DE10053625B4 - Method and device for radio remote control of moving objects - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Funkfernsteuerung von beweglichen Objekten, bei dem • die Funkfernsteuerung nach Maßgabe eines schmalbandigen, bidirektionalen CDMA-Übertragungssystems erfolgt, • eine Quellencodierung zur Reduktion der zu übertragenden Daten eingesetzt wird, • die quellencodierten Daten einem Faltungsencoder (FE) der Rate 1/n zugeführt und anschließend durch eine anlagencharakteristische Signatursequenz mittels Signaturgenerator (SG) modifiziert werden, • ein trägersensitives Frequenzsprungverfahren nach Maßgabe der gemessenen Interferenzleistungen in den zur Verfügung stehenden Frequenzkanäle benutzt wird und • zur gleichzeitigen Ermittlung der Kanalbelegung die Ermittlung der Interferenzleistungen in den einzelnen Frequenzkanälen mittels einer regelmäßigen spektralen Vermessung des kompletten zur Verfügung stehenden Frequenzbandes durch Berechnung der FFT über einen breitbandig empfangenen Signalabschnitt zur spektralen Erfassung mehrerer Frequenzkanäle während des Empfangsvorganges erfolgt.Method for radio remote control of moving objects, in which • the radio remote control takes place in accordance with a narrow-band, bidirectional CDMA transmission system, • source coding is used to reduce the data to be transmitted, • the source-coded data is fed to a convolutional encoder (FE) at rate 1 / n and then modified by a system-characteristic signature sequence using a signature generator (SG), • a carrier-sensitive frequency hopping method is used in accordance with the measured interference powers in the available frequency channels, and • for simultaneous determination of the channel assignment, the determination of the interference powers in the individual frequency channels by means of a regular spectral Measurement of the entire available frequency band by calculating the FFT over a broadband received signal section for the spectral detection of several frequency channels d of the receiving process takes place.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funkfernsteuerung von beweglichen Objekten nach Patentanspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung, gemäß Patentanspruch 8, eine Vorrichtung zur Funkfernsteuerung von beweglichen Objekten.The invention relates to a method for radio remote control of moving objects according to
Die Schaffung einfacher und preiswerter Funkfernsteuerungen ist seit vielen Jahren auf verschiedensten Gebieten der Technik Gegenstand intensiver Entwicklungsarbeiten. Beispielsweise ist aus dem
Für die Funkfernsteuerung von beweglichen Objekten, wie z. B. Modellflugzeuge, -schiffe, oder -autos, existieren Systeme zur unidirektionalen Datenübertragung, bei denen einfache, nachrichtentechnische Übertragungsverfahren eingesetzt werden, wie z. B. analoge AM oder FM, Pulsdauermodulation oder Pulscodemodulation (PCM) mit einfachen digitalen Übertragungsverfahren. Da die zu übertragende Information gering ist, kommen die Systeme mit geringen Übertragungsbandbreiten aus.For the radio remote control of moving objects, such. As model airplanes, ships, or cars exist systems for unidirectional data transmission, in which simple, telecommunications technology transmission methods are used, such. B. analog AM or FM, pulse width modulation or pulse code modulation (PCM) with simple digital transmission method. Since the information to be transmitted is low, the systems have low transmission bandwidths.
Beispielsweise werden im Modellflug Bandbreiten von 10 kHz genutzt, wobei sich jeweils mehrere benachbarte Frequenzkanäle in den Bändern um 27, 35 und 40 MHz befinden. Die Systeme arbeiten mit einer konstanten Sendeleistung, die auf die maximal gewünschte Reichweite bei ungünstigsten Ausbreitungsbedingungen ausgelegt ist. Dadurch erzeugen sie auch für andere, relativ weit entfernte Systeme noch hohe Interferenzleistungen, die deren Betrieb empfindlich stören können. Nicht zuletzt im Modellflug sind aber Störungen der Kommunikation alles andere als erwünscht, da sie zu Abstürzen der teueren Flugobjekte führen können. Um Mehrfachnutzungen von Frequenzkanälen zu vermeiden, existieren deshalb in Modellflugvereinen Frequenzpläne, in die eine gewünschte Frequenzbelegung im voraus einzutragen ist.For example, in model airplanes bandwidths of 10 kHz are used, with several adjacent frequency channels in each of the bands being around 27, 35 and 40 MHz. The systems operate with a constant transmission power, which is designed for the maximum desired range under worst-case propagation conditions. As a result, they also generate high interference power for other, relatively distant systems, which can severely disrupt their operation. Last but not least in model flying disruptions of communication are anything but desirable, as they can lead to crashes of expensive flying objects. In order to avoid multiple uses of frequency channels, therefore exist in model aviation frequency plans, in which a desired frequency assignment is entered in advance.
