DE3031963C2

DE3031963C2 - Digitales Rundfunksendesystem zum Aussenden von Informationssignalen über ein Netzwerk von Sendern mit nahezu gleicher Trägerfrequenz

Info

Publication number: DE3031963C2
Application number: DE3031963A
Authority: DE
Inventors: Roger Pierre Joseph Neuilly sur Seine Alexis
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1979-08-29
Filing date: 1980-08-25
Publication date: 1985-02-14
Also published as: US4385381A; SE8005968L; FR2464601B1; IT1132479B; GB2057819B; SE446363B; BE884955A; AU6178280A; GB2057819A; DE3031963A1; JPS6411176B2; CA1154181A; FR2464601A1; IT8024293A0; JPS5636247A; AU537045B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Rundfunksendesystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein derartiges System ist bekannt aus der US-PS 40 32 846. Darin wird in einem digitalen mobilen Kommunikationssystem ein Informationssignal gleichzeitig durch mehrere Sender ausgesendet. Dieses bekannte System ist jedoch nicht geeignet zur Aussendung mehrere Rundfunksendeprogramme hoher Güte oder Kommunikationssignale in Heimübertragungsnetzwerken auf mobile Empfänger in einem bestimmten Bereich, denn ein Empfänger empfängt die Informationssignale wegen des Unterschieds in der Laufzeit der Sendesignale nicht synchron. Insbesondere dasselbe Informationssignal, das von den beiden nächstliegenden Sendern kommt, unterliegt verschiedenen Verzögerungen, und die empfangenen digitalen Informationssignale überlappen sich. Diese Überlappungen sind nicYit störend, wenn die empfangenen Sendesignale sehr verschiedene Pegel aufweisen. Dagegen ergibt sich eine Verschlechterung der Empfangsqualität in Zonen, in denen die Sendesignale nahezu gleiche Pegel aufweisen. Diese Verschlechterung wirkt sich dadurch aus, daß die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Fehlern in den übertragenen digitalen Informationen stark erhöht wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein System der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß es in einem Bereich das gleichzeitige Aussenden mehrerer Rundfunksendeprogramme oder Kommunikationssignale in Heimübertragungsnetzwerken auf mobile Empfänger und das Empfangen mit geringer Fehlerrate ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patenanspruches I angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird das Problem der Überlappung von Informatiorjsbits dadurch gelöst, daß die Überlappung berücksichtigt wird, die zwischen den binären Signalen auftreten kann, die über dieselben Kanäle der Frequenzmultiplexschaltung übertragen werden. Die Dauer der Bits ist nämlich derart

gewählt, daß diese Überlappung nicht störend ist.
Für die Frequenzverschachtelung beim Aussenden und die entsprechende Trennung der Signale beim

/ Empfang können vorteilhafterweise digitale Einrichtungen verwendet werden, die eine Fouriertransformation

I^ oder eine entsprechende Transformation durchfiihren.

pLt 55 Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt ι* Fig. 1 ein Blockschaltbild für die Sendeseite des Rundfunksendesystems,

Fig. 2 ein Blockschaltbild für die Empfangsseite, und

!> ' Fig. 3 ein Muster (eine räumliche Anordnung des Netzwerks von Sendern nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt das für das Aussenden mehrerer Informationssignale im Rundfunksendesystem nach der Erfindung verwendete Blockschaltbild. Beispielsweise angenommen, daß diese Informationssignale vier Tonsignale S], $, 5) und S₄ sind, die vier Rundfunksendeprogrammen hoher Güte entsprechen, die in einem Rundfunksendezentrum produziert und die in einem Bereich mittels eines Netzwerks von Sendern ausgesandt werden sollen, die praktisch mit dergleichen Trägerfrequenz von 100 M Hz arbeiten. In der Zeichnung befindet sich die Anordnung links von der Linie AB in dem Zentrum, während rechts von dieser Linie AB ein Koaxialkabel 1 das Zentrum mit einer anderen Anordnung verbindet, das einen der Sender des Netzwerks darstellt.

Im Rundfunksendezentrum werden die vier Signale S, bis S₄ Tiefpässen 2 bis 5 zugeführt, die ihre Höchstfre-

; quenzenaufden Wert von 15 kHz beschränken, der gewöhnlich für Signale hoher Güte ausreichend ist. Die so in

der Frequenz begrenzten Signale S] bis S₄ werden je mit der Frequenz von 32 kHz mit Hilfe von Abtastschaltun-

gen 6 bis 9 abgetastet, sie von Abtastimpulsen gesteuert werden, die derart im Taktgenerator IO erzeugt werden, daß sie gleichmäßig in der Zeit verteilt sind. Die Ausgänge der Abtastvorrichtung werden mit der Leitung 11 verbunden, an der Abtastwerte der zeitverschachtelten Signale S₁, S₂, S₃, S₄ mit einer Geschwindigkeit von 128000/s auftreten.

