DE2724198A1

DE2724198A1 - Richtfunknachrichtenuebertragungssystem, bei dem die sende- und empfangsantennen im bereich der optischen sicht liegen

Info

Publication number: DE2724198A1
Application number: DE19772724198
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl Ing Gammel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-05-27
Filing date: 1977-05-27
Publication date: 1978-11-30
Also published as: GR65956B; SE7806071L; IT7823864A0; IT1095918B; IE781053L; TR20604A; NO145451C; FR2392552A1; NL175775C; DK234778A; CA1116697A; BE867555A; NO781814L; NL175775B; LU79712A1; DK151600B; IE46760B1; DE2724198C3; CH634185A5; FR2392552B1

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT · Unser Zeichen

Berlin und München ο 77 P 6 δ 3 0 DRD

Richtfunknachrichtenübertragungssystem, bei dem die Sende- und Empfangsantennen im Bereich der optischen Sicht liegen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Richtfunknachrichtenübertragungssystem, bei dem die Abstrahlrichtung der Empfangs- und Sendeantenne in kurzen Abständen oder kontinuierlich automatisch und fortlaufend durch Schwenken des Antennendiagramms in der Hauptsache in vertikaler Richtung von der Hauptstrahlrichtung vorzugsweise in kleinen Winkeln im Vergleich zur Halbwertsbreite geändert wird und bei dem unter Berücksichtigung der geringsten Fehlerhäufigkeit bei Übertragung der Nachrichten in digitalisierter Form, vorzugsweise durch Vergleich der Fehlerhäufigkeit eines dem Signal beigegebenen Testprogramms, bei den verschiedenen Strahlrichtungen der beiden Antennen maximaler Antennengewinn eintritt, nach Patent 2 606 760.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches System derart zu verbessern, daß eine optimale Signalübertragung besonders bei Multipath-Einflüssen und bei digitaler Signalübertragung gesichert ist.

Diese Aufgabe wird bei einem System der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Auswertung der Signale bei Multipatheinflüssen durch Ermittlung der Augenöffnung bzw. Zeichenverzerrung vorgenommen wird.

Gz 1 Rir / 24.5.1977

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Es ist dabei vorteilhaft, die Richtcharakteristik in bestimmter zeitlicher Folge, z.B. sinus- oder sägezahnförmig langsam zu ändern und die AugenöffnungsSchwankung bzw. Zeichenverzerrung auf der Smpfangsseite zu ermitteln und danach die optimalen .Antenneneinstellungen vorzunehmen.

Bei der Hauptanmeldung ist dargelegt, daß bei Richtfunknachrichtenübertragungssystemen_;wie aus folgenden Literaturstellen hervorgeht, über den Tag relativ große Schwankungen der Funkfelddämpfung auftreten. Siehe z.B.: "Wellenausbreitung I" von Jürgen Großkopf, insbesondere Seiten 154 und 144; "Planung und Berechnung von Richtfunkverbindungen" von H. Brodhage und W. Hormuth, Bildanlagen 15 und 16. Obwohl also eine Sichtverbindung mit 1, freier Fresnelzone zwischen Sende- und Empfangsantenne 1 und 2 in der Fig. 6 , Strahl 6 besteht, treten,wie sich den Schaubildern der experimentellen Untersuchung entnehmen läßt, Schwankungen mit mehr als 30 dB auf, siehe Bilder 2 bis 6 des Buches "Planung und Berechnung von Richtfunkverbindungen". Aus diesen Bildern kann, abhängig von der erforderlichen Verfügbarkeitszeit der Funkstrecke und ferner abhängig vom Radiofrequenzbereich die fadingabhängige Funkfeiddämpfungszunahme entnommen werden.

Manche Schwankungen sind dabei sehr kurzzeitig, andere wiederum von einem größeren Zeitraum des Tages abhängig. So ist z.B. die Feldstärke am frühen Morgen wesentlich höher als zu den Nachmittagsstunden mit eventueller Sonneneinstrahlung. Diese Schwunderscheinungen lassen sich zum großen Teil dadurch erklären, daß die Dielektrizitätskonstante der Luft nicht konstant ist, sondern entweder zum Boden stark zu- oder abnimmt. Dadurch bedingt wird, wie bekannt und in Fig. 6 angedeutet, die elektromagnetische Welle gebrochen - entweder zur Erdoberfläche 11 hin 3 oder von ihr weg 5 - und es treten im Funkfeld insbesondere bei stark bündelnden Antennen Koppelverluste bzw. Fading auf, da nunmehr die Vorzugsrichtung des Antennendiagramms 10 nicht mehr optimal auf die Richtung bzw. den Weg ausgerichtet ist, auf dem unter den obengenannten Verhältnissen die elektromagnetische Welle vom Sendeort zum Empfangsort gelangen kann.

Bei den bisher realisierten analogen Übertragungssystemen wird

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den oben dargestelltn Schwierigkeiten in ihrer Auswirkung dadurch entgegengewirkt, daß die Sendeleistung erhöht wird und gegebenenfalls Frequenz- und Raumdiversityeinrichtungen vorgesehen werden.

Untersuchungen haben gezeigt, daß die Schwunderscheinungen erheblich reduziert werden können ( > 10 dB), wenn der Abstrahlwinkel des Antennendiagramms 8 den klimatologisch geänderten Ausbreitungsbedingungen angepaßt und somit bei Richtantennen die Richtcharakteristik stets auf den Weg, den die elektromagnetische nimmt (z.B. 5), ausgerichtet wird.

Ferner ist dort noch geschildert, daß die Antennenrichtungen gemäß der geringsten Funkfelddämpfung eingestellt werden sollen.

Ferner ist noch darauf hingewiesen, daß es auch vorteilhaft sein kann, bei der übertragung von Analogsignalen insbesondere von Vielkanalträgerfrequenzsignalen die Antennenrichtungen nach der geringsten Intermodulation einzustellen. Es ist dabei vorteilhaft aus dem Pilotsignal selbst das Feldstärkekriterium und aus den Oberwellen des Piloten das Kriterium über die Intermodula"tionsprodukte zu gewinnen und danach die optimale Antenneneinstellung vorzunehmen. Ferner ist darauf hingewiesen, daß bei Übertragung der Nachrichten in digitalisierter Form ein Vergleich der Fehlerhäufigkeit eines dem Signal beigegebenen Testprogramms bei verschiedenen Strahlrichtungen der beiden Antennen erfolgt und hiernach die optimale Übertragungsqualität, d.h. die optimale Antennenrichtungen bestimmt werden.

Werden über ein Funkfeld FDM-Signale übertragen, dann haben die oben erwähnten Funkfelddämpfungszuschläge üblicherweise nur den Anstieg von Strecken- und Intermodulationsgeräuschen zur Folge, da die Sendeleistung im allgemeinen groß bemessen wird. Bei der TDM-Signalübertragung tritt jedoch dann in Verbindung mit der Erhöhung der Funkfelddämpfung eine derartige Verzerrung des TDM-Nachrichtenspektrums auf, daß die empfangsseitige Regeneration der TDM-Signale nicht mehr möglich ist. D.h. bei der TDM-Signalübertragung muß damit gerechnet werden, daß gleichartige Schwunderscheinungen - wie beim FDM-Betrieb - im Funkfeld, die bei der FDM-Signalübertragung lediglich, zum Teil kräftige Geräsuchanstiege

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zur Folge hatten, zum Zusammenbruch der TDM-Signalübertragung über das Funkfeld mit einer Fehlerrate in der Größenordnung von bis zu 50 % führen. Die Ursache für diesen Zusammenbruch ist darin zu sehen, daß Signale auf verschiedenen Wegen vom Sende- zum Empfangs-• ort gelangen und dadurch eine Selbstzerstörung von zumindest Teilen des Nachrichtenspektrums auftritt.

Dargestellt ist dies in den Fig. 1 bis 3. Die Fig. 1 zeigt den Normalfall bei teilweise Totalreflexion (sehr kleine Winkel z.B.

Strahl 3 bei Fig. 6) der elektromagnetischen Wellen am Boden oder an Reflexionsschichten im Übertragungsmedium. Der Vektor V1 entspricht dem Hauptstrahl von Spiegel zu Spiegel, d.h. dem Strahl in der Mitte der Keule. Der Vektor V2 ist ein Summenvektor und ist wie dargestellt aus verschiedenen Seitenstrahlen des Antennenabstrahldiagramms auf der Sendeseite und des Empfangsdiagramms zusammengesetzt. Aus diesen beiden Vektoren wird der Vektor Vr gebildet. Da sich die Vektoren, die den Vektor V2 bilden unterschiedlich zusammensetzen können, bewegt sich das Ende des Vektors V2 auf einem strichliert angedeuteten Kreis K oder einem

) anderen geometrischen Ort.

In der Fig. 2 ist ein anderer Begrenzungsfall dargestellt, bei dem sich die Vektoren V1 und V2 größenmäßig entsprechen. Da sich dieser Vektor V2 wiederum z.B. hier angenommen auf einem Kreis K > bewegt, ist sogar, wie ersichtlich, eine Totallöschung des Signals je nach Frequenz und Reflexion möglich.

Dargestellt sind solche Vorgänge in Diagrammform in der Fig. 3. Im oberen Teil der Fig. 3 ist die Empfangsspannung U2 auf der Ordinate und auf der Abszisse die Frequenz aufgetragen. Die Kurve 1 zeigt den Fall, bei dem Totallöschung an den Punkten χ und eine Teilauslöschung an den Punkten y stattfindet. Wenn sich das Übertragungsfrequenzband, wie darunterliegend skizziert (Kurve 4), über eine solche Auslöschungsstelle erstreckt treten im ModulationsSpektrum Verzerrungen auf. Die Kurve 2 deutet einen Fall an, bei dem eine Totallöschung wegen der Lage der Vektoren, siehe Fig. 1, nicht stattfindet. Es ergeben dann wieder Maxima und Minima, die Letzteren sind mit y bezeichnet. In einem solchen Fall wird das RF-Modulationsspektrum am Empfängereingang

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gemäß dem Übertragungsverhalten des Funkfeldes dargestellt in Kurve 4 in etwa zu einer Form verzerrt, wie durch Kurve 5 angedeutet. Dies kann besonders bei Digitalsignalen zu erheblichen Zeichenverfälschungen führen.

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

Eine weitere Erklärung dafür ergibt sich bei der Betrachung der Summen-Vektoren. Wenn durch vektorielle Substraktion Verzerrungen im Signalspektrum auftreten (wie χ und y in Fig. 3) so können diese Verzerrungen dann überproportional reduziert werden, wenn von den beiden relativ großen Signalen, die das Differenzprodukt bilden nur der eine gegenüber dem anderen geringfügig verkleinert wird. Dies ist in den Figuren 4 und 5 dargestellt. Bei der Fig. 5 sieht man, daß dann, wenn der Vektor V1 gegenüber dem Umwegvektor V2 nur geringfügig angehoben wird, bereits eine erhebliche Verringerung in den Verzerrungen über der Frequenz (siehe Fig. 3) gegenüber dem Fall erzielt wird,/beide Vektoren in der Größe nahezu gleich sind. R soll dabei die Restamplitude an den Subtraktionsstellen und damit ein Maß für die auftretenden Verzerrungen darstellen.

Im Gegensatz zur FDM-Signalübertragung (abgesehen von Pilotsignalen) ist es bei der TDM-Signalübertragung möglich, die Empfangsqualität der Nachricht selbst exakt zu ermitteln, d.h. zu erkennen, ob insbesondere Multipatheinflüsse im Funkfeld vorliegen. Mit Hilfe der nachfolgend näher beschriebenen "Qualitätsüberwachungseinrichtung" ist es somit möglich, Qualitätsverschlechterung der Empfangs signale, noch bevor Fehler bei der Regeneration auftreten, festzustellen. Dabei sind die Signalverzerrungen, bedingt durch die Natur des Multipatheinflusses, durch eine Änderung der Abstrahlcharakteristik der Sende- und Empfangsantennen beeinflußbar. Diese Tatsache eröffnet die Möglichkeit, wenn die Sende- und

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Empfangscharakteristik der Antennen nach Qualitätsmerkmalen des empfangenen Signal geändert wird, der Selbstzerstörung des durch die Addition mehrerer auf verschiedenen Wegen den Empfangsort erreichenden Signalen entgegenzuwirken.

Die Qualität des Empfangssignals - nach seiner Demodulation wird üblicherweise durch den Begriff "Augenöffnung" definiert, d.h. die Qualität eines TDM-Signals wird umso schlechter sein, je kleiner die "Augenöffnung" ist. Dabei ist es nicht wesentlich, ob durch einen Störvorgang eine "Augenöffnung" bereits soweit reduziert ist, daß im Rahmen der Regeneration Fehler auftreten oder nicht.

Entsprechend der obigen Darlegung wird beim Auftreten eines MuI-tipatheffektes die Größe der Signalverzerrung von der momentanen Antenneneinstellung abhängen. Dabei ist der Einfluß der Abstrahlrichtung auf der Sendeseite genauso groß wie auf der Empfangsseite. Wird also abhängig von einer z.B. sinoidalen oder sägezahnförmigen Steuergröße, die Richtcharakteristik der Empfangsantenne geringfügig geändert, dann wird im Rhythmus dieser Änderung die Signalverzerrung des empfangenen Signals sich gleichermaßen ändern, d.h. die "Augenöffnung¹¹ des empfangenen Digitalsignals gleichermaßen schwanken und damit für die die Änderung der Richtung der Antennenempfangscharakteristik des Nachstellkriterium liefern. Für die Ermittlung der "Augenöffnung·¹ sind die an sich bekannten Verfahren vorgesehen. Siehe z.B. hierzu die NTZ 1971, Heft 4, Seiten 213 bis 216.

6 Figuren

2 Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

'Λ.) Richtfunknachrichtenübertragungssystem, bei dem die Abstrahlrichtung der Empfangs- und Sendeantenne in kurzen Abständen oder kontinuierlich automatisch und fortlaufend durch Schwenken des Antennendiagramms in der Hauptsache in vertikaler Richtung von der HauptStrahlrichtung vorzugsweise in kleinen Winkeln im Vergleich zur Halbwertsbreite geändert wird und bei dem unter Berücksichtigung der geringsten Fehlerhäufigkeit bei Übertragung der Nachrichten in digitalisierter Form, vorzugsweise durch Vergleich der Fehlerhäufigkeit eines dem Signal beigegebenen Testprogramms, bei den verschiedenen Strahlrichtungen der beiden Antennen maximaler Antennengewinn eintritt, nach Patent 2 606 760, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung der Signale bei Multipatheinflüssen durch Ermittlung der Augenöffnung bzw. Zeichenverzerrung vorgenommen wird.
2. Richtfunknachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtcharakteristik in bestimmter zeitlicher Folge, z.B. sinus- oder sägezahnförmig langsam geändert wird und die AugenöffnungsSchwankung bzw. Zeichenverzerrung auf der Empfangsseite beobachtet wird und danach die optimalen Antenneneinstellungen vorgenommen werden.

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