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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur digitalen Nachrichtenverbindung
und ein digitales Nachrichtenverbindungssystem.
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Das
bekannte Fahrzeug-Nachführsystem der
Anmelderin, das in Großbritannien
im Einsatz ist, ermöglicht
es der Polizei, gestohlene Fahrzeuge zu verfolgen und zurückzuführen. Bei
diesem bekannten System ist eine kleine Sende-/Empfänger-Einheit in einem
Fahrzeug versteckt. Die Einheit wird durch ein Aktivierungssignal
in der Weise aktiviert, dass Signale übertragen werden, wenn das
Fahrzeug gestohlen worden ist. Das Aktivierungssignal wird von einem
Netzwerk von Basisstationen erzeugt. Polizeifahrzeuge werden mit
Empfängern
ausgerüstet,
die in der Lage sind, die Signale zu empfangen, die von der Sende-/Empänger-Einheit
in dem gestohlenen Fahrzeug gesendet werden. Auf diese Weise kann die
Polizei das Fahrzeug verfolgen, lokalisieren und übernehmen.
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Zusätzliche
und kompliziertere Funktionen können
in das Nachführsystem
eingebaut werden, wenn dort eine Zweiwege-Verbindung zwischen der Sende-/Empfänger-Einheit in jedem
Fahrzeug und einer Basisstation vorhanden sind, üblicherweise der nächstliegenden
Basisstation, wobei diese Basisstation zusätzlich als Empfänger zur
Aufnahme von Daten dient, die in Form von Signalen aus der Sende-/Empfänger-Einheit gesendet
werden. Eine derartige Zwei-Wege- oder Doppel-Nachrichten-Verbindung ist bei
dem bekannten System wegen der Verschiedenheit in der Leistung,
die an einer Sende-/Empfänger-Einheit
an Bord des Fahrzeuges und an einer Basisstation verfügbar ist.
Im einzelnen haben die Basisstationen Sender mit einer Leistung
von 25 Watt und einem Aktionsbereich in der Größenordnung von 30 Meilen (etwa
50 km). Die Sende-/Empfänger-Einheiten
an Bord haben jeweils einen Sender, dessen Leistung 1 Watt und dessen
maximale Reichweite 1,5 Meilen (etwa 2,5 km) beträgt, was häufig nicht
ausreichend ist, um eine Basisstation zu erreichen. Es ist nicht
möglich,
einfach die Leistung der an Bord befindlichen Sende-Einheiten zu
erhöhen,
da dies zu einer erheblichen Vergrößerung der Dimensionen und
der Kosten führen
würde,
und vom Markt nicht akzeptiert würde.
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Es
ist möglich,
die Bandbreite der Übertragungen
zu reduzieren, um den Aktionsbereich von Übertragungen von den an Bord
befindlichen Sende-/Empfänger-Einheiten
zu erweitern. Dies hätte
zur Folge, dass die Geschwindigkeit, mit der die Informationen übertragen
werden, reduziert werden würde, und
für viele
Anwendungsfälle,
wie z.B. bei einem Nachführsystem,
wäre eine
solche reduzierte Geschwindigkeit akzeptabel. Normalerweise würde die Verwendung
einer Sende-Einheit mit reduzierter Bandbreite die Kosten einer
jeden an Bord befindlichen Sende-/Empfänger-Einheit erhöhen, weil
Gerätebauteile
hoher Genauigkeit in der Sende-/Empfänger-Einheit erforderlich würden. Dies
ist deshalb der Fall, weil die Unsicherheit oder der Fehler in der
Trägerfrequenz
der Übertragung
normalerweise kleiner sein muss als die Bandbreite des zu übertragenden Signals,
damit der Empfänger
in der Lage ist, die Daten zu lokalisieren. Der Markt nimmt jedoch
Einheiten nicht an, die wesentlich höhere Kosten verursachen, und
deshalb können
Komponenten hoher Genauigkeit in einem solchen Sende/Empfänger nicht
genutzt werden.
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Die
Erfindung zielt darauf ab, den Aktionsbereich eines Sendegerätes ohne
Vergrößerung der Abmessungen
oder Erhöhung
der Kosten auszuweiten. Des weiteren zielt die Erfindung darauf
ab, den Bereich der Übertragung
von Signalen, die Daten aus einem Sendegerät enthalten, ohne Vergrößerung der Abmessungen
oder Erhöhung
der Kosten auszuweiten. Insbesondere ist vorliegende Erfindung anwendbar
auf ein Fahrzeug-Nachführsystem,
kann jedoch auch für
viele andere Anwendungsfälle
eingesetzt werden, insbesondere dort, wo Sendegeräte mit geringen
Kosten genutzt werden oder erforderlich sind.
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In
EP-A-0 583 522 wird ein Stellungsfernmeldesystem beschrieben. Die
räumliche
Position einer Vielzahl von mobilen Sende/Emfängern kann durch eine Basisstation
bestimmt werden, die Positioniersignale aus den mobilen Sende/Empfängern aufnimmt.