Diese Abtastwerte werden einem Ai alog/Digital-Umsetzer 12 zugeführt, der jeden Abtastwert in eine Binär- j zahl mit 13 Bits umsetzt. Die Dauer jedes Bits wird durch die Taktfrequenz bestimmt, die von dem Taktgenerator 10 geliefert wird. Diese Taktfrequenz ist 2048 kHz entsprechend einer Taktperiode r von etwa 0,5 μεεο. Es läßt sich dann leicht erkennen, daß am Ausgang des Umsetzers 12 ein digitales Signal erhalten wird, in dem die Geschwindigkeit des Bits gleich 2,048 M Bits/s ist; in diesem Signal folgt jeder Binärzahl mit 13 Bits, die die Abtastwerte von S₁, S₂, S₃, S₄ darstellt und die ein Zeitintervall von 13 r in Anspruch nimmt, ein Freizeitintervall mit einer Dauer von 3 r. Wie nachstehend erläutert wird, fügt eine Kodierungsvorrichtung 13 einen selbstkorrigierenden Code dem digitalen Signal zu, das vom Umsetzer 12 geliefert wird, wobei die Korrekturbits dieses Codes mindestens einen Teil der obengenannten Freizeitintervalle in Anspruch nehmen. Das so erhaltene Signal mit 2,048 M Bits/s bildet also ein Zeitmultiplexsignal, das durch die Zeitverschachtelung der digitalen Signale 5,, S₂, S₃, S₄ erhalten wird, die mit einem Fehlerkorrekturcode in der eben beschriebenen Art korrigiert sind.

Dieses Zeitmultiplexsignal von dem Rundfunksendezentrum wird über Koaxialkabel oder Rundfunkverbindungen auf die verschiedenen Sendestellen des Netzwerks übertragen. In Fig. 1 ist eine Verbindung über ein Koaxialkabel 1 mit einer Sendestelle dargestellt. Das Zeitmultiplexsignal mit 2,048 M Bits/s wird einem Serien/ Parallelumsetzer 14 mit z. B. 512 Ausgängen C₀ bis C₅, ι zugeführt. Dieser Umsetzer 14 verteilt die Bits des Zeitmultiplexsignals mit 2,048 M Bits/s über seine 512 Ausgänge und bewirkt zu gleicher Zeit, daß sie an allen Ausgängen mit der Frequenz 2048/512 kHz, also 4 kHz, erscheinen, wobei diese Frequenz durch den Taktgenerator 15 bestimmt wird. Letzterer wird von bekannten, hier nicht dargestellten Mitteln mit dem Taktgenerator 10 des Sendezentrums synchronisiert. Im gewählten Beispiel läßt sich leicht erkennen, daß während einer Periode von etwa 250 ysec, was der Frequenz von 4 kHz entspricht, an allen 512 Ausgängen 8 Abtastwerte jedes der Signale S|, S₂, S₃ und S₄ erscheinen, wobei jeder Abtastwert bis zu 16 Ausgängen mit dem von der Kodiervorrichtung 13 eingeführten Selbstfehlerkorrekturcode in Anspruch nehmen kann.

An jedem Ausgang des Serien/Parallelumsetzers 14 treten die Bits also mit einer Geschwindigkeit von 4 kbits/s mit wechselnden Werten »1« und »0« auf. Jedes dieser Signale wird als Kanalsignal einer Frequenzmultiplexvorrichtung 16 mit 512 aneinandergrenzenden Kanälen mit einer Breite von 4 kHz zugeführt. Diese Frequenzmultiplexvorrichtung kann nach einer beliebigen Technik verwirklicht werden. Nach einer analogen Technik der in der Telephonic verwendeten Art können die Kanäle dieser Frequenzmultiplexvorrichtung dadurch gebildet werden, daß Trägerwellen, die einen gegenseitigen Abstand von 4 kHz aufweisen, von Modulationssignalen in der Amplitude moduliert werden, die an den Ausgängen des Umsetzers 14 erhalten und durch Tiefpässe gefiltert sind, die die Frequenzen von mehr als 2 kHz schwächen, um das Übersprechen zwischen den Kanälen herabzusetzen. Es ist hier bemerkt, daß die Übersprecheinflüsse im vorliegenden Falle verhältnismäßig gering sind, denn die in jedem Kanal zu übertragenden Signale können als Daten mit zwei Werten »0« oder »1« betrachtet werden, die bei Empfang leicht voneinander unterschieden werden können. Dadurch, daß die Summe der auf diese Weise modulierten Trägersignale gebildet wird, kann auf der Leitung 17, die mit dem Ausgang der Muitiplexvorrichtung 16 verbunden ist, ein in bezug auf das Basisband analoges Frequenzmultiplexsignal erhalten werden, das maximal das Band 0-2048 kHz beansprucht.