Des weiteren enthalten sowohl steuerndes Element (Sender) als auch gesteuertes Element (Empfänger) solcher Systeme in der Regel relativ viel Intelligenz, die allerdings zum größten Teil getrennt voneinander arbeiten, da kein effektiver Informationsaustausch vorhanden ist, abgesehen von den eigentlichen Steuerdaten.Furthermore, both the controlling element (transmitter) and the controlled element (receiver) of such systems typically contain relatively much intelligence, but for the most part operate separately because there is no effective information exchange, apart from the actual control data.
Weiterhin existieren einige wenige Systeme zur Übertragung von Telemetriedaten (z. B. als PC-Steckkarte), welche die 1SM-Bänder (Industrial, Scientific, Medical) nutzen. In diesen Bändern sind allerdings nur relativ niedrige Sendeleistungen erlaubt, so dass eine Übertragung nur über geringe Entfernungen bzw. mit schlechter Übertragungsqualität möglich ist. Ein weiterer Nachteil hierbei ist, dass für die Fernsteuerung und Telemetriedatenübertragung getrennte Systeme nötig sind, deren gemeinsamer Einsatz Mobilität und Bedienungskomfort stark einschränkt.Furthermore, there are a few systems for transmitting telemetry data (eg, as a PC card) using the 1SM bands (Industrial, Scientific, Medical). In these bands, however, only relatively low transmission powers are allowed, so that a transmission only over small distances or with poor transmission quality is possible. Another disadvantage here is that separate systems are needed for the remote control and telemetry data transmission, their joint use severely limits mobility and ease of use.
Beispielsweise ist aus der
Eine ähnliche Vorrichtung zur Messwertübertragung (”Telemetrie”) bei funkferngesteuerten Modellen mit in dem Modell angeordneten Messfühlern zur Ermittlung verschiedener Messwerte wie Ladezustand der Akkus oder Batterien, Höhe, Geschwindigkeit des Modells in allen drei Achsen, Höhenänderung (”Variometer”) des Modells ed. dgl., mit einem Funktelemetriesender an Bord des Modells zur Übermittlung der Messwerte (Telemetriedaten) an einen entsprechenden Telemetrieempfänger beim Piloten des Modells, ist aus der
Weiterhin ist aus der
Weiterhin ist aus der
- • eine Einrichtung zum Erzeugen von Datenabtastwerten aus dem empfangenen Signal;
- • eine Einrichtung zum Sammeln von Datenabtastwerten in Form von Blöcken komplexer Datenabtastwerte;
- • eine Einrichtung zum teilweisen Korrelieren der Blöcke von Datenabtastwerten mit Verschiebungen zumindest einer bekannten Signatursequenz;
- • eine Einrichtung zum Auswählen einer vorbestimmten Anzahl der Teilkorrelationen;
- • eine Einrichtung zum Abschätzen von Mehrwegkanalabgriffskoeffizienten;
- • eine Einrichtung zum Bilden von Realteilen von Produkten der ausgewählten Teilkorrelationen mit den Mehrwegkanalabgriffskoeffizienten und
- • means for generating data samples from the received signal;
- • means for collecting data samples in the form of blocks of complex data samples;
- Means for partially correlating the blocks of data samples with shifts of at least one known signature sequence;
- Means for selecting a predetermined number of the partial correlations;
- • means for estimating multipath channel tap coefficients;
- Means for forming real parts of products of the selected partial correlations with the multipath channel tap coefficients and
Aus der
Theoretische Grundlagen der Nachrichten-Übertragungstechnik sind aus D. Kammeyer ”Nachrichtenübertragung” 2. Auflage, B. G. Teubner Stuttgart, 1996, ISBN 3-519-16142-7, Seite 109–134, 391–394; 673–684 bekannt. Insbesondere ist auf den Seiten 391 bis 393 das Prinzip von Continuous Phase Modulation (CPM) und auf den Seiten 673–675 eine niederratige Kanalcodierung beim Qualcomm Übertragungsverfahren beschrieben. Das auf der Seite 673 folgende beschriebene Qualcomm Übertragungsverfahren dient bei der Mobilfunkübertragung zur Sprachkommunikation, bei der u. a. eine niederratige Kanalcodierung (mit 1/3) für den Uplink-Kanal benutzt und insgesamt ein Processing Gain von 128 erreicht wird.Theoretical principles of the news transmission technology are from D. Kammeyer "message transmission" 2nd edition, B.G. Teubner Stuttgart, 1996, ISBN 3-519-16142-7, pages 109-134, 391-394; 673-684 known. In particular, pages 391 to 393 describe the principle of Continuous Phase Modulation (CPM) and pages 673-675 describe low-rate channel coding in the Qualcomm transmission method. The described on the page 673 Qualcomm transmission method is used in the mobile communication for voice communication, in the u. a. a low-pitch channel coding (1/3) is used for the uplink channel and a total processing gain of 128 is reached.
