese vor der Auswertung einem Mittelwertbildner zugeführt.
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Dadurch kann auf einfache Art und Weise die Qualität erhöht und der Einfluss von kurzzeitigen Effekten verringert werden.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten lassen sich der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmen. In der Zeichnung zeigt:
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1 eine bevorzugte Ausgestaltung eines Senders des Gesamtsystems gemäß der Erfindung und
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2 eine bevorzugte Ausgestaltung eines Empfängers des Gesamtsystems gemäß der Erfindung.
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1 zeigt ein Beispiel für einen dem beschriebenen Verfahren entsprechenden Sender S. Die binären Daten gelangen dabei in einen Faltungsencoder FE der Rate 1/n und werden anschließend durch eine anlagencharakteristische Signatursequenz mittels Signaturgenerator SG modifiziert. Die wiederum in einem Parallel-Serien-Wandler PS serialisierten Daten werden dann mittels eines Modulators M beispielsweise durch Anwendung einer kontinuierlichen Phasenmodulation (Continuous Phase Modulation CPM) in das gewünschte HF-Band transformiert. Im einzelnen sind die Ausgänge 0, 1, ..., n - 1 des Faltungsencoders FE jeweils mit einem ersten Eingang eines Modulo-2-Addierers AG, A1, ..., An – 1 verbunden und der zweite Eingang jedes Modulo-2-Addierers A0, A1, ..., An – 1 ist mit dem Signaturgenerator SG verbunden.
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2 zeigt ein Beispiel für eine Ausführung eines Empfängers E nach dem beschriebenen Verfahren, wobei das Empfangssignal zum Mischen ins äquivalente komplexe Basisband und Abtastung einem Mischer DEM oder einem komplexen digitalen Mischer MI zugeführt wird. Der Ausgang des Mischers DEM bzw. MI steht über Mittel zur Filterung, Verzögerung und Unterabtastung, nämlich FIR, FII, V, MFR, MFI, mit einem Decoder D in Verbindung. Vorzugsweise wird als Decoder D ein Viterbi-Decoder benutzt. Bei einer in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungsform werden die bei der Decodierung erhaltenen entschiedenen Daten einer Trägerphasensynchronisation zugeführt, die daraus die aktuelle Trägerphase abschätzt und diese werden wiederum in den Decoder D rückgekoppelt, um sie für die Ermittlung nachfolgender Bits verwenden zu können. Dadurch erfolgt auf der Empfängerseite eine neuartige in den Decodiervorgang integrierbare Trägerphasensynchronisation.
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Weiterhin weist der Empfänger E zur Spektralanalyse Mittel VVR, VVI zur Vorverarbeitung der Daten mit einem Filter und/oder Fenster auf, welche zur Durchführung einer schnellen Fourier-Transformation mit einem FFT-Prozessor FFT verbunden sind. Zur Verringerung des Einflusses von kurzzeitigen Effekten in den am Ausgang des FFT-Prozessors FFT abgreifbaren Messwerten, werden diese vor der Auswertung A einem Mittelwertbildner MIT zugeführt. Insbesondere unterzieht der Mittelwertbildner MIT die Messwerte für die Leistungen in den einzelnen Frequenzkanälen einer Mittelung oder Filterung.
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Im Vergleich zum bekannten Stand der Technik kann erfindungsgemäß ein aufwandsgünstiges Verfahren und eine Vorrichtung zur Realisierung des Verfahrens angegeben werden, bei dem eine störresistente, digitale Funkfernsteuerung mit Leistungsregelung, eine selbstorganisierende Kanalvergabe und eine Rückkanalbereitstellung durch Duplex-Methoden zur Telemetriedatenübertragung ermöglicht wird.