Für die Synchronisation beim Empfang wird der erste Frequenzmultiplexkanal, der einer Trägerfrequenz gleich 0 entspricht, für die Übertragung eines Synchronsignals reserviert. Dieses Synchi onsigna 1 ist ein sinusförmiges Signal mit 2 kHz, das in digitaler Form duch eine Reihe abwechselnder Bits »1« und »0« dargestellt wird, die mit einer Geschwindigkeit von 4 kbit/s auftreten. In der Figur wird ein derartiges Signal von einem besonderen Ausgang des Taklgenerators 15 geliefert und dem ersten Eingang der Muitiplexvorrichtung 16 zugeführt, der kein anderes Signal von dem Ausgang C₀ des Umsetzers 14 empfängt.

Dieselbe Frequenzverschachtelung kann ebenfalls mit Hilfe digitaler Techniken durchgeführt werden, bei denen die Fouriertransformation verwendet wird. Eine Muitiplexvorrichtung dieser Art ist z. B. in der französischen Patentschrift 21 88 920 beschrieben. Nach digitalen Techniken dieser Art kann die Frequenzverschachtelung auch mit Hilfe einer integrierten Anordnung durchgeführt werden, die die Transformation benutzt, die als »Chirp Z transform« bezeichnet wird. Die Anordnungen, bei denen diese digitalen Techniken benutzt werden, realisieren im allgemeinen die Funktionen des Reihen/Paraüelumseizers 14 und der Frequenzmultiplexvorrichtung 16; sie empfangen also unmittelbar das Zeitmultiplexsignal mit 2,048 M Bits/s und liefern ein digitales Signal, das dem Frequenzsignal im Basisbai.d entspricht, das mit einer Geschwindigkeit von 2,048 MHz abgetastet ist. Am Ausgang einer derartigen digitalen Anordnung muß dann eine Digital/Analog-Umsetzung durchgeführt werden, um an der Leitung 17 das Frequenzmultiplexsignal in der gewünschten analogen Form zu erhalten.

Dieses Frequenzmultiplexsignal im Basisband wird dem eigentlichen Sender 18 zugeführt, in dem es auf die gewünschte Sendefrequenz (z.B. 100 MHz) transportiert und dann verstärkt wird, um der Sendeantenne 19 zugeführt zu werden. Es sei bemerkt, daß, weil binäre Signale auf die Kanäle des Frequenzmultiplexsignals übertragen werden, die Anforderungen in bezug auf die Linearität dieser Verstärkung im ganzen Band des Frequenzmultiplexsignals nicht besonders streng sind.

Im Empfangsteil, dessen Blockschaltbild in Fig. 2 dargestellt ist, werden Bearbeitungen durchgeführt, die den im Sendeteil durchgeführten Bearbeitungen entgegengesetzt sind. Das von der Antenne 20 aufgefangene Signal wird dem eingentlichen Empfänger 21 zugeführt, der auf die Frequenz 100 MHz der ausgesandten Trägerwelle abgestimmt ist und der an seinem Ausgang 22 dasselbe analoge Multiplexsignal im Basisband wie das dem Sender 18 zugeführte Signal liefert.

Dieses Signal wird einem selektiven Filter 23 zugeführt, das aus dem Signal das Synchronsignal von 2 kHz extrahiert, das im Sender dem ersten Kanal des Frequenzmultiplexsignals zugeführt wird. Diese extrahierte Frequenz von 2 kHz wird zur Steuerung des lokalen Taktgenerators 24 benutzt, der die verschiedenen Abtastfrequenzen liefert, die Tür den Betrieb des Empfängers benötigt werden.

Das Frequenzmultiplexsignal im Basisband wird außerdem einer Frequenzdemultiplexvorrichtung 25 zugeführt, die z. B. auf analoge Weise arbeitet und Bearbeitungen durchführt, die den in den Multiplexvorrichtung 16 des Senders durchgeführten Bearbeitungen zur Lieferung der von den 512 Frequenzmultiplexkanälen übertragenen Signale im Basisband entgegengesetzt sind. Wenn davon ausgegangen wird, daß den 512 Ausgängen Q₁ bis Q₁ der Demultiplexvorrichtung 25 ein Impulserzeuger vorangeht, werden an allen dieser 512 Ausgänge die- !0 selben binären Signale erhalten, die auch an den 512 Eingängen der Frequenzmultiplexschaltung 16 des Senders vorhanden sind. Die Bits dieser binären Signale erscheinen zu gleicher Zeit mit einer Frequenz von 4 kHz und stellen während der Dauer von etwa 250 μββΰ jedes Bits 8 Abtastwerte jedes der Informationssignale S₁, S₂, S}, S₄ dar, die mit einem Fehlerkorrekturcode korrigiert sind.