Damit der Bediener nicht im Gefahrenbereich arbeiten muss, ist aus der
Weiterhin beschreibt die
In der Druckschrift ”L. B. Milstein ”Wideband Code Division Multiple Access” IEEE Journal an Selected Areas in Communications, Vol. 18, No. 8, August 2000, Seite 1344–1354” ist für eine nach einem CDMA-Verfahren arbeitende Mobilstation ein Verfahren zum Vielfachzugriff in einem breitbandigen zellularen CDMA-Funkübertragungssystem beschrieben. In diesem CDMA-Funkübertragungssystem, welches als Kleinzellennetz ausgestaltet ist, spielen Handover bzw. der Vielfachzugriff mit einer Vielzahl von beweglichen Mobilstationen eine Rolle.In the publication "L. B. Milstein "Wideband Code Division Multiple Access" IEEE Journal to Selected Areas in Communications, Vol. 18, no. 8, August 2000, pages 1344-1354 "a mobile station operating according to a CDMA method, a method for multiple access in a broadband cellular CDMA radio transmission system is described. In this CDMA radio transmission system, which is designed as a small cell network, handover or the multiple access with a plurality of mobile mobile stations play a role.
Weiterhin betreffen die Druckschriften „J. W. Ketchum, J. G. Proakis ”Adaptive Algorithms for Estimating and Suppressing Narrow-Band Interference in PN Spread-Spektrum Systems”, IEEE Transactions an Communications, Vol. COM-30, No. 5, May 1982 Seite 913–924” oder „C. Carlemalm et al. ”Suppression of Multiple Narrowband Interferers in a Spread-Spectrum Communication System” IEEE Journal an selected Areas in Communications, Vol. 18, No. 8, August 2000, Seite 1365–1374” rein theoretische Untersuchungen in Bezug auf lineare Prädiktion bzw. des Levisons Algorithmus (siehe Druckschrift ”Adaptive Algorithms for Estimating and Suppressing Narrow-Band Interference in PN Spread-Spectrum Systems)”) bzw. Schätzalgorithmus nach Markov um Interferenzen zu unterdrücken (siehe Druckschrift ”Suppression of Multiple Narrowband Interferers in a Spread-Spectrum Communication System”).Furthermore, the publications "J. W. Ketchum, J.G. Proakis "Adaptive Algorithms for Estimating and Suppressing Narrow-Band Interference in PN Spread Spectrum Systems", IEEE Transactions an Communications, Vol. COM-30, no. 5, May 1982, pages 913-924 "or" C. Carlemalm et al. "Suppression of Multiple Narrowband Interferers in a Spread-Spectrum Communication System" IEEE Journal at selected Areas in Communications, Vol. 18, no. 8, August 2000, pages 1365-1374 "purely theoretical investigations with respect to linear prediction or the Levisons algorithm (see document" Adaptive Algorithms for Estimating and Suppressing Narrow-Band Interference in PN Spread-Spectrum Systems) ") or estimation algorithm according to Markov to suppress interference (see the publication "Suppression of Multiple Narrowband Interferers in a Spread-Spectrum Communication System").