Die mobilen Sende/Empfänger
verwenden ein breites Spektrum an frequenzabhängigem Sendebetrieb, wobei
jeder mobile Sende/Empfänger
sein eigenes charakteristisches Frequenz-Wechselschema hat, damit
die Basisstation in der Lage ist, zu identifizieren, welcher mobile
Sende/Empfänger
auf der Basis des jeweiligen Frequenz-Wechselschemas in dem aufgenommenen
Signal überträgt. Wenn
die Übertragungsfrequenz,
die für
jeden mobilen Sende/Empfänger
benutzt wird, kritisch ist, damit sie in geeigneter Weise von der
Basisstation identifiziert wird, ist es entscheidend, dass die Basisstation
Zeitsynchronisiersignale an die beweglichen Sende/Empfänger überträgt und die
mobilen Sender entsprechend relativ komplex (und damit teuer) sein müssen, da
sie Speicher und Stromkreise enthalten müssen, damit die korrekte Frequenz
und das Schema des Frequenzwechsels von jedem beweglichen Sende/Empfänger übertragen
wird. Ferner werden die Signale, die von den mobilen Sende/Empfängern nicht
mit Daten moduliert werden und somit keine Daten enthalten, die
an die Basisstation übertragen
werden, weil die einzige von der Basisstation übertragene Information die
Tatsache ist, dass ein bestimmter identifizierter mobiler Sende/Empfänger tatsächlich überträgt. Es ist
deshalb keine Zweiwege-Verbindung von Daten zwischen der Basisstation
und den mobilen Sende/Empfängern
vorhanden.
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In
den US Patenten US-A-3 215 394 und US-A-4 301 454 ist ein Empfänger-System
zur Kanalisierung entsprechend Frequenzsignalen beschrieben, die
eine beliebige Frequenz innerhalb einer vorbestimmten interessierenden
Bandbreite haben können.
Beide Patente betreffen ein Verfahren zum Bestimmen der Frequenz
eines Signals, dessen Frequenz von vorneherein unbekannt ist, und
beide Patente beziehen sich auf die Bestimmung der Frequenz eines
Signals, das keine Daten betrifft.
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Nach
einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Einrichtung zum Senden
und Empfangen sowie zum Demodulieren von Übertragungen nach Anspruch
1 vorgeschlagen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform weist
der Empfänger
einen Analog-Digital-Wandler (ADC)
auf und die Verteilervorrichtung enthält eine schnelle Fourier-Transformation (FFT).
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Nach
einer Ausführungsform
weist die Demodulations-Vorrichtung eine Filtervorrichtung auf, die
so ausgelegt ist, dass sie nur eine zentrale Frequenz durchlässt, die
durch die Detektions-Vorrichtung bestimmt wird.
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Vorzugsweise
werden die Teilung, die Detektion und die Demodulation digital in
einem digitalen Signal-Prozessor durchgeführt.
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Der
Empfänger
besitzt vorzugsweise eine Detektions- und Demodulations-Vorrichtung
zum Detektieren und Demodulieren von Datensignalen, die in zwei
Teilkanälen übertragen
werden, und weist ferner vorzugsweise eine Additionsvorrichtung
zum Bewerten und Summieren der entsprechenden demodulierten Datensignale
abhängig
von der Qualität
der Signale, die in den Detektionsstufen bestimmt werden, auf.
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Nach
einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Senden
und Empfangen nach Anspruch 8 vorgeschlagen.
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Der
Demodulations-Schritt enthält
vorzugsweise den Schritt des Zentrierens mindestens eines schmalen
Bandfilters auf den detektieren Datensignal-Frequenzbändern.
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Die
Frequenz des oder eines jeden schmalen Bandfilters im Demodulations-Schritt
wird vorzugsweite im Detektions-Schritt bestimmt.
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Die
Zeitdauer von Datensignalen in den schmalen Frequenzbändern wird
vorzugsweise im Detektions-Schritt bestimmt und im Demodulations-Schritt
genutzt.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Schritt des Detektierens das Vorliegen von Datensignalen
in mindestens einem der Frequenzbänder den Schritt des Detektierens des
Vorliegens eines Datensignals in Mehrfach-Frquenzbändern, wobei
die Amplitude des Datensignals in jedem Band mit einem Norm-Wert
verglichen wird, um einen Qualitätswert
des Datensignals in jedem Band zu bestimmen.
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Das übertragene
Datensignal besitzt vorzugsweise eine Markierungsfolge und eine „Schwerpunkts"-Berechnung wird
vorzugsweise an den Qualitäts-Werten
durchgeführt,
um eine zentrale Frequenz und eine zentrale Zeitdauer für jede Markier-Folge
bereit zu stellen, wobei die Resultate der Schwerpunkts-Berechnung
während
des Demodulierens des Datensignals verwendet werden.