Die binären Signale, die an den Ausgängen der Demultiplexvorrichtung 25 erscheinen, werden dem Parallel/ Serien-Umsetzer 26 zugeführt, der an seinem Ausgang 13 dasselbe Zeitmultiplexsignal von 2,048 Bits/s liefert, das auch dem Serien/Parallel-Umsetzer 14 des Senders zugeführt ist.

Die Anordnung, die aus der Demultiplexvorrichtung 25 und dem Paraüe'/Serien-Urnseizer 26 bestehi, kann auch durch digitale Mittel erhalten werden, die eine Transformation benutzen, die deran der Sendeseite benutzten Transformation entgegengesetzt ist.

Das Zeitmultiplexsignal, das am Ausgang des Umsetzers 26 erhalten wird, wird der Dekodiervorrichtung 27 zugeführt, die die von der Kodierungsvorrichtung 13 des Senders eingeführten Redundanzbits dadurch entfernt, daß sie die festgestellten Fehler korrigiert, wie später erläutert wird.

Am Ausgang der Dekodiervorrichtung 27 werden wie am Ausgang des Umsetzers 12, digitale Abtastwerte von Informationssignalen S₁, S₂, S₃, S₄ erhalten, die zeitverschachtelt sind und mit einer Geschwindigkeit von 128 000/s auftreten.

Diese von dem Digital/Analogumsetzer 28 umgesetzten analogen Abtastwerte werden von den Verteilerschaltungen 29, 30, 31,32 den Tiefpässen 33, 34,35,36 zugeführt, so daß an deren Eingängen Abtastwerte der Signale S₁, S₂, S₁ bzw. S₄ auftreten. Dazu werden die Verteilerschaltungen 29 bis 32 von Impulsen von 32 kHz erregt, die ebenfalls in der Zeit versetzt sind und an den Ausgängen des lokalen Taktimpulsgenerators 24 zur Verfügung stehen. In den Ausgängen der Tiefpässe 33 bis 36 wird eine Darstellung der Informationssignale S| bis S₄ entsprechend den im Sendezentrum ausgesandten Programmen erhalten. Es läßt sich leicht eines dieser Programme selektieren, ohne daß die Abstimmung des Empfängers 21 geändert wird.

Ein auf diese Weise aufgebautes Rundfunksendesystem weist neben dem Vorteil einer kleineren spektralen Besetzung eine gute Immunität gegen Rauschen auf infolge der Tatsache, daß die Informationssignale in digitaler Form übertragen werden.

Außerdem wird bereits eines der Probleme gelöst, die in einem Rundfunksendesystem auftreten, das ein Netzwerk von Sendern benutzt, die mit derselben Trägerfrequenz arbeiten.

Dieses oben bereits genannte Problem besteht in der Überlappung zwischen denselben Modulationssignalen, die von mehreren Sendern des Netzwerks her den Empfänger erreichen und die verschiedene Laufzeiten haben. In der Praxis ergibt sich dieses Problem der Überlappung, das bei Empfang Fehler herbeiführen kann, nur in den Empfangszonen, in denen die von den beiden nächstliegenden Sendern aufgefangenen Trägersignale einen Pegel unterschied aufweisen, der kleiner als etwa 12 dB ist. Wenn davon ausgegangen wird, daß die Abnahme des Feldes //am Boden mit einem Abstand dpro Abstandsverdopplung 14 dB beträgt (//« \/d^2J), und wenn z.B. angenommen wird, daß ein Empfängerzwischen zwei 100 km voneinander entfernten Sendern auf der geraden Linien, die sie miteinander verbindet, liegt, läßt sich errechnen, daß ein Pegelunterschied von 12 dB für die beiden vom Empfänger aufgefangenen Trägersignale einer Fortpflanzungszeitabweichung von etwa 100 μββΰ entspricht. In dem System nach der Erfindung muß nun die Überlappung zwischen den von den selben Kanälen des Multiplexsignals übertragenen Modulationssignalen betrachtet werden, und diese Modulatjonssignale sind binäre Signale mit einer Dauer T= 250 asec. Wenn die Laufzeitdifferenz Θ, d. h. die Dauer der Überlappung der binären Elemente, in jedem Kanal kleiner als die Hälfte der Dauer Teines Bits ist, besteht nicht die Gefahr, daß diese Überlappung einen Fehler in dem Empfänger herbeiführt. Dies wurde im angegebenen Beispiel geprüft, in dem θ = 100 asec kleiner als 772 = 125 μββΰ ist.