Eine Trägerphasensynchronisation an sich ist beispielsweise in der Diplomarbeit von Enzner, Gerald am Lehrstuhl für Nachrichtentechnik II, Universität Erlangen-Nürnberg, August 2000 ”Noncoherent sequence estimation for coded M(D)PSK and CPM transmission” oder in der Fachzeitschrift IEEE Transactions an Communications, COM-47:1303-1308, September 1999” Noncoherent sequence detection of Continous Phase Modulations” von Colavolpe, C; Raheli, R. oder in der Dissertation von Schober, Robert am Lehrstuhl für Nachrichtentechnik 11, Universität Erlangen-Nürnberg, Shaker Verlag 2000” Noncoherent detection and equalization for MDPSK and MDAPSK signals” ausführlich beschrieben und erläutert.A carrier phase synchronization per se, for example, in the thesis of Enzner, Gerald at the Department of Communications Engineering II, University of Erlangen-Nuremberg, August 2000 "Noncoherent sequence estimation for coded M (D) PSK and CPM transmission" or in the journal IEEE Transactions to Communications, COM-47: 1303-1308, September 1999 "Noncoherent Sequence Detection of Continuous Phase Modulations" by Colavolpe, C; Raheli, R. or in the dissertation of Schober, Robert at the Department of Telecommunications 11, University of Erlangen-Nuremberg, Shaker Verlag 2000 "Noncoherent detection and equalization for MDPSK and MDAPSK signals" described in detail and explained.
Wie die vorstehende Würdigung des Standes der Technik aufzeigt, ist die Realisierung eines aufwandsgünstigen Übertragungsverfahrens mit bisherigen Geräten und Verfahren nur sehr eingeschränkt möglich. Besonders bedeutsam ist dies, da ein bandbreiten- und leistungseffizientes, digitales Übertragungsverfahren von großem Nutzen ist und die Telekommunikations-Industrie ebenso wie die Modellbauindustrie als fortschrittliche, entwicklungsfreudige Industrien anzusehen sind, die schnell Verbesserungen und Vereinfachungen aufgreifen und in die Tat umsetzen.As the above assessment of the prior art shows, the realization of a cost-effective transmission method with previous devices and methods is only very limited possible. Most importantly, as a bandwidth- and power-efficient, digital transmission method is of great benefit, and the telecommunications industry as well as the modeling industry are considered to be advanced, development-friendly industries that are quick to pick up on and make improvements and simplifications.
Der Erfindung liegt gegenüber den bekannten Verfahren und Vorrichtungen die Aufgabe zugrunde, ein aufwandsgünstigen Übertragungsverfahren und eine Vorrichtung so auszugestalten, dass eine störresistente, bidirektionale, digitale Datenübertragung, insbesondere ein Wechsel zu einem Kanal mit geringerer Interferenzleistung, ermöglicht wird.The invention is compared to the known methods and apparatus the task of a low-cost transmission method and a device in such a way that a noise-resistant, bidirectional, digital data transmission, in particular a change to a channel with less interference power, is possible.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Funkfernsteuerung von beweglichen Objekten, gemäß Patentanspruch 1, dadurch gelöst, dass
- • die Funkfernsteuerung nach Maßgabe eines schmalbandigen, bidirektionalen CDMA-Übertragungssystems erfolgt,
- • eine Quellencodierung zur Reduktion der zu übertragenden Daten eingesetzt wird,
- • die quellencodierten Daten einem Faltungsencoder der
Rate 1/n zugeführt und anschließend durch eine anlagencharakteristische Signatursequenz mittels Signaturgenerator modifiziert werden, - • ein trägersensitives Frequenzsprungverfahren nach Maßgabe der gemessenen Interferenzleistungen in den zur Verfügung stehenden Frequenzkanäle benutzt wird und
- • zur gleichzeitigen Ermittlung der Kanalbelegung die Ermittlung der Interferenzleistungen in den einzelnen Frequenzkanälen mittels einer regelmäßigen spektralen Vermessung des kompletten zur Verfügung stehenden Frequenzbandes durch Berechnung der FFT über einen breitbandig empfangenen Signalabschnitt zur spektralen Erfassung mehrerer Frequenzkanäle während des Empfangsvorganges erfolgt.
