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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Stabilität der Trägerfrequenz
von mehreren Sendern in einem Gleichwellennetz.
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Der
terrestrische digitale Hör-
und TV-Rundfunk (DAB und DVB-T) wird mittels digitalen Mehrträgerverfahren
(z. B. OFDM = orthogonal frequency division multiplexing) über ein
Netz von Sendern übertragen, die
phasen- und frequenzsynchron über
ein Gleichwellennetz im Sendegebiet ausstrahlen.
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Zur
effizienten Nutzung der vorhandenen Frequenzressourcen strahlen
alle Sender eines Gleichwellennetzes zeitgleich ein identisches
Sendesignal aus. Neben der Phasensynchronität muß in einem Gleichwellennetz
deshalb auch die Identität
der auszustrahlenden Trägerfrequenz
bei den einzelnen Sendern gewährleistet
sein.
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In
der
DE 199 37 457
A1 wird ein Verfahren zur Überwachung der Phasensynchronität der einzelnen Sender
eines Gleichwellennetzes vorgestellt. Eine auftretende Phasenasynchronität zweier
Sender wird über eine
Laufzeitdifferenzmessung durch Ermittlung der Kanalimpulsantworten
der beiden Sender erfasst. Liegt eine Abweichung zwischen der gemessenen
Laufzeitdifferenz der beiden Sender und einer Referenzlaufzeitdifferenz
für den
synchronen Betriebsfall der beiden Sender in größerem Umfang vor, so strahlen
die beiden Sender asynchron aus. Diese Abweichung der Laufzeitdifferenz
wird von einer Empfangsstation im Sendegebiet des Gleichwellennetzes
durch Auswertung der Kanalimpulsantworten ermittelt und den beiden
phasenasynchronen Sendern für
eine nachträgliche
Synchronisierung übermittelt.
Ein Verfahren zur Überwachung identischer
Trägerfrequenzen
bei zwei Sendern in einem Gleichwellennetz kann der
DE 199 37 457 A1 nicht entnommen
werden.
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Die
Synchronisierung von Sendern in einem Gleichwellennetz hinsichtlich
identischer Trägerfrequenz ist
in der
DE 43 41 211
C1 beschrieben. Hierbei überträgt eine Zentrale den einzelnen
Sendern des Gleichwellennetzes neben den Übertragungsdaten auch ein Frequenzreferenzsymbol.
Dieses Frequenzreferenzsymbol wird von jedem Sender des Gleichwellennetzes
ausgewertet und für
eine Synchronisierung der Trägerfrequenz
an die Frequenzreferenz herangezogen.
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Nachteilig
an diesem Verfahren ist die Tatsache, dass die Auswertung der Synchronität der Trägerfrequenz
von jedem Sender einzeln durchgeführt wird. Diese senderspezifische
Auswertung der Frequenzsynchronität der Trägerfrequenz kann folglich mit
einem gewissen senderspezifischen Vermessungs- und Auswertungsfehler
behaftet sein, der zu einer uneinheitlichen Überwachung der Trägerfrequenz
aller im Gleichwellennetz beteiligten Sender führen kann. Hinzukommt, dass
die Überwachung
der Trägerfrequenz
bei jedem einzelnen Sender eine Synchronisierung der einzelnen Sender
mittels einer Zeit-Referenz erforderlich macht, die vom einzelnen
Sender beispielsweise über
GPS empfangen wird. Schließlich
findet die Frequenzsynchronisierung in der Schaltungsanordnung der
DE 43 41 211 C1 vor
der Modulation statt, so dass eine nachträgliche Frequenzverschiebung
der Trägerfrequenz
durch nachfolgende Funktionseinheiten des Senders nicht ausgeschlossen
ist. Alle diese Schwachpunkte können
zu einem unerwünschten
Empfang unterschiedlicher Trägerfrequenzen
der einzelnen Sender in einem an einem beliebigen Ort im Sendegebiet
des Gleichwellennetzes positionierten Empfänger führen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Überwachung der
Trägerfrequenzstabilität von Sendern
in einem Gleichwellennetz anzugeben, bei dem die Synchronität der Trägerfrequenzen
der einzelnen Sender einheitlich durch eine einzige Meßanordnung,
die an einer beliebigen Stelle im Sendegebiet des Gleichwellennetzes
positioniert sein kann, ohne Synchronisierung der Meßanordnung
mittels einer Zeit-Referenz überwacht
wird.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zur Überwachung
der Trägerfrequenzstabilität von Sendern
in einem Gleichwellennetz mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und
eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 oder 13 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Überwachung
der Trägerfrequenzstabilität der zu
einem Gleichwellennetz gehörigen
Sender erfolgt über
eine einzige Empfangseinrichtung, die im Sendegebiet des Gleichwellennetzes
an einem beliebigen Ort positioniert ist. Die Empfangseinrichtung
ermittelt aus der Übertragungsfunktion
des Übertragungskanals vorzugsweise
mittels der inversen komplexen Fourier-Transformation den Verlauf
der Summenimpulsantwort sämtlicher
Sender zu zwei verschiedenen Zeitpunkten. Die zum jeweiligen Sender
gehörigen
Impulsantworten werden aus den beiden Summenimpulsantworten ausgeblendet,
nachdem deren Phasenlage zur Phasenlage der beiden Impulsantworten
eines Bezugssenders des Gleichwellennetzes in Relation gesetzt wurden.
Anschließend
werden die Phasenverläufe
der beiden zum jeweiligen Sender gehörigen Impulsantworten ermittelt,
aus denen wiederum für
jeden Sender die Phasenverschiebungsdifferenz der Impulsantwort
des jeweiligen Senders zur Phasenlage der Impulsantwort des Bezugssenders
zwischen zwei Beobachtungszeitpunkten abgeleitet wird. Aus dem Verlauf
der Phasenverschiebungsdifferenz kann, wie weiter unten noch im
Detail gezeigt wird, die Trägerfrequenzverschiebung
jedes Senders zur Trägerfrequenz
eines Bezugssenders des Gleichwellennetzes berechnet werden.
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Zur
eindeutigen Identifizierung einer dauerhaften Trägerfrequenzverschiebung bei
einem Sender des Gleichwellen netzes werden die Summenimpulsantworten
sämtlicher
Sender aus der Übertragungsfunktion des Übertragungskanals
durch Anwendung der inversen komplexen Fourier-Transformation zu
mehreren verschiedenen Zeitpunkten wiederholt durchgeführt und
darauf aufbauend die Trägerfrequenzverschiebung
jedes Senders zur Trägerfrequenz
eines Bezugssenders des Gleichwellennetzes wiederholt berechnet
und einer anschließenden
Mittelung zugeführt.
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Sinkt
die Phasenverschiebungsdifferenz eines Senders zwischen zwei Zeitpunkten
auf einen Wert kleiner –π bzw. übersteigt
die Phasenverschiebungsdifferenz eines Senders zwischen zwei Zeitpunkten
auf einen Wert größer +π, so wird
der Wert der Phasenverschiebungsdifferenz des jeweiligen Senders
zwischen zwei Zeitpunkten in diesem Zeitabschnitt um den Wert +2·π erhöht bzw.
um 2·π reduziert.
Auf diese Weise wird die Phasenverschiebungsdifferenz auf Werte
zwischen –π und +π begrenzt.
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Die
Gewinnung der Impulsantwort jedes Senders des Gleichwellennetzes
erfolgt durch Ermittlung der Koeffizienten der Übertragungsfunktion des Übertragungskanals
aus den Koeffizienten des an den Übertragungskanal angepaßten Entzerrers
in der Empfangseinrichtung und anschließende Berechnung der inversen Fourier-Transformation.
Beim digitalen terrestrischen TV-Rundfunk (DVB-T) kann die Impulsantwort
für jeden Sender
alternativ aus der inversen Fourier-Transformation der Übertragungsfunktion
des Übertragungskanals durch
Auswertung der zu den verstreuten Pilotträgern gehörigen OFDM-modulierten Übertragungssignale
abgeleitet werden.
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Zwei
Ausführungsformen
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend
näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 eine
funktionale Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung
der Trägerfrequenzstabilität von Sendern
in einem Gleichwellennetz;
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2 ein
Beispiel für
eine grafische Darstellung der zeitdiskreten Summenimpulsantwort;
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3 ein
Beispiel für
eine grafische Darstellung für
eine Verlaufsänderung
der Übertragungsfunktion des Übertragungskanals;
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4A ein
Flußdiagramm
zur Erläuterung
der ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Überwachung
der Trägerfrequenzstabilität von Sendern
in einem Gleichwellennetz;
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4B ein
Flußdiagramm
zur Erläuterung
der zweiten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Überwachung
der Trägerfrequenzstabilität von Sendern
in einem Gleichwellennetz;
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5A eine
beispielhafte Ergebnisdarstellung der ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Überwachung
der Trägerfrequenzstabilität von Sendern
in einem Gleichwellennetz;
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5B eine
beispielhafte Ergebnisdarstellung der zweiten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Überwachung
der Trägerfrequenzstabilität von Sendern
in einem Gleichwellennetz;
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6A eine
beispielhafte dreidimensionale grafische Darstellung der Amplituden-
und Trägerfrequenzabweichung
und
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6B eine
beispielhafte zweidimensionale grafische Darstellung der Amplituden-
und Trägerfrequenzabweichung.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Überwachung
der Trägerfrequenzstabilität von Sendern
in einem Gleichwellennetz wird in seinen beiden Ausführungsformen
nachfolgend unter Bezugnahme auf 1 bis 5 beschrieben.
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Die
in einem Gleichwellennetz positionierten Sender S
0,
..., S
i, ..., S
n,
beispielsweise gemäß
1 die Sender
S
1, S
2, S
3, S
4 und S
5, strahlen z.B. im Rahmen des digitalen
Hör- und
TV-Rundfunks jeweils ein identisches phasen- und frequenzsynchrones
Signal s(t) aus. Eine Empfangseinrichtung E, die im Sendegebiet
des Gleichwellennetzes positioniert ist, empfängt ein Empfangssignal e(t)
als Überlagerung
sämtlicher
zu den einzelnen Sendern S
0, ..., S
i, ..., S
n gehörigen Empfangssignale
e
i(t). Dieses überlagerte Empfangssignal e(t) weist
gemäß Gleichung
(1) folgenden Zeitverlauf auf:
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Im
Rahmen der folgenden Betrachtungen wird beispielsweise der Sender
So zum Bezugssender des Gleichwellennetzes definiert. Die Dämpfungs-
und Phasenverzerrungen sowie die Laufzeiten, die die Sendesignale
s(t) der einzelnen Sender S0, ..., Si, ..., Sn im Übertragungskanal
zur Empfangseinrichtung E erfahren, werden jeweils in Relation zur
Dämpfungs-
und Phasenverzerrung sowie zur Laufzeit des Bezugssenders So gesetzt.
Das in der Empfangseinrichtung E empfangene Signal e0(t)
des Bezugssenders So in Gleichung (1) entspricht deshalb seinem
Sendesignal s(t).
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Die
Amplitude vi des Empfangssignals ei(t) der übrigen
Sender S1 bis Sn ergibt
sich gemäß Gleichung (2)
aus der Dämpfungsnormierung
als Quotient zwischen der Amplitude des Empfangssignals ei(t) des jeweiligen Senders Si zur
Amplitude des Empfangssignals e0(t) des
Bezugssenders S0: vi = |ei/e0| (2)
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Die
Laufzeitdifferenz τi der Sender S1 bis
Sn läßt sich
gemäß Gleichung
(3) aus der Differenz zwischen der Laufzeit ti des
Senders Si und der Laufzeit t0 des
Bezugssenders S0 ermitteln: τi =
ti – t0 (3)
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Die
Laufzeitdifferenzen τi der einzelnen Sender S0 bis
Sn beruhen auf folgenden Effekten:
- • unterschiedliche
Laufzeiten aufgrund unterschiedlicher Wegstrecken zwischen den jeweiligen
Sendern Si und der Empfangseinrichtung E
und
- • unterschiedliche
Phasenverzerrungen der Sendesignale s(t) der jeweiligen Sender Si in den unterschiedlichen Übertragungsstrecken
zur Empfangseinrichtung E.
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Eine
zusätzliche
Phasenverschiebung ΔΘ
i zwischen einem Sender S
i und
dem Bezugssender S
0 kann bei der Phasennormierung
des Empfangssignals e(t) auftreten, wenn gemäß Gleichung (4) ein Unterschied
in der Trägerfrequenz ω
i des jeweiligen Senders S
i zur
Trägerfrequenz ω
0 des Bezugssenders S
0 auftritt:
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Die
Trägerfrequenzabweichung Δωi des jeweiligen Senders Si zur
Trägerfrequenz ω0 des Bezugssenders S0 führt gemäß Gleichung
(4) zu einer Phasenverschiebung ΔΘi(t) des zum jeweiligen Sender Si gehörigen Empfangssignals
ei(t)
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Unter
Berücksichtigung
der Beziehung in Gleichung (4) wird Gleichung (1) für den Zeitverlauf
des Empfangssignals e(t) nach Gleichung (5) übergeführt.
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Setzt
man gemäß Gleichung
(6) voraus, daß die
Zeitdauer ΔtB für
die Beobachtung des Empfangssignals ei(t)
wesentlich kleiner ist als die Periodendauern aller Phasenrotationen ΔΘi(t) der Empfangssignale ei(t) aufgrund
einer Trägerfrequenzverschiebung Δωi des jeweiligen Senders Si,
so kann davon ausgegangen werden, dass die Phasenverschiebung ΔΘi des Empfangssignals ei(t)
innerhalb dieses Zeitschlitzes ΔtB näherungsweise
konstant ist.
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Gleichung
(5) für
den Zeitverlauf des Empfangssignals e(t) geht für den Zeitbereich des Zeitschlitzes ΔtB in Gleichung (7) über.
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In 2 ist
der Zusammenhang der Normierung des Empfangssignals e1(t)
eines Senders S1 zum Empfangssignal e0(t) eines Bezugssenders So hinsichtlich
der Dämpfung
und der Laufzeit dargestellt.
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Bei
bekannter Übertragungsfunktion
des Übertragungskanals
des aus den Sendern S
0 bis S
n bestehenden
Gleichwellennetzes (single frequency network) kann das Empfangssignal
e(t) durch die jeweiligen Impulsantworten h
SFNi(t)
der Sender S
0, ..., S
i,
..., S
n zusammengesetzte Summenimpulsantwort
h
SFN(t) des Übertragungskanals des Gleichwellennetzes
(single frequency network) gemäß der Gleichung
aufgefaßt werden.
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Das
Frequenzspektrum E(ω)
des Empfangssignals e(t) in Gleichung (9) ergibt sich aus der Fourier-Transformation
des Empfangssignals h
SFN(t) gemäß Gleichung
(8) multipliziert mit der Übertragungsfunktion
S(ω) des Übertragungskanals
des Gleichwellenetzes:
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Der
Klammerterm des Frequenzspektrums E(ω) des Empfangssignals e(t)
in Gleichung (9) entspricht der Übertragungsfunktion
HSFN(ω)
des Übertragungskanals
des Gleichwellennetzes. Er besteht aus einer Summe von Zeigern,
deren Phase sich mit dem Term –jωτi ändern und
für einen
bestimmten Zeitpunkt t eine konstante Phasenverschiebung ΔΘi = Δωi·t
aufweisen.
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Der
Betrag der Übertragungsfunktion
|HSFN(f)| für ein Gleichwellennetz mit
einem Bezugssender S0 und einem zweiten
Sender S1 ist über der Frequenz f in 3 dargestellt.
Der Betrag der Übertragungsfunktion |HSFN(f)| weist einen periodischen Kurvenverlauf
mit einer Periodendauer von 1/τ1 auf. Der Verlauf des Betrags der Übertragungsfunktion
|HSFN(f)| verschiebt sich von einem periodischen
Kurvenverlauf zum Zeitpunkt t = t1 (durchgezogene
Linie) zu einem ebenfalls periodischen Kurvenverlauf gleicher Periodendauer
zum späteren Zeitpunkt
t = t2 > t1 (gestrichelte Linie) aufgrund des Einflusses
der Phasenverschiebung ΔΘ1 des Empfangssignals e1(t)
des Senders S1 zum Empfangssignal e0(t) des Bezugssenders So aufgrund einer
Trägerfrequenzverschiebung Δω1 des Senders S1 zur
Trägerfrequenz ω0 des Senders S0.
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Die
Geschwindigkeit der Verschiebung des Verlaufs des Betrags der Übertragungsfunktion
|H
SFN(f)| wird bestimmt durch die Trägerfrequenzverschiebung Δω
1 des Senders S
1 zur
Trägerfrequenz ω
0 des Bezugsenders S
0.
Die benötigte
Zeit t
Per zur Verschiebung des Verlaufs
des Betrags der Übertragungsfunktion
|H
SFN(f)| um genau eine Periode des Betragsverlaufs
der Übertragungsfunktion
|H
SFN(f)| ergibt sich gemäß Gleichung (10)
mit Hilfe von Gleichung (4) unter der Annahme einer Phasenverschiebung ΔΘ
1 von 2·π bei einer
vollen Rotation der Phasenverschiebung ΔΘ
1:
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Wird
die Übertragungsfunktion
HSFN(f) zu zwei verschiedenen Zeitschlitzen ΔtB1 und ΔtB2 betrachtet, so ändert sich gemäß Gleichung
(4) die aus einer Trägerfrequenzverschiebung Δωi des Senders Si zur
Trägerfrequenz ω0 des Bezugssenders S0 resultierende
Phasenverschiebung ΔΘi in der Übertragungsfunktion
HSFN(f) über
der Zeit t zwischen dem Zeitschlitz ΔtB1 und
dem Zeitschlitz ΔtB2 und damit auch sein Verlauf über der Frequenz
f. Analog ändert
sich auch der Verlauf der zur Übertragungsfunktion
HSFN(f) korrespondierenden Summenimpulsantwort
hSFN(t) gemäß Gleichung (8).
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Mit
der Änderung
des Verlaufs der Summenimpulsantwort hSFN(t)
bei rotierender Phasenverschiebung ΔΘi(t)
des Senders Si vom Zeitschlitz ΔtB1 zum Zeitschlitz ΔtB2 ändert sich
auch der Verlauf der Impulsantwort hSFNi(t)
des Senders Si, deren Trägerfrequenz ωi sich zur Trägerfrequenz ω0 des Bezugssenders So verschoben hat. Die
Phasenwinkelverschiebung ΔΘi(t) der zum Sender Si gehörigen Impulsantwort
hSFNi(t) vom Zeitpunkt tB1 des
Zeitschlitzes ΔtB1 zum Zeitpunkt tB2 des
Zeitschlitzes ΔtB2 ist folglich gemäß Gleichung (11) proportional
zum Verlauf der Trägerfrequenzverschiebung Δωi(t) des Senders Si zur
Trägerfrequenz ω0 des Bezugssenders So.
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Aus
Vereinfachungsgründen
wird davon ausgegangen, daß sich
die Trägerfrequenzverschiebung Δωi(t) zwischen den beiden Beobachtungszeitpunkten
tB1 und tB2 nicht ändert. Gleichung
(11) geht unter dieser sinnvollen Voraussetzung über in Gleichung (12).
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Die
erste Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Überwachung
der Trägerfrequenzstabilität von Sendern
in einem Gleichwellennetz ergibt sich folglich gemäß 4A aus
den nachfolgenden dargestellten Verfahrensschritten:
In Verfahrensschritt
S10 wird die Übertragungsfunktion
HSFN(f) des Übertragungskanals von den einzelnen Sendern
S0, ..., Si, ...,
Sn des Gleichwellennetzes zur Empfangseinrichtung
E ermittelt. Hierzu können
der Verlauf der Übertragungsfunktion
HSFN(f) aus den Koeffizienten des in der
Empfangseinrichtung E integrierten Entzerrers, die bei an den Übertragungskanal
angepaßtem
Entzerrer den Koeffizienten der Übertragungsfunktion HSFN(f) entsprechen, ermittelt werden.
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In
Verfahrensschritt S20 werden aus der Übertragungsfunktion HSFN(f) des Übertragungskanals mittels diskreter
inverser Fourier-Transformation die Verläufe der zugehörigen komplexen
Summenimpulsantworten hSFNi(t) und hSFN2(t) zu den beiden Zeitpunkten tB1 des Zeitschlitzes ΔtB1 und
tB2 des Zeitschlitzes ΔtB2 berechnet. Hierbei
handelt es sich um zeitdiskrete komplexe Summenimpulsantworten hSFN1(t) und hSFN2(t)
zu einzelnen Abtastzeitpunkten t.
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Aus
den beiden zeitdiskreten Verläufen
der komplexen Summenimpulsantworten hSFNi(t)
und hSFN2(t) werden im Verfahrenschritt
S30 die zu den im Gleichwellennetz beteiligten Sendern Si jeweils gehörigen Verläufe der komplexen Impulsantworten
hSFN1i(t) und hSFN2i(t)
zu den Zeitpunkten tB1 und tB2 herausgefiltert.
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Alternativ
zur obig dargestellten Ermittlung der Übertragungsfunktion HSFN(f) des Übertragungskanals aus den Koeffizienten
des in der Empfangseinrichtung integrierten Entzerrers ist beim
digitalen terrestrischen TV-Rundfunk eine Ermittlung der Übertragungsfunktion
HSFN(f) des Übertragungskanals aus den DVB-T-Symbolen
der verstreuten Trägerpiloten
möglich.
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Diese
zeitdiskreten Verläufe
der Impulsantworten hSFN1i(t) und hSFN2i(t) des jeweiligen Senders Si zu den Zeitpunkten tB1 und
tB2 sind jeweils komplexe Zahlenfolgen.
Aus diesen komplexen Verläufen
der Impulsantworten hSFN1i(t) und hSFN2i(t) werden im Verfahrensschritt S40
die zugehörigen
zeitdiskreten Phasenverläufe
arg(hSFN1i(t)) und arg(hSFN2i(t))
des jeweiligen Senders Si zu den Zeitpunkten
tB1 und tB2 ermittelt.
Alternativ kann zu diesem Zeitpunkt auch noch keine Zuordnung der
Impulsantwort zu den Sendern erfolgen und vorerst können nur
Gesamt-Impulsantworten hSFN1(t) und hSFN2(t) verrechnet werden.
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Durch
Subtraktion der zeitdiskreten Phasenverläufe arg(h
SFN1i(t))
und arg(h
SFN2i(t)) der Impulsantworten h
SFN1i(t) und h
SFN2i(t)
des jeweiligen Senders S
i zu den Zeitpunkten
t
B1 und t
B2 erhält man eine
Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘ
i(t
B2-t
B1)
der Phasenverschiebung des jeweiligen Senders S
i zum
Bezugssender S
0 zwischen den Zeitpunkten
t
B2 und t
B1, die über der
Zeit konstant ist und der Differenz der Phasenverschiebung ΔΘ
i(t
B2) zum Zeitpunkt
t
B2 und der Phasenverschiebung ΔΘ
i(t
B1) zum Zeitpunkt
t
B1 des Senders S
i zum
Bezugssender S
0 entspricht. Diese wird im
Verfahrensschritt S50 gemäß Gleichung
(13) resultierend aus Gleichung (8) berechnet:
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Die
Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘi(tB2-tB1)
der Phasenverschiebung des Senders Si zum
Bezugssender S0 zwischen den Zeitpunkten
tB1 und tB2 kann
u.U. Werte kleiner –π annehmen,
die außerhalb
des zulässigen
Wertebereiches liegen. Von daher wird im Verfahrensschritt S60 in
Zeitbereichen, in denen die Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘi(tB2-tB1)
der Phasenverschiebung des Senders Si zum
Bezugssender S0 zwischen den Zeitpunkten
tB1 und tB2 Werte
kleiner –π annimmt,
die Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘi(tB2-tB1) der
Phasenverschiebung gemäß Gleichung
(14) um den Wert 2·π erhöht.
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Nimmt
die Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘi(tB2-tB1)
der Phasenverschiebung des Senders Si zum Bezugssender
So zwischen den Zeitpunkten tB1 und tB2 Werte größer +π an, die außerhalb des zulässigen Wertebereiches
liegen, so wird die Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘi(tB2-tB1)
der Phasenverschiebung in Verfahrensschritt S65 gemäß Gleichung
(15) um den Wert 2·π reduziert.
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Die
in den Verfahrensschritten S60 und S65 durchgeführten Begrenzungen der Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘi(tB2-tB1)
der Phasenverschiebung des Senders Si zum
Bezugssender S0 zwischen den Zeitpunkten
tB1 und tB2 gemäß der Gleichungen
(13) und (14) gewährleisten
einen eindeutigen Phasenwert im Bereich von –π bis +π.
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In
Verfahrensschritt S70 wird gemäß Gleichung
(16) der Verlauf der Trägerfrequenzverschiebung Δωi des Senders Si zur
Trägerfrequenz ω0 des Bezugssenders S0 zwischen
den Zeitpunkten tB1 und tB2 resultierend aus
Gleichung (12) und (13) aus der Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘi(tB2-tB1)
der Phasenverschiebung des Senders Si zum
Bezugssender So zwischen den Zeitpunkten tB1 und
tB2 berechnet.
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Da
sich über
der Zeit t zur Phasenverschiebung ΔΘi(t)
des Empfangssignals ei(t) des Senders Si aufgrund einer Trägerfrequenzverschiebung Δωi des Senders Si zum
Bezugssender So zusätzliche
Phasenänderungen,
beispielsweise aufgrund von Phasenrauschen, überlagern können, wie dies in 5A dargestellt
ist, ist eine entsprechende Bereinigung der Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘi(tB2-tB1)
der Phasenverschiebung des Senders Si zum
Bezugssender So zwischen zwei Beobachtungszeitpunkten tB1 und
tB2 von derartigen Phasenstörungen durchzuführen. Diese
Bereinigung erfolgt in der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Überwachung
der Trägerfrequenzstabilität von Sendern
in einem Gleichwellennetz gemäß 4B.
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Im
Unterschied zur ersten Ausführungsform
in 4A werden in der zweiten Ausführungsform in 4B in
Verfahrensschritt S50 die Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘi(ΔtB) der Phasenverschiebung des Senders Si zum Bezugssender S0 innerhalb
eines Zeitintervalls ΔtB nicht nur zwischen den Beobachtungszeitpunkten
tB1 und tB2 ermittelt,
sondern zu mehreren anderen Beobachtungszeitpunkten tBj und
tB(j+1), die gemäß Gleichung (17) durch ein
Zeitintervall ΔtB voneinander getrennt sind. ΔtB =
tB(j+1) – tBj für j = 1,
2, 3, .. (17)
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Hierzu
wird in Verfahrensschritt S20 der zeitdiskrete Verlauf der komplexen
Summenimpulsantwort hSFNj(t) und hSFN(j+1)(t) jeweils zu den Beobachtungszeitpunkten
tj und tj+1 ermittelt.
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Analog
wird in Verfahrenschritt S30 aus den zeitdiskreten Verläufen der
komplexen Summenimpulsantworten hSFNj(t)
und hSFn(j+1)(t) die zeitdiskreten Verläufe der
komplexen Impulsantworten hSFNji(t) und
hSFN(j+1)i(t) des jeweiligen Senders Si zu den Zeitpunkten tj und
tj+1 ausgeblendet.
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Schließlich werden
in Verfahrensschritt S40 aus den zeitdiskreten Verläufen der
komplexen Impulsantworten hSFNji(t) und
hSFN(j+1)i(t) die Phasenverläufe arg
(hSFNji(t)) und arg (hSFN(j+1)i(t))
des Senders Si zu den Zeitpunkten tj und tj+1 ermittelt.
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Die
Subtraktion des Phasenverlaufs arg(hSFNji(t))
vom Phasenverlauf arg (hSFN(j+1)i(t)) in
Verfahrensschritt S50 führt
zur Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘi(tB(j+1)-tBj) der Phasenverschiebung des jeweiligen Senders
Si zum Bezugssender S0 zwischen
den Zeitpunkten tB(j+1) und tBj,
die der Differenz der Phasenverschiebung ΔΘi(tB(j+1)) zum Zeitpunkt tB(j+1) und
der Phasenverschiebung ΔΘi(tBj) zum Zeitpunkt
tBj des Senders Si zum
Bezugssender S0 entspricht.
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Die
Begrenzung der Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘi(tB(j+1)-tBj) der Phasenverschiebung
des jeweiligen Senders Si zum Bezugssender
S0 zwischen den Zeitpunkten tB(j+1) und
tBj auf den zulässigen Wertebereich zwischen –π und +π erfolgt
in den Verfahrensschritten S60 und S65.
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Im
Verfahrensschritt S70 wird aus der Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘi(tB(j+1)-tBj) der Phasenverschiebung des jeweiligen
Senders Si zum Bezugssender S0 zwischen
den Zeitpunkten tB(j+1) und tB die
Trägerfrequenzverschiebung Δωij des Senders Si basierend
auf der Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘi(tB(j+1)-tBj) der Phasenverschiebung
zu den Beobachtungszeitpunkten tj und tj+1 berechnet.
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Die
Trägerfrequenzverschiebung Δωij des Senders Si zum
Bezugssender S0 auf der Basis der Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘi(tB(j+1)-tBj) der Phasenverschiebung zu den Beobachtungszeitpunkten
tj und tj+1 wird
zu unterschiedlichen Beobachtungszeitpunkten tj und
tj+1 insgesamt jmax-mal
wiederholt ermittelt und berechnet.
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Die
insgesamt jmax berechneten Trägerfrequenzverschiebungen Δωij des Senders Si zum
Bezugssender S0 werden anschließend im
Verfahrensschritt S80 einer Mittelung zugeführt, um den Einfluß der obengenannten
Phasenstörungen,
beispielsweise aufgrund von Phasenrauschen, auf die Trägerfrequenzverschiebung Δωi zu beseitigen bzw. zu minimieren.
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Die
Mittelung kann auch in Form einer Pipeline-Struktur erfolgen, bei
der der jeweils älteste
Wert verworfen wird. Eine Speicher-sparende Variante ist eine rekursive
Mittelung.
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Ein
beispielhafter Verlauf einer derart von Phasenstörungen bereinigten Trägerfrequenzverschiebung Δωi eines Senders Si zu
einem Bezugssender S0 ist in 5B dargestellt.
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Eine
Vorrichtung zur Überwachung
der Trägerfrequenzstabilität von mehreren
Sendern in einem Gleichwellennetz ist in 1 dargestellt.
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Das
Gleichwellennetz in 1 besteht beispielsweise aus
den fünf
Sendern S1, S2,
S3, S4 und S5. Die Sendesignale der Sender S1 bis
S5 werden von einer Empfangseinrichtung
E empfangen. Die Empfangseinrichtung E ist mit einer elektronischen
Datenverarbeitungseinheit 1 verbunden. In einer Einheit 11 zur
Ermittlung der Übertragungsfunktion
des Übertragungskanals
wird auf der Basis der von der Empfangseinrichtung E empfangenen
Sendesignale der Sender S1 bis S5 die Übertragungsfunktion
HSFN(f) des Übertragungskanals von den Sendern
S1 bis S5 zur Empfangseinrichtung
E ermittelt. Hierbei bedient man sich der Koeffizienten des in der
Empfangseinrichtung E integrierten Entzerrers, die bei einem an
den Übertragungskanal
abgeglichenen Entzerrer den Koeffizienten der Übertragungsfunktion des Übertragungskanals
entsprechen.
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Alternativ
kann die Übertragungsfunktion
HSFN(f) des Übertragungskanals von den Sendern
S1 bis S5 zur Empfangseinrichtung
E aus den verstreuten Pilotenträgern
eines DVB-T-Signals beim digitalen terrestrischen TV-Rundfunks unter Umgehung
der Einheit 11 ermittelt werden.
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In
einer sich anschließenden
Einheit 12 zur Durchführung
der inversen Fourier-Transformation werden aus der Übertragungsfunktion
HSFN(f) des Übertragungskanals die zeitdiskreten
Verläufe
der komplexen Summenimpulsantworten hSFNj(t)
und hSFN(j+1)(t) zu den Beobachtungszeitpunkten
tBj und tB(j+1) berechnet.
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In
einer sich anschließenden
Einheit 13 zur Ausblendung der Impulsantwort für jeden Sender aus der Summenimpulsantwort
werden aus den zeitdiskreten Verläufen der komplexen Summenimpulsantworten
hSFNj(t) und hSFN(j+1)(t)
die zeitdiskreten Verläufe
der komplexen Impulsantworten hSFNji(t)
und hSFN(j+1)i(t) für jeden Sender Si des
Gleichwellennetzes zu den Zeitpunkten tBj und
tB(j+1) ausgeblendet.
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In
einer sich anschließenden
Einheit 14 zur Ermittlung des Phasenverlaufs der Impulsantwort werden aus
den zeitdiskreten Verläufen
der komplexen Impulsantworten hSFNji(t)
und hSFN(j+1)i(t) die zeitdiskreten Phasenverläufe arg(hSFNji(t)) und arg(hSFN(j+1)i(t))
der Impulsantworten hSFNji(t) und hSFN(j+1)i(t) zu den Zeitpunkten tBj und tB(j+1) berechnet.
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In
einer sich anschließenden
Einheit 15 zur Berechnung der Differenz der Phasenverschiebungen
und der Trägerfrequenzverschiebung
jedes Senders zur Trägerfrequenz
eines Bezugssenders werden aus den zeitdiskreten Phasenverläufen arg(hSFNji(t)) und arg(hSFN(j+1)i(t))
der Impulsantworten hSFNji(t) und hSFN(j+1)i(t) zu den Zeitpunkten tj und tj+1 die Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘi(tB(j+1)-tBj) der Phasenverschiebungen eines Senders
Si zu einem Bezugssender S0 zu
den Beobachtungszeitpunkten tBj und tB(j+1) berechnet, die der Differenz der Phasenverschiebung ΔΘi(tBj) und ΔΘi(tB(j+1)) des Senders
Si zum Bezugssender So zu den Zeitpunkten tBj und tB(j+1) entspricht,
und darauf aufbauend die Trägefrequenzverschiebung Δωij für
jeden Sender Si zu einem Bezugssender S0 auf der Basis einer ermittelten Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘi(tB(j+1)-tBj) der Phasenverschiebungen zu Beobachtungszeitpunkten
tBj und tB(j+1) abgeleitet.
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In
einer Einheit 2 der tabellarischen und/oder grafischen Darstellung
der Trägerfrequenzverschiebung Δωi aller Sender Si,
die an die elektronische Datenverarbeitungseinheit 1 angeschlossen
ist, werden die Trägerfrequenzverschiebungen Δωi jedes Senders Si zu
einem Bezugssender S0 des Gleichwellennetzes
entweder tabellarisch oder grafisch dargestellt.
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Hinsichtlich
der gleichzeitigen Darstellung der Amplitudenabweichung und der
Trägerfrequenzabweichung
eines Senders Si zu einem Bezugssender S0 zu einem bestimmten Beobachtungszeitpunkt
tBi in einer Grafik bietet sich einerseits
eine dreidimensionale Darstellung mit der Zeit t als erste Dimension,
der Frequenzabweichng Δωi des jeweiligen Senders Si zur
Trägerfrequenz ω0 des Bezugssenders S0 als
zweite Dimension und schließlich
der Amplitudenabweichung ΔAi des jeweiligen Senders Si zur
Amplitude A0 des Bezugssenders S0 als dritte Dimension an. Wird der Bezugssender 50 normiert
auf seine Amplitude A0 zum Zeitpunkt t =
0 in die dreidimensionale Grafik gesetzt, so wird entsprechend 6A jeder
Sender Si entsprechend der jeweiligen Amplituden-
und Trägerfrequenzabweichung ΔAi und Δωi durch einen Punkt in der Grafik repräsentiert.
Andererseits wird bei einer zweidimensionalen Darstellung gemäß 6B die
Zeit t in der Abszisse und die Amplitudenabweichung ΔAi des jeweiligen Senders Si zur
Amplitude A0 des Bezugssenders S0 auf der Ordinate aufgetragen, während die
Trägerfrequenzabweichung Δωi des jeweiligen Senders Si zur
Trägerfrequenz ω0 des Bezugssenders S0 durch
einen zur Trägerfrequenzabweichnung Δωi korrespondierendes Symbol des zum jeweiligen
Sender Si gehörigen Punktes charakterisiert
wird. Wiederum wird die Amplitude A0 des
Bezugssenders S0 zum Zeitpunkt t = 0 in
die Grafik eingetragen.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt.
Insbesondere sind alle beschriebenen Merkmale beliebig miteinander
kombinierbar. Auch eignet sich das beschriebene Verfahren nicht
nur für
Signale des DAB- oder DVB-T-Standards, sondern für alle Standards, die SFN ermöglichen,
insbesondere auch für
Signale des amerikanischen ATSC-Standards.