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Die
Frequenz des übertragenen
Datensignals kann zwischen aufeinanderfolgenden Übertragungen variiert werden.
Dies stellt sicher, dass ein gutes Signal aufgenommen wird, selbst
wenn eine Interferenzlinie bei einer speziellen Frequenz aufgenommen
würde,
wenn die nachfolgende Übertragung bei
einer Frequenz erfolgt, die durch die gleiche Interferenz wahrscheinlich
nicht beeinflusst wird.
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Das
Datensignal wird vorzugsweise in Form von zwei Teilkanälen übertragen,
wobei die Detektions- und Demodulations-Schritte an jedem Teilkanal ausgeführt, die
entsprechenden demodulierten Datensignale in Abhängigkeit von der Qualität der Signale,
die in den Detektionsschritten bestimmt werden, bewertet und summiert
werden.
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Das
empfangene Signal kann mehrere schmalbändige Datensignale enthalten,
deren jedes einen bestimmten Teil des Kanals einnimmt, wobei der
Empfänger
die schmalbändigen
Datensignale im wesentlichen gleichzeitig aufnimmt. Dies ermöglicht, dass
der Empfänger Übertragungen
von verschiedenen Sende-/Empfänger-Einheiten
im wesentlichen gleichzeitig empfängt.
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Im
Anschluss an jeden Detektionsschritt können Mehrfach-Demodulationsschritte
durchgeführt werden.
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Eine
Ausführungsform
vorliegender Erfindung erhöht
den effektiven Bereich des Sende/Empfängers dadurch, dass im Prinzip
eine Schmalband-Kommunikation zwischen dem Sender und dem Empfänger hergestellt
wird. Dies vergrößert den Bereich
bei gleicher Leistung, geht jedoch zu Kosten der Geschwindigkeit
der Datenübertragung,
die verwendet werden kann. Da diese Schmalband-Kommunikation durch
die Signalverarbeitungstechniken am Empfänger vorgenommen wird, ist
es nicht erforderlich, einen genaueren und damit kostspieligeren Schmalband-Send/Empfänger zu
verwenden.
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Bei
einer Ausführungsform
sind die Datensignale an einem Sende/Empfänger durch Verwendung einer
direkten FSK (Frequenz-Umtastung) Modulation moduliert worden.
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Ein
Datensignal weist vorzugsweise ein Datenpaket auf, das auf eine
Markierfolge von Bits folgt und der Detektionsschritt detektiert
das Vorhandensein der Markierfolge. Bei einer derzeit bevorzugten
Ausführungsform
werden die Datensignale in individuellen schmalen Frequenzbändern mit
einem gewünschten
Markiersignal in regelmäßigen Intervallen
verglichen. Aus diesen Vergleichen werden Informationen in bezug
auf das genaue Zeitverhalten, die Frequenz und die Qualität erzielt,
wodurch der Detektions-Schritt
optimiert werden kann.
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Vorzugsweise
wird zur Sicherung der Detektion das Datenpaket zwischen auflaufenden
und ablaufenden Markier-Folgen übertragen
und der Detektions-Schritt benötigt
die Detektion beider Markier-Folgen.
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Vorzugsweise
ist es erforderlich, dass die beiden auflaufenden und ablaufenden
Markier-Folgen detektiert werden, um das Vorhandensein eines Datenpakets
zu verifizieren. Dadurch wird die Möglichkeit von falschen Detektionen
erheblich reduziert. Ferner werden die Informationen in bezug auf
Frequenz und Zeitverhalten für
den Demodulations-Schritt aus den Markier-Folgen bestimmt. Das Vorhandensein
einer Markier-Folge vor und nach jedem Datenpaket ermöglicht,
dass Frequenz und Zeitverhalten während des Demodulierens benutzt
werden können,
um in regelmäßigen Intervallen
erneute Messungen vorzunehmen.
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Das
Datensignal kann Vielfach-Datenpakete haben, die voneinander durch
Markier-Folgen getrennt
sind. Wenn n Datenpakete vorhanden sind, würden n + 1 Markier-Folgen in dem Datensignal
vorhanden sein. Die Verwendung von Markier-Folgen zur Erzielung
einer Vorrichtung zum Detektieren des Vorhandenseins von Daten und
zur Erzielung von Frequenz- und Zeit-Informationen zur Ermöglichung ihrer
Demodulation bedeutet, dass eine externe Synchronisierung zwischen
der Sende/Empfänger-Einheit
und einem Empfänger
nicht erforderlich ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform weist
der Schritt des Detektierens des Vorhandenseins von Datensignalen
in individuellen schmalen Frequenzbändern den Schritt des Detektierens des
Vorhandenseins einer Markier-Folge in schmalen Mehrfachfrequenbändern auf,
wobei die Amplitude der Markier-Folge-Bits in jedem Band mit einem Norm-Wert
verglichen wird, um einen Qualitätswert der
Markier-Folge-Bits
in jedem Band zu bestimmen; dabei werden die Qualitätswerte
in Abhängigkeit
von Frequenz und Zeit aufgetragen.