- The radio remote control takes place in accordance with a narrow-band bidirectional CDMA transmission system,
- A source coding is used to reduce the data to be transmitted,
- The source-coded data is fed to a
rate 1 / n convolutional encoder and subsequently modified by a signature-characteristic signature sequence by means of a signature generator, - A carrier-sensitive frequency hopping method according to the measured interference powers in the available frequency channels is used, and
- • For the simultaneous determination of the channel assignment, the determination of the interference power in the individual frequency channels by means of a regular spectral measurement of the complete available frequency band by calculating the FFT over a broadband received signal section for spectral detection of multiple frequency channels during the receiving process takes place.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist die Vorteile auf, dass trotz des geringen Datenflusses dennoch ausreichend Informationen übertragen werden kann, indem die Menge der zu übertragenden Daten reduziert wird und dass zur Feststellung der Belegung und damit der Interferenzleistung der einzelnen Kanäle im Frequenzband das Signal des kompletten Frequenzbandes spektral analysiert wird, was während des Empfangs erfolgen kann. Ein gesonderter Zeitschlitz, in dem das Gerät weder empfängt noch sendet, kann vorgesehen werden, ist jedoch vom Prinzip her nicht notwendig. Da das Gerät regelmäßig empfängt, erfolgt somit auch die Spektralanalyse regelmäßig. Durch die Spektralanalyse mittels einer schnellen Fourier-Transformation (Fast Fourier Transform, FFT) aus dem breitbandig empfangenen Signalabschnitt, nimmt die spektrale Auflösung den Kanalabstand der Frequenzkanäle auf. Wird bei der Spektralanalyse im derzeit verwendeten Frequenzkanal eine hohe Interferenzleistung festgestellt, so kann zu einem Kanal mit geringerer Interferenzleistung gewechselt werden. Dies kann beispielsweise geschehen durch das Mischen vom HF-Band in das komplexe äquivalente Basisband. In diesem Fall verschiebt sich auch das breitbandige Signalfenster. Da die spektrale Auflösung auf den Kanalabstand angepasst ist, muss nur die Zuordnung der Ergebnisse der Fourier-Transformation zu den Kanälen angepasst werden. Das kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass für das analysierte Signalfenster die doppelte Bandbreite des zu analysierenden Frequenzbandes gewählt wird. Weiterhin weist das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil auf, dass basierend auf die damit zur Verfügung stehenden Informationen über die einzelnen Kanäle, ein trägersensitives Frequenzsprungverfahren eingesetzt werden kann. Wird also im bisher verwendeten Frequenzkanal eine zu hohe Interferenzleistung ermittelt, so kann automatisch zu einem Kanal mit geeigneter oder annehmbarer Interferenzleistung gewechselt werden. Somit wird eine Selbstorganisation der Zuweisung der dynamisch veränderlichen Frequenzkanäle auf viele Fernsteueranlagen möglich. Dies bedeutet, dass eine Koordination von Funkkanälen wie bisher (z. B. auf Modellflugplätzen) nicht mehr erforderlich ist, da mehrfach belegte Frequenzkanäle automatisch verlassen werden. Dadurch ist auch eine Koexistenz entsprechender Anlagen mit bisher bestehenden Anlagen, die das FM-, AM-Verfahren, etc. verwenden, möglich. Der Wechsel eines Frequenzkanals erfolgt vorzugsweise nach einem Pseudo-Zufalls-Delay, um zeitlich nahe beieinanderliegende Frequenzwechsel möglichst zu vermeiden und damit zu verhindern, dass mehrere Anlagen gleichzeitig auf die gleiche Frequenz wechseln (vgl. Aloha-Prinzip).The inventive method has the advantages that despite the low data flow still sufficient information can be transmitted by the amount of data to be transmitted is reduced and that to determine the occupancy and thus the interference power of the individual channels in the frequency band, the signal of the entire frequency band spectral analyze what can happen during reception. A separate time slot in which the device neither receives nor transmits can be provided, but is in principle not necessary. Since the device receives regularly, thus also the spectral analysis takes place regularly. By spectral analysis by means of a fast Fourier transform (FFT) from the broadband received signal section, the spectral resolution absorbs the channel spacing of the frequency channels. If in the spectral analysis in the currently used frequency channel, a high interference power is detected, so can a channel with less Interference power to be changed. This can be done, for example, by mixing the HF band into the complex equivalent baseband. In this case, the broadband signal window also shifts. Since the spectral resolution is adapted to the channel spacing, only the assignment of the results of the Fourier transform to the channels has to be adapted. This can be achieved, for example, by selecting twice the bandwidth of the frequency band to be analyzed for the analyzed signal window. Furthermore, the method according to the invention has the advantage that based on the information available therewith about the individual channels, a carrier-sensitive frequency hopping method can be used. Thus, if too much interference power is detected in the frequency channel used so far, it is possible to automatically switch to a channel with suitable or acceptable interference power. Thus, a self-organization of the assignment of the dynamically variable frequency channels to many remote control systems becomes possible. This means that a coordination of radio channels as before (eg on model airfields) is no longer necessary, since multiple occupied frequency channels are automatically exited. As a result, it is also possible to coexist corresponding systems with previously existing systems that use the FM, AM method, etc. The change of a frequency channel is preferably carried out according to a pseudo-random delay in order to avoid frequency changes which are close to each other as closely as possible and thus to prevent several systems from simultaneously switching to the same frequency (compare Aloha principle).
Wird in weiterer Ausgestaltung des Verfahrens eine kontinuierliche Phasenmodulation (Continuous Phase Modulation CPM) mit einer niederratigen Kanalcodierung kombiniert, wobei das binäre kanalcodierte Signal durch die (Modulo-2)-Addition einer Signatursequenz modifiziert wird, wird auf besonders einfache Art und Weise die gleichzeitige Übertragung von mehreren Systemen im gleichen Frequenzkanal durch Codevielfachzugriff (Code Division Multiple Access, CDMA) ermöglicht. Im Einzelnen entstehen bei Anwendung der (Modulo-2)-Addition einer pseudozufälligen, binären Signatursequenz auf die kanalcodierten Bits sogenannte Nebenklassencodes, wie diese beispielsweise in dem Fachbuch von Friedrichs, Bernd: Kanalcodierung, Springer Verlag 1995 beschrieben sind. Dadurch ergibt sich eine eindeutige, reversible Abbildung der Codes, die aber weiterhin die gleichen, nachrichtentechnischen Eigenschaften besitzen. Die Verwendung von Signatursequenzen ermöglicht es aber mehreren Sender-Empfänger-Systemen, gleichzeitig im selben Frequenzkanal zu senden und zu empfangen, ohne sich gegenseitig entscheidend zu beeinflussen. Demzufolge ist durch die Verwendung der Signatursequenzen CDMA-Zugriff möglich. Die durch die Signaturen entstandenen Nebenklassencodes im Sender können empfangseitig im Decoder (z. B. bei einem Trellisdecoder in der Metrikberechnung) direkt berücksichtigt werden, so dass keine getrennten Operationen mehr notwendig sind, um die unterschiedlichen Kanäle im Empfänger zu trennen. Dabei ist von Vorteil, dass auf überraschend einfache Art und Weise durch die Anwendung einer Kanalcodierung mit niedriger Rate (z. B. Faltungscodierung mit Rate 1/8) ein sicherer Betrieb ermöglicht wird. Dadurch wird das System robust selbst gegenüber mehreren gleichstarken Sendesignalen im gleichen Frequenzkanal. Weiterhin wird durch die Verwendung von CPM ein bandbreiten- und leistungseffizientes, digitales Übertragungsverfahren mit konstanter Einhüllender erhalten. Damit wird eine effiziente und kostengünstige HF-Verstärkung möglich, bei der nur geringste Linearitätsanforderungen zu erfüllen sind.If, in a further embodiment of the method, a continuous phase modulation (CPM) is combined with a low-rate channel coding, wherein the binary channel-coded signal is modified by the (modulo-2) addition of a signature sequence, the simultaneous transmission becomes particularly simple of multiple systems in the same frequency channel by code division multiple access (CDMA). In particular, when using the (modulo-2) addition of a pseudorandom binary signature sequence to the channel coded bits, so-called minor class codes are generated, as described for example in the textbook by Friedrichs, Bernd: Kanalcodierung, Springer Verlag 1995. This results in a clear, reversible mapping of the codes, which, however, continue to have the same, telecommunications characteristics. However, the use of signature sequences allows multiple transceiver systems to transmit and receive simultaneously in the same frequency channel without significantly affecting each other. As a result, CDMA access is possible through the use of the signature sequences. The sub-class codes resulting from the signatures in the transmitter can be directly taken into account in the decoder on the receiving side (eg in a trellis decoder in the metric calculation), so that separate operations are no longer necessary to separate the different channels in the receiver. It is advantageous that, in a surprisingly simple manner, the use of low rate channel coding (
Weiterhin wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bei einer Vorrichtung zur Funkfernsteuerung von beweglichen Objekten nach Maßgabe eines schmalbandigen, bidirektionalen CDMA-Ubertragungsverfahrens, gemäß Patentanspruch 8, dadurch gelöst, dass im Sender
- • eine Quellencodierung zur Reduktion der zu übertragenden Daten eingesetzt wird,
- • die quellencodierten Daten einem Faltungsencoder der
Rate 1/n zugeführt und anschließend durch eine anlagencharakteristische Signatursequenz mittels Signaturgenerator modifiziert werden, - • ein trägersensitives Frequenzsprungverfahren nach Maßgabe der im Empfänger gemessenen Interferenzleistungen in den zur Verfügung stehenden Frequenzkanäle benutzt wird und