Dadurch, daß in dem System nach der Erfindung eine genügend große Anzahl von Frequenzmuitipiexkanäien

gewählt wird, was daraufhinausläuft, daß die Frequenz der binären Daten in jedem Kanal herabgesetzt wird, kann sehr einfach das Problem der Überlappung zwischen den Modulationssignalen gelöst werden. In dieser Hinsicht sei bemerkt, daß die Lösung, bei der das Zeitmultiplexsignal (mit 2,048 M Bits/s unmittelbar und nicht über eine Frequenzverschachtelung übertragen wäre, zu einer Dauer des binären Elements von etwa 0,5 μβεο geführt hätte, was sehr kurz ist in bezug auf die Abweichung zwischen den Fortpflanzungszeiten, und zwar 100 μ3βΰ im gewählten Beispiel. Zum Ausgleichen der Differenzen der Signallaufzeiten müßte der Empfänger dann mit einem sehr verwickelten und kostspieligen Entzerrer versehen sein.

Da das Problem der Überlappung zwischen Modulationssignalen also gelöst ist, bleibt nun noch das Problem der Interferenzen zwischen von mehreren Sendern des Netzwerks stammenden VHF-Signalen bestehen, das, wie bereits angegeben ist, die örtliche Erscheinung von Schwund in Empfangszonen herbeiführen kann, in denen die aufgefangenen Trägersignale etwa gleiche Pegel haben. Falls der Empfänger stationär ist, ist es mög- <>5 lieh, diese Erscheinungen dadurch zu beseitigen, daß für die betrachteten VHF-Signale eine Richtantenne von dem Typ verwendet wird, der beim Fernsehen Anwendung findet. Dagegen wird für die mobilen Empfänger vorzugsweise eine »Schleifenempfangsantenne« verwendet, die sich einfacher anwenden läßt, bei der jedoch das Problem der Überlagerung mehrerer VHF-Signale bestehen bleibt.

Nachstehend wird eine Lösung für dieses Problem erläutert; zuerst werden Berechnungen durchgeführt, die sich auf VHF-lnterferenzen beziehen und die zu dieser Lösung geführt haben.

Es wird angenommen, daß das Netzwerk von Sendern die theoretische Konfiguration aufweist, die in Fig. 3 dargestellt ist, in der die durch kleine Kreise dargestellten Sender an den Eckpunkten gleichseitiger Dreiecke liegen. Es wird davon ausgegangen, daß die Wahrscheinlichkeit von Schwund infolge von Interferenzen am großten ist in z. B. einem Punkt ü, der in dem selben Abstand /-von den drei nächstliegenden Sendern liegt. In einer Zone rings um diesen Punkt werden mit beliebiger Phase Trägersignale empfangen, die stammen von:

drei Sendern in einem Abstand r,

drei Sendern in einem Abstand 2 r, sechs Sendern in einem Abstand 2,67 r, usw.

Für einen mobilen Empfänger wird die Phase eines empfangenen Trägersignals insbesondere durch den Doppler-Effekt bestimmt, der bei einer Sendewellenlänge k = 3m{f = lOOMHz) und einer Verschiebungsgeschwindigkeit des Empfängers ν = 45 m/s einen Frequenzverlauf von j(J = ν/λ = 15 Hz aufweist. is

Wie oben wird davon ausgegangen, daß die Abnahme des Feldes H 14 dB pro Abstandsverdopplung beträgt. In der Zone, die den Punkt Null umgibt, werden, wenn das Feld, das durch die drei nächstliegenden Sender erzeugt ist, als Referenz gewählt wird, also empfangen:

drei Amplitudensignale V (0 dB)

- drei Amplitudensignale 0,2 V (-14 dB)

sechs Amplitudensignale 0,10 V (-20 dB) usw.

Die Wahrscheinlichkeit von Schwund zwischen zwei extremen Fällen, zwischen denen der wirklich auftretende Fall liegt, wird nun berechnet. Im ersten Fall wird angenommen, daß von den nächstliegenden Sendern drei Amplitudensignale V beliebiger Phase empfangen werden. Im zweiten Falle wird angenommen, daß von einer unendlichen Anzahl von Sendern die oben angegebenen Signale mit Amplituden V, 0,2 V, 0,10 Vusw. mit verschiedenen Phasen empfangen werden.

In dem zuerst betrachteten Fall kann die Möglichkeit gefunden werden, bei der die Amplitude Sder Summe von drei Signalen derselben Amplituden Kund mit Phasen 0, α und./? kleiner als ein Wert k V ist, derart, daß λ< 1 ist. α undjß sind die Phasen von zwei Signalen in bezug auf die Phase 0 des dritten Signals, das als Referenzsignal gewählt ist. λK ist der Pegel des Signals, über dem in der Praxis für einen Empfänger Schwund auftreten kann.

Die Bedingung kann geschrieben werden als:

(1 + cos a + cosß)² + (sin a + sinßf < k²

oder

Unter den Bedingungen, die Schwund erzeugen können, liegen die Phasen α und./? in der Nähe von 2 π/3 bzw. 4 π/3 und läßt sich sagen:

2 π _,_ a = —— + f ι

η 4 π , β = -γ- + f2

50

wobei γ ι und r₂ kleine Phasenabweichungen in bezug auf die Phasen 2 π/3 und 4 π/3 sind. Die Formel (1) kann, wenn man sich auf die Terme zweiter Ordnung beschränkt, geschrieben werden als:

55

² (3)

60 (4)

65

(5)

	3	2 1 2	*2 =	"I
	4 '	4 ' ²	ει =	■W
Indem		angenommen wird, daß	(3)	geschrieben als:
		ε ι +	Ix²	<k²

wird die	Formel
	3 ν² +

Die Gleichung 3/4/ + 1/4 χ² = A², die der Ungleichung (5) entspricht, ist die einer Ellipse E im rechteckigen

Achsensystem Ox. Ov; die Länge ihrer halben kleinen Achse ist —= und die Länge ihrer halben großen Achse ist 2 A. ^³

Die Wahrscheinlichkeit, daß die Summe der drei Vektoren kleiner als kV ist, ist:
1 ι ff,j ι > /r 4 A²

(d f., JJ

(2/r) JJ ^'""*" VT 4 „ι

(6)

P₃ = 0,18 A-²

In der zweiten betrachteten Berechnung soll die Wahrscheinlichkeit gesucht werden, bei der die Amplitude der Summe einer unendlichen Anzahl von Signalen mit den obenerwähnten Amplituden und mit beliebigen 15 Phasen kleiner als kV ist. Der Modul dieser Summe weist eine Rayleigh-Verteilung mit einem endlichen mittleren Wert V₀ auf, denn die Summe der in einem Punkt empfangenen Leistungen konvergiert, sobald die Schwächung als Funktion des Abstandes 6 dB pro Verdopplung überschreitet. Die gesuchte Wahrscheinlichkeit ist:

₂₀ P= i-exp(--ViH --V^T- ·<«**"< W

YL

2 V² P

!>; Mit der bereits genau angegebenen Amplitude erhält man:

§ V² = 3 V² + 3 (0,2 V)² + 6 (0,1 K)² +

I ²⁵

Ii und darauf folgt:

i; £, = 0,16 K² (7)

*:;. 30 Es ist ersichtlich, daß die berechnete Wahrscheinlichkeit von Schwund in den beiden betrachteten Extremfäl-

H 'en, die durch die Formeln (6) und (7) dargestellt sind, nur wenig verschieden sind, und für die Darstellung des

Ji reellen Falles kann eine Wahrscheinlichkeit mit einem Zwischenwert angenommen werden, z. B.:

■;| P=OMk². (8)

^l;s 35

f; Nachdem man die Wahrscheinlichkeit von Schwund berechnet hat, wird nun die Dauer einer Schwunder-

■. scheinung berechnet, d. h. die maximale Zeit, während der die Amplitude der Summe der Signale, die von den

:j Sendern des Netzwerks herrühren, kleiner als A- V bleibt. Aus Obenstehendem geht hervor, daß zum Erhalten

Vi. eines Annäherungswertes die Formeln verwendet werden können, die im Falle der drei Signale gegeben sind.

& 40 Die Zeit als Veränderliche / kann in die Formel (3) eingeführt werden, die die Schwundbedingung darstellt,

K indem angenommen wird:

(9)

■■i 45

;;; wobei A f_x und A f₂ Frequenzabweichungen sind, die den Phasenabweichungen ε_χ und ε₂ entsprechen, die

I durch die Formeln (2) definiert werden. Indem die Frequenz des Phasenbezugssignals 0 als/₀ und die Frequen-

H zen der beiden anderen Signale als/, bzw./₂ bezeichnet werden, kann man schreiben:

^ 50

I λ/1 =/1-/0

! . (10)

55 Die Formel (5) wird dann geschrieben als:

4 j? (T/1⁷ +T/P -Af_x -Af₂)I²Kk² (Π)

Die Zeit /, die von der Gleichung abgeleitet ist, die der Gleicheit in der Formel (11) entspricht, stellt die Zeit 60 dar, die benötigt wird, um die Amplitude der Summe der drei Signale von 0 auf den Wert A- Kübergehen zu lassen, wobei die Schwundgrenze erreicht ist. Die Dauer feiner Schwunderscheinung ist das Zweifache dieses Wertes, also:

if=——— (12)

65 ^π V"IJ? + Tf? -Af_x Af₂

Aus dieser Formel (12) kann eine Maßnahme nach der Erfindung abgeleitet werden, die es ermöglicht, die Dauer /_rdes Schwundes, der entsprechend der Formel (8) mit der Wahrscheinlichkeit P = 0,17 A-² auftritt, auf ein

Mindestmaß zu beschränken. Da die Frequenzabweichungen Af_x und AJ₁ nicht sehr groß sein können, weil sie notwendigerweise kleiner als die Bandbreite eines Kanals sind, kann gewählt werden:

AJ] - -Af₂ =

was nach der Formel (10) bedeutet:

r-f + AL T-r - ^Äf

IO

Die Dauer des Schwundes wird dann:

'<> = —Λ= —

^h nVT Af

Aus den Formeln (13) folgt, daß das Netzwerk von Sendern drei Typen von Sendern enthalten muß, die mit den Trägerfrequenzen

/0- yOobzw./₀ + ^£

25

arbeiten und die derart angeordnet sind, daß ein Empfänger, der insbesondere in der Zone liegt, in der Schwund auftreten kann, unter den drei nächstliegenden Sendern immer einen Sender jedes der drei Typen »sieht«. Die Anordnung der drei Typen von Sendern ist in Fig. 3 angegeben. Die Mindestfrequenzabweichung

Af

zwischen zwei Sendern des Netzwerks muß viel kleiner als die Bandbreite des übertragenen Frequenzmultiplexsignals sein, um keine wahrnehmbare Überlappung zwischen denselben von den beiden Sendern erzeugten Kanälen zu erzeugen. Weiter muß, um eine genau definierte Schwunddauer t_k zu erhalten, die Frequenzabweichung

Af

40

erheblich größer als die möglichen Abweichungen der empfangenen Frequenzen, insbesondere die durch den Doppler-Effekt herbeigeführte Abweichung, sein. Im Falle des oben beschriebenen Systems kann z. B. eine Frequenzabweichung

=160 Hz

gewählt werden, was nur 4 % der Breite von 4 kHz eines Frequenzmultiplexsignals bedeutet und was erheblich größer als eine Frequenzabweichung von 2 Χ 15 Hz = 30 Hz ist, die durch den Doppler-Effekt bei einem mobilen Empfänger in bezug auf zwei Sender entsteht.

Die eben beschriebene Maßnahme ermöglicht es also, genau bestimmte Schwunderscheinungen zu erhalten, die mit einer Wahrscheinlichkeit P = 0,17 k² auftreten und die je maximal eine Dauer von

ti. =

/rvT Af

aufweisen. Während dieser Schwunderscheinungen können Bitfehler in den über die Kanäle des Frequenzmultiplexsignals übertragenen binären Signalen auftreten, die im Empfänger wiedergegeben werden. Diese falschen Bits treten in Paketen auf, deren Auftritt Wahrscheinlichkeit die der Schwunderscheinungen, also P, ist, wobei die Höchstanzahl falscher Bits in jedem Paket durch die maximale Dauer ι_Λ der Schwunderscheinungen bestimmt wird. Zum Ausgleich wird also vorgeschlagen, diese Fehler mittels eines an diesen Fehlertyp angepaßten Fehlerkorrekturcodes zu korrigieren. Wie bereits beschrieben wurde, wird dieser Fehlerkorrekturcode auf der Senderseite von der Kodierungsvorrichtung 13 eingeführt, um über die Kanäle des Frequenzmultiplexsignals in derselben Zeit wie die Informationssignale übertragen zu werden; auf der Empfangsseite korrigiert die Dekodierungsvorrichtung 27 die Fehler und gewinnt die Informationssignale wieder.

Um anzugeben, wie der Fehlerkorrekturcode gewählt werden kann, gibt die Tabelle I nachstehend für verschiedene Werte der Menge 20 log · k die Wertepaare der Wahrscheinlichkeit von Schwund P= 0,17 λ² und der Schwunddauer

nVT Af

mit ^LL = 160 Hz

an. Man erinnert .<-^;:h, daß, weil Vdie Amplitude des Signals am Eingang eines Empfangers ist, das von einem s einzigen Sender stammt, kV die Amplitude des Signals ist, unterhalb dessen Schwund auftritt. Die Menge 20 log - k stellt also in dB praktisch den Pegelverlust dar, der den Schwund herbeiführt und der durch Interferenzen zwischen VHF-Signalen verusacht wird.

Tabelle I

ίο

(20 log k) dB I

- 10 - 20 - 30 1

¹⁵ P 1,7 · 10"² IJ · 10~³ 1,7 · ΙΟ"⁴ 1

O_A)yS 360 115 36 %

Unter den in dieser Tabelle angegebenen Werten sollen diejenigen beachtet werden, die- einem Pegelverlust S

²⁰ von -10 dB entsprechen, der durch Interferenzen verursacht ist. Um den Pegel V wiederzufinden, der dem $

Empfang eines einzigen Senders entspricht, muß also die Leistung der Sender um 10 dB erhöht werden. Es sei $■■

bemerkt, daß bei einem einzigen Sender Interferenz zwischen Hin- und Rücklaufwegen auftritt, die von demsel- ■^; ben Sender herrühren. Die Sicherheitsmarge von 10 dB besteht nun bereits in den bekannten Systemen zum Schwächen des Effekts dieses Interferenztyps. Die Erhöhung der Leistung der Sender um 10 dB ist also nicht

²⁵ eine zusätzliche Erschwerung für das hier beschriebene System. ; ·

Für 20 log · k = - 10 dB gibt die Tabelle I eine Schwunddauer t_A von 360 μ5βο an, die maximal drei aufeinander- /

folgende Bits beeinflussen kann. Die Auftrittwahrscheinlichkeit P dieser Pakete falscher Bits beträgt 1,7%. >; Derartige Werte können mittels eines Fehlerkorrekturcodes mit einer kleinen Anzahl von Redundanzbits korrigiert werden. Für die Wahl eines geeigneten Codes sei auf das Werk »Error Correcting Codes« von W. W. Peter-

³⁰ son und Weldon, MIT, Boston, 2. Auflage, 1971 verwiesen. Zum Beispiel kann der zyklische Code (63,55) _;

gewählt werden, der in der Tabelle 11-1 auf Seite 364 dieses Werks definiert ist. Mit diesem Code können Pakete · von drei falschen Bits mit etwa 13% Redundanzbits korrigiert werden.

35 Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rundfunksendesystem zum Aussenden digitaler Informationssignale über ein Netzwerk von Sendern an mindestens einen Empfänger, bei welchem Rundfunksendesystem die Sender synchron die Informationssignale von einer zentralen Stelle empfangen und mit Trägerfrequenzen arbeiten, die untereinander kleine Abweichungen aufweisen, die gegenüber der Bandbreite der Informationssignale gering und gegenüber der· möglichen Abweichungen der empfangenen Trägerfrequenzen groß sind, dadurchgekennzeichnet,daß für die gleichzeitige Übertragung mehrerer voneinander unabhängiger Informationssignale, die je als eine Folge von Bits vorliegen, eine Frequenzmultiplexschaltung (14,16) periodisch eine Anzahl Bits jedes der Informationssignale in eine gleiche Anzahl paralleler Signale in benachbarten Frequenzkanälen mit untereinander konstantem Frequenzabstand umsetzt, wobei die Dauer jeder Periode und damit die Dauer, während der das Signal jedes Frequenzkanals dasselbe Bit darstellt, langer als die doppelte Laufzeitdifferenz der Sendesignale zweier nächstliegender Sender in der Empfangszone desjenigen Empfängers ist, in der die Pegel der empfangenen Sendesignale annähernd gleich sind, und daß jeder Empfanger eine Frequenzdemultiplexschaltung (25, 26) zur Rückgewinnung der ursprünglichen Informationssignale enthält.

2. Rundfunksendesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzmultiplexschaltung (14, 16) eine erste Transforrrationsanordnung enthält, in der eine diskrete Fouriertransformation erfolgt, und daß die Frequenzdemuitiplexschaltung (25,26) eine zweite Transformationsanordnung enthält, in der eine zur ersten Transformation umgekehrte diskrete Fouriertransformation erfolgt.

3. Rundfunksendesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzmultiplexschaltung (14,16) in einem Kanal ein Synchronisiersignal erzeugt, das aus einer Reihe von Bits abwechselnd mit den logischen Werten »1« und »0« besteht, wobei die Dauer der Bits der der Kanalsignale entspricht.

4. Rundfunksendesystem nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Frequenzmultiplexschaltung (14,16) zu übertragenden digitalen Informationssignale in einen fehlerkorrigierenden Code umgesetzt sind und daß das übertragene digitale Frequenzmultiplexsignal im Empfänger auf entsprechende Weise dekodiert wird.