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Vorzugsweise
wird eine „Schwerpunkt"-Berechnung an den
Qualitätswerten
durchgeführt,
um eine zentrale Frequenz und eine zentrale Zeitdauer für jede Markier-Folge zu erhalten;
die Resultate der Schwerpunkt-Berechnung werden während der
Demodulation des Datensignals verwendet.
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Durch
die Erzielung einer echten Zweiwege-Datenkommunikation zwischen
einer Basisstation (die eine verhältnismäßig hohe Leistung haben und teuer
sein kann) und einer Vielzahl von Sende/Empfängern (die eine geringe Energie
haben können
und entsprechend preiswerter sind), wird nach vorliegender Erfindung
der Wert und die Zweckmäßigkeit
eines digitalen Kommunikationssystems entscheidend verbessert.
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Wenn
beispielsweise ein Sende/Empfänger durch
eine Basisstation aktiviert worden ist, kann der Sende/Empfänger ein
Datensignal an die Basisstation senden, um zu bestätigen, dass
er aktiviert worden ist, so dass die Basisstation sicher sein kann, dass
das Aktivierungssignal empfangen worden ist, und es für die Basisstation
nicht mehr notwendig ist, dass das Signal viele Male wiederholt
wird, um sicher zu stellen, dass es wie in der Vergangenheit empfangen
worden ist. Ein Deaktivierungssignal kann an den Sende/Empfänger gesendet
werden, das von dem Sende/Empfänger
bestätigt
werden kann, sodass die Basisstation sich darauf verlassen kann, dass
das Deaktivierungssignal empfangen worden ist und damit falsche
oder fehlerhafte Aktivitäten
nicht mehr aufrecht erhalten werden. Daten betreffen den Status
des Sende/Empfängers
(z.B. den Status der Sende-/Empfänger-Einheit,
seine Batteriespannung usw.) können
an die Basisstation gesendet werden, die deshalb fortlaufend den
Status der Sende-/Empfänger-Einheit überwachen
kann. Von Zeit zu Zeit kann die Basisstation Testsignale an jeder
der Sende-/Empfänger-Einheiten
senden, um sicher zu stellen, dass die Einheiten einwandfrei arbeiten,
wobei die Sende-/Empfänger-Einheiten
in der Lage sind, in geeigneter Weise zu antworten; bei bekannten
Fahrzeug-Nachführsystemen
der oben beschriebenen Art war z.B. die einzige Möglichkeit,
eine Sende-/Empfänger-Einheit
zu testen, dadurch gegeben, dass das Fahrzeug auf einer regelmäßigen Basis
zum Warten und Testen jeder Einheit gebracht werden musste, indem
physische Verbindungen zu der Einheit während eines jeden Service hergestellt
wurden.
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Vorliegende
Erfindung ist insbesondere anwendbar auf ein Fahrzeug-Nachführsystem.
So kann beispielsweise ein Fahrzeug-Nachführsystem vorgesehen werden,
das ein System oder einen Empfänger
nach einem der vorbeschriebenen Aspekte besitzt. Es kann ferner
auch ein Verfahren zum Senden und Empfangen von Daten oder ein Verfahren
zum Empfangen von Daten in der vorbeschriebenen Weise in einem Fahrzeug-Nachführsystem
gewählt
werden.
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Eine
Ausführungsform
vorliegender Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert, die zeigen:
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1 schematisch
einen Empfänger
eines Kommunikationssystems nach der Erfindung,
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2 das
empfangene Signal, wenn es einer Zwischenfrequenz zugemischt wird,
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3 schematisch
den Detektionsvorgang in der DSP,
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4 schematisch
den Demodulationsvorgang in der DSP,
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5 das
Datensignal, das von dem Empfänger
aufgenommen wird, und
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6 ein
Detektions-„Klacks", um eine Schwerpunkt-Berechnung
darzustellen.
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Die
hier beschriebenen Empfänger-
und Telekommunikations-Systeme können
generell angewendet werden. Des besseren Verständnisses wegen werden die Systeme
und Verfahren speziell in Verbindung mit einem Nachführsystem
zur Wiederbeschaffung von gestohlenen Fahrzeugen beschrieben. Die
Erfindung ist jedoch nicht auf ein derartiges Nachführsystem
beschränkt.
Beispielsweise kann die Erfindung auf die Fernmessung von Elektrizität oder anderen
Verbrauchsmessern, die Fernmessung von Daten geringer Geschwindigkeit
aus entfernten Anlagen (wie ohne Netz betriebenen Anlagen), z.B. Wasserspeichern,
von Personen oder Eigentum schützenden
Sicherheits-Alarmvorrichtungen,
z.B. Überfall-Alarmvorrichtungen,
Bergrettungs-Alarmvorrichtungen usw., Sicherheitssystemenn für Gebäude, drahtlosen
Alarmsystemen geringer Leistung, Verbindungen von Bauten-Alarmvorrichtungen
zu einem nationalen, zentralen Überwachungssystem, Fernsteuerungen
für z.B.
die Haustechnik, wie etwa elektrische Anwendungs-Steuerungen, und
funkfreien Kommunikationssysteme, die z.B. Signale über elektrische
Speisenetze liefern.
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Die
Techniken, die im einzelnen beschrieben werden, ermöglichen
den Einsatz einer weitgehend herkömmlichen Sender oder Sende-/Empfänger-Einheit
geringer Leistung zur Erzielung einer Zweiwege-Verbindung. Insbesondere
ermöglichen
in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
die beschriebenen Techniken, dass eine im wesentlichen herkömmliche
Sende-/Empfänger-Einheit
geringer Leistung verwendet wird, um eine Zweiwege-Verbindung an Bord
eines Fahrzeuges, jedoch mit einem erhöhten Wirkungsbereich im Vergleich
zu dem einer Basisstation zu erzielen. Der Aktionsbereich des Sende/Empfängers wird
durch eine Reduzierung der Bandbreite durch effektive Verkleinerung
der Bandbreite nur am Empfänger
erreicht, obgleich die Sende-/Empfänger-Einheit über das
gleiche Band überträgt. Die
einzige Modifizierung, die an der Sende-/Empfänger-Einheit erforderlich ist,
besteht darin, die Geschwindigkeit der Übertragung zu verringern, weil das
System sich so verhält,
als ob effektiv Schmalband-Übertragungen
vorgenommen werden. Am Empfänger
ist der empfangende Kanal in eine Anzahl von schmalen Bändern unterteilt
ist, aus denen jeweils Informationen detektiert und demoduliert
werden können.
Die Verwendung einer schmalen Bandbreite am Empfänger hat den Vorteil, dass
der Einfluss des Rauschens reduziert wird, weil aufgrund der Definition
weißes
Rauschen eine gleichförmige
Energie pro Einheit der Bandbreite besitzt.
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In
dem speziellen Ausführungsbeispiel
ist die von der Sende-/Empfänger-Einheit
an Bord übertragene
Leistung somit 25 mal kleiner als die Leistung der Basis-Station.
Der Empfänger
an der Basis-Station muss eine Verstärkung liefern, um dies zu kompensieren,
zuzüglich
einer Verstärkung,
um die erhöhten
Pegel von Rauschen und Interferenz aufzunehmen. Ferner können die Übertragungen
durch andere Übertragungen,
z.B. von anderen Übertrager-Einheiten,
die der Basis näher
liegen, herabgesetzt werden.
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Bei
einer Ausgetaltung hat die Sende-/Empfänger-Einheit an Bord eine Mitten-Trägerfrequenz
in einem VHF-Band mit einer Kanalbreite von 12,5 kHz und überträgt mit der
relativ geringen Leistung von 1 Watt. Die durch eine individuelle
Sende-/Empfänger-Einheit übertragenen
Daten werden auf das Trägersignal
durch Frequenzumtastung (FSK) mit einer Abweichung von ± 2,5 kHz
und einer Bit-Übertragungsrate
von 55,8 Bits pro Sekunde moduliert. Die FSK-Modulation bei dieser
niedrigen Daten-Übertragungrate
erzeugt ein Spektrum, das das Aussehen von zwei schmalbandigen AM
Spektren hat, die um 5 kHz voneinander getrennt sind, wobei ein
Datenband in bezug auf das andere invertiert ist, weil die übertragenen
Daten zu einem hohen Maße
als nur entweder im höheren
oder im niedrigeren Band, das von dem FSK-Prozess erzeugt wird,
als Übertragen
angesehen werden. Das obere Band ist so definiert, dass es das invertierte
Schema enthält.
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Vorzugsweise
wird die Mittenfrequenz für
die Übertragung
von der Sende-/Empfänger-Einheit bei aufeinanderfolgenden
Nachrichten-Bursts leicht variiert (zittern), so dass dann, wenn
eine Nachricht durch Zeilen-Interferenz auf einer Frequenz des übertragenen
Datensignals zufällig
abgedeckt wird, wahrscheinlich ist, dass die Nachricht auf dem anschließend übertragenen
Datensignal durchgeht. In dieser Hinsicht wird der Aktionsbereich
von Mittenfrequenzen auf ± 250
Hz begrenzt.
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1 zeigt
die Architektur einer Ausführungsform
des Empfängers
an der Basis-Station. Der Empfänger 1 weist
einen analogen Empfängerabschnitt 2 auf,
der mit einem Signal-Verarbeitungsabschnitt 4 verbunden
ist. Der Empfänger 1 hat
vorzugsweise eine lineare Charakteristik und er hat bevorzugt keinen
herkömmlichen
FM-Diskriminator, weil andernfalls die Daten verloren gehen können, da der
Datensignalpegel üblicherweise
sehr viel kleiner ist als der Rauschpegel.
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Der
analoge Empfängerabschnitt 2 weist
einen Abwärts-Umwandler 6 auf,
der die Trägerfrequenz
des aufgenommenen Datensignals in eine Zwischenfrequenz (IF) umwandelt.
Der Wer von IF kann z.B. 14 oder 15 kHz betragen, wodurch die Verwendung
eines herkömmlichen
Stereo-Audio-Analog-Digital-Wandlers (ADC) 8 mit geringen
Kosten möglich
ist, auf den das Datensignal direkt von dem Abwärts-Wandler 6 eingespeist
wird.
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2 zeigt
das Spektrum des umgewandelten Datensignals, das von dem Abwärts-Wandler 6 abgegeben
wird und bevor es durch den ADC 8 digitalisiert wird. Das
umgewandelte Datensignal hat einen Teil-Kanal auf jeder Seite der
IF, der untere Teil-Kanal
besitzt eine Mittenfrequenz f1 und der obere Teil-Kanal eine Mittenfrequenz
fu, die 5 kHz voneinander versetzt sind. Jeder Teil-Kanal oder jedes Band
hat eine Frequenzstreuung von 3,57 kHz bei dieser Ausführung.
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Das
umgewandelte Datensignal wird von dem Umwandler 6 in beide
linken und rechten Stereo-Eingänge
des ADC 8 eingeführt,
wo sie mit einer Abtastgeschwindigkeit von 57 kHz digitalisiert
werden. Wie in 1 dargestellt und deutlicher
in 3 gezeigt, werden die linken und rechten Ausgänge des
ADC 8 auf einen digitalen Signal-Prozessor (DSP) 10 im
digitalen Signal-Verarbeitungsabschnitt 4 über einen
synchronen Serienport 14 übertragen. Diese linken und
rechten Signale werden im DSP 10 addiert und in ein numerisches
Format mit Gleitpunkt umgewandelt, wie mit 101 bezeichnet.
Diese Addition der Signale dient dazu, mindestens einen Teil des Rauschens
zu löschen,
das im ADC 8 entsteht. Die sich daraus ergebenden Werte
werden in einen Speicher für
die spätere
Demodulation eingegeben, wie im einzelnen noch beschrieben wird.
Der DSP 10 kann Blöcke
von Proben betreiben, wobei einige Blöcke z.B. in den Speicher eingeschrieben
werden, während
andere verarbeitet werden. Dies ermöglicht, dass Kommunikationen
von verschiedenen an Bord befindlichen Sende/Empfängern aufgenommen
werden und im wesentlichen gleichzeitig durch einen einzelnen Basis-Station-Empfänger beaufschlagt
werden.
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Die
Werte aus dem Abschnitt 101 des DSP 10 werden
dann mit zwei lokalen digitalen Oszillatoren 102, 103 gemischt,
derart, dass zwei Datensätze mit
unterschiedlichen Frequenzen erzeugt werden. Die nachstehende Beschreibung
bezieht sich auf die Detektionsschritte, und während der Datensatz des oberen
Teil-Kanals speziell beschrieben wird, werden die gleichen Vorgänge an dem
Datensatz des unteren Teil-Kanals,
vorzugsweise gleichzeitig, durchgeführt.
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Der
Teilkanal wird gefiltert, damit nur die gewünschten Teilkanal-Frequenzen
durchgelassen werden, und wird um einen Faktor 8 dezimiert
(d.h. reduziert), wie mit 104 angezeigt. Dies reduziert
die 256 Proben aus dem ADC 8 auf 32 Proben und diese Werte
werden mit den vorausgehenden 480 Proben in einem Pufferspeicher 105 gespeichert.
Die Daten im Pufferspeicher 105 werden mit einer vordefinierten
Form 106 nach der Fenstertechnik dargestellt, so dass eine
schnelle Fourier-Transformation (FFT) 107, die den Daten
aufgegeben wird, einen Überlappungssatz
von Bandpassfiltern darstellt. Jedes Bandpassfilter, das dadurch
ausgebildet wird, hat eine schmale Bandbreite von ± 33 Hz
und die Bandpassfilter werden mit einer Trennung von 14 Hz überlappt.
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Die
FFT wird einmal pro 256 Rohproben aus dem ADC 8 durchgeführt. Die
mittleren 256 Frequenzausgänge
der FFT 107 stellen den Teilkanal dar; jeder Teilkanal
ist durch 14 Hz in entsprechenden Frequenz-„Bunkern" getrennt. Für jeden der 256 Ausgänge wird
ein Test über
die Güte
der Anpassung durchgeführt,
wobei vorausgehende Werte aus vorausgehenden Unterbrechungen benutzt
werden, wie mit 108 angedeutet. Der Ausgang aus der FFT 107 wird
bei jeder Frequenz in Hinblick auf eine ideale Darstellung der bekannten
Markier-Folge getestet; die Markierfolge wird nachstehend in Verbindung
mit 5 beschrieben. Der Ausgang wird darauf geprüft, wo erwartet
wird, dass Energie vorhanden ist, oder wo keine Energie vorhanden
ist. Ein positiver Test in Hinblick auf die Genauigkeit der Anpassung
erfolgt dort, wo die minimale Energie an einer Probe, bei der Energie
erwartet wird, die maximale Energie übersteigt, bei der keine Energie
erwartet wird. Dieses Maß wird
in Hinblick auf die Signalstärke
normalisiert und als die Öffnung
des optischen Sensors bezeichnet.
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Wenn
eine Markier-Folge in den Daten vorhanden ist, treten Öffnungen
des optischen Sensors an einer Anzahl von Frequenzen auf, da die
FFT-Filter-Passband-Breite größer ist
als die Ausgangsfrequenz-Trennung. Die Öffnung des optischen Sensors tritt
an einer Anzahl von Teil-Perioden auf, da die Daten an dieser Stelle
vierfach übertestet
sind. Typischerweise tritt eine Detektion einer Markierfolge gegenüber Drei-
oder Vierfach-Positionen auf. Zusätzlich kann eine gute Markier-Folge-Detektion
bis zu sechs Frequenz-Bunker überspannen.
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Das
Vorhandensein einer Markier-Folge hat somit eine Spitze oder einen „Klacks" im Frequenz/Zeit-Raum
zur Folge, was an Hand des Beispiels der 6 gezeigt
ist. Ein „Schwerpunkt"-Algorithmus 109 wird
verwendet, um die Mitte des Spitzenwertes in der Frequenz mit einer
wesentlich höheren
Genauigkeit als die FFT-Ausgangs-Frequenz-Trennung
und die Symbolzeit auf 1/32 eines Bits zu messen. Die Gesamt-„Masse" des Spitzenwertes wird ebenfalls aufgezeichnet,
um eine Qualitäts-Messung
des Spitzenwertes zu erzielen. Diese Berechnung verbessert die Fähigkeit
zur Unterscheidung zwischen echten und falschen Signalen und erhöht die Genauigkeit
der Frequenz und Zeitschätzungen
für eine
nachfolgende Demodulation.
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Diese
gemessenen Parameter werden dazu benutzt, um einen neuen Demodulations-Vorgang zu schaffen,
wie mit 110 in 3 dargestellt. In dieser Stufe
wird jede Anpassungs-Spitze, die von dem unteren Teil-Kanal detektiert
wird, mit der oberen Teil-Kanalspitze vereinigt, wenn die Detektions-Zeiten
und -Frequenzen innerhalb vorbestimmter Grenzen liegen. Während ein
Rauschen reduziert werden kann, indem sowohl die oberen als auch
die unteren Teil-Kanäle
so weit wie möglich
benutzt werden, macht der Demodulationsvorgang es nicht erforderlich,
dass eine Detektion in den beiden oberen und unteren Teil-Kanälen vorgenommen
wird, und es reicht eine Detektion in einem Teil-Kanal aus.
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Nach
Beendigung des Detektionsvorganges hat der DSP 10 ausreichend
Zeit, um zahlreiche Demodulationsvorgänge durchzuführen, bevor
die nächste
Detektions-Routine
ausgeführt
wird. Diese Demodulationsvorgänge
werden nacheinander durchgeführt.
Ein Demodulationsvorgang dauert 63 Datenbits. Da die Detektions-Routine alle ¼ Bit arbeitet,
dauert jeder Demodulationsvorgang 252 Unterbrechungen, wodurch Daten
graduell zurückgewonnen
werden.
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Nach 4 wirkt
jeder Demodulationsvorgang auf die gleichen Roh-Daten wie der Detektionsvorgang,
der in Verbindung mit 3 beschrieben ist, ein. Der
Demodulationsvorgang verwendet die summierten, gleitenden Werte,
die durch Detektion im Schritt 101 nach 3 berechnet
worden sind; der mit 201 in 4 bezeichnete
Schritt ist identisch mit dem Schritt, der in 3 mit 101 bezeichnet
ist. Eine Demodulation schafft ein schmales Filter um das gewünschte Signal
herum und reduziert die Abtastgeschwindigkeit so, dass nur ein einzelnes
Daten-Bit erzeugt wird, und dieses nur einmal in vier Durchgängen, die
der Vorgang durchläuft.
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Insbesondere
wird der Eingangssatz von Proben entsprechend gemischt, wie mit 202 und 203 angedeutet,
derart, dass das gewünschte
Signal in dem oberen Teil-Kanal an DC liegt und auch das gewünschte Signal
im unteren Teil-Kanal an DC liegt. Dies wird durch Mischeinrichtungen 202, 203 erreicht,
deren Phasenänderung
pro Probe exakt aus den gemessenen Frequenzen des vorbeschriebenen Detektionsprozesses
berechnet wird.
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Sobald
die gewünschten
Signale in DC gemischt worden sind, können die beiden Datenströme jeweils
durch Tiefpass-Filter geführt
werden und die Abtast geschwindigkeit kann entscheidend dezimiert oder
reduziert werden, wie mit 204, 205 bezeichnet. Der
Bit-Takt eines jeden Signals kann dann auf 1/32 mit Hilfe entsprechender
variabler Verzögerungsleitungen 206, 207 gesetzt
werden. Die Länge
dieser Verzögerungsleitung
wird bestimmt aus dem Zeitverhalten, das aus dem vorbeschriebenen
Detektionsvorgang abgeleitet wird. Die Datenströme werden dann durch Tiefpass
gefiltert und die Abtastgeschwindigkeit wird reduziert, wie mit 208, 209 angedeutet,
derart, daß endgültige Werte
nur bei einem von vier Vorgängen
des Prozesses erzeugt werden. Wenn die Werte gebildet werden, werden
die oberen und unteren Teilkanal-Resultate entsprechend mit Bewertungen
kombiniert, die aus dem Detektionsprozess in Hinblick auf die Qualität der Signale,
wie mit 210 und 211 dargestellt, abgeleitet und
dann bei 212 addiert werden. Es wird dann eine Entscheidung
gefällt,
wie mit 213 angedeutet, ob der resultierende Wert ein „1" Bit oder ein „0" Bit repräsentiert,
und der Wert wird anschliessend in Hinblick auf einen Schwellwert
getestet, der wiederum aus dem Detektionsprozess abgeleitet wird.
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Individuelle
Bits aus dem Demodulationsprozess werden zu vollen Nachrichten zusammengeführt, die
dann von der DSP 10 aus weiter geleitet werden.
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5 zeigt
die Struktur einer einfachen Nachricht, die von einer an Bord befindlichen
Sende-/Empfänger-Einheit übertragen
wird, wobei ein Datenpaket vorhanden ist. Dabei hat jedes Datensignal 20 eine
aus 4 Bits punktförmig
zusammengesetzte Folge 22 von 0101, gefolgt von einer 8
Bits umfassenden Markier-Folge 24, auf die eine 4 Bits
umfassende Null- oder Raum-Folge 26 von 0000 folgt. Bei diesem
Beispiel ist die 8 Bits umfassende Markierfolge 24 gleich
10001101. Um die Leistung während
der Detektion zu verbessern, hält
der Detektions-Algorithmus Ausschau nach einer erweiterten 10 Bits
umfassenden Folge, die mit der letzten 1 der Punkt-Folge 22 beginnt
und mit der ersten 0 der Null-Folge 26 endet. Somit sucht
der Detektionsalgorithmus die 10 Bits umfassende erweiterte Folge
1100011010. Auf die Punktierungs-, Markierungs- und Null-Sequenzen 22, 24, 26 folgen
ein Datenpaket 28 aus 63 Daten-Bits und dann sind entsprechende
Punktierungs-, Markierungs- und Null-Sequenzen 22', 24' und 26' vorhanden, die auf das Datenpaket 28 folgen.
Die ablaufenden Folgen werden verwendet, um das Vorhandensein des
Datenpakets 28 zu verifizieren und damit falsche Detektionen
zu vermeiden.
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Mehrfach-Datenpakete
können
von dem Sende/Empfänger
an Bord des Fahrzeugs in einer einzigen Nachricht gesendet werden.
Jedes Datenpaket ist durch eine Markier-Folge von dem nächstfolgenden und dem vorausgehenden
Datenpaket getrennt, es sind Markier-Folgen am Beginn und am Ende
der Nachricht vorhanden, so dass jedes Datenpaket in geeigneter
Weise detektiert werden kann. Wenn n Datenpakete vorhanden sind,
gibt es n + 1 Markier-Folgen.
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In
der vorstehenden Bechreibung wurde auf spezifische Frequenzen und
Kanalgrößen Bezug
genommen. Diese Bezugnahmen stellen nur Beispiele dar und es können alternative
Werte verwendet werden, wenn erforderlich. Des weiteren sind die
Hardware- und Software-Einrichtungen nur als Ausführungsbeispiele
zu verstehen, und es können
Modifikationen und Änderungen
im Rahmen der Erfindung vorgenommen werden.
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Zusammenfassung
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Es
wird ein Verfahren und eine Einrichtung zum Senden und zum Empfangen
von Daten beschrieben, wobei ein schmalbandiges Datensignal bei
einer nicht bekannten Frequenz innerhalb eines bekannten Bereiches
von Frequenzen gesendet und empfangen wird. Am Empfänger wird
der Bereich von Frequenzen in Vielfach-Frequenzbänder geteilt, deren jedes eine
Bandbreite besitzt, die kleiner ist als die Unsicherheit in der Übertragungsfrequenz
des Datensignals. Das Vorhandensein dieses Datensignals wird in
mindestens einem der Frequenzbänder detektiert
und im Anschluss daran demoduliert.