- • im Empfänger
- • das Empfangssignal zum Mischen ins äquivalente komplexe Basisband und Abtastung einem Mischer oder einem komplexen digitalen Mischer zugeführt ist und
- • zur gleichzeitigen Ermittlung der Kanalbelegung die Ermittlung der Interferenzleistungen in den einzelnen Frequenzkanälen mittels einer regelmäßigen spektralen Vermessung des kompletten zur Verfügung stehenden Frequenzbandes durch Berechnung der FFT über einen breitbandig empfangenen Signalabschnitt zur spektralen Erfassung mehrerer Frequenzkanäle während des Empfangsvorganges erfolgt,
- A source coding is used to reduce the data to be transmitted,
- The source-coded data is fed to a
rate 1 / n convolutional encoder and subsequently modified by a signature-characteristic signature sequence by means of a signature generator, - A carrier-sensitive frequency hopping method is used in accordance with the interference powers measured in the receiver in the available frequency channels, and
- • in the receiver
- The receive signal is fed to a mixer or a complex digital mixer for mixing into the equivalent complex baseband and sampling, and
- • For the simultaneous determination of the channel assignment, the determination of the interference power in the individual frequency channels by means of a regular spectral measurement of the complete available frequency band by calculating the FFT over a broadband received signal section for spectral detection of multiple frequency channels during the receiving process,
Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zur Realisierung des Verfahrens ermöglichen also die Anwendung von asynchronem, unkoordiniertem Codevielfachzugriff (CDMA), wobei die Ausnutzung eines Kanals durch mehrere Übertragungssysteme möglich wird, beispielsweise bei einer Coderate von 1/8 durch bis zu vier Übertragungssysteme. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil auf, dass auf aufwandsgünstige Art und Weise zu einem Kanal mit geringerer Interferenzleistung gewechselt werden kann, indem durch den Mischer vom HF-Band in das komplexe äquivalente Basisband und auch das breitbandige Signalfenster verschoben wird. Alternativ kann auch mit dem Mischer vom HF-Band in das komplexe äquivalente Basisband nur das Frequenzband selektiert werden und der für die Übertragung verwendete Frequenzkanal wird mit einem zweiten, dann voll komplexen Mischer nach dem Abzweigen des breitbandigen Signalfenster, selektiert.The inventive method and the device for implementing the method thus allow the use of asynchronous, uncoordinated code division multiple access (CDMA), wherein the Utilization of a channel through multiple transmission systems is possible, for example, at a code rate of 1/8 by up to four transmission systems. Furthermore, the device according to the invention has the advantage that it can be switched to a channel with lower interference power in a cost-effective manner by being shifted by the mixer from the RF band in the complex equivalent baseband and the wideband signal window. Alternatively, only the frequency band can be selected with the mixer from the HF band to the complex equivalent baseband and the frequency channel used for the transmission is selected with a second, then fully complex mixer after branching off the broadband signal window.
Weiterhin wird, gemäß Patentanspruch 2, zur Quellencodierung DPCM, ADPCM oder AQDPCM verwendet.Furthermore, according to
Wird beispielsweise AQDPCM (Adaptive Quantisation Differential Pulse Code Modulation) verwendet, um die Steuerinformationen zu komprimieren, so lassen sich beispielsweise Reglerausschläge abhängig von der Amplitude unterschiedlich fein quantisieren. Betrachtet man z. B. die Fernsteuerung eines Modellflugzeuges, so wäre für die einzelnen Steuerknüppel (für Höhenruder, Seitenruder, ...) bei geringen Regelbewegungen um die aktuelle Reglerposition herum eine hohe Auflösung (= feinere Quantisierung) wünschenswert, für stärkere Regelbewegungen hingegen würde eine niedrigere Auflösung (= gröbere Quantisierung) ausreichen, da auch die Genauigkeit in der Bewegung der menschlichen Hand hierbei niedriger ist. Diese Tatsache kann durch die Verwendung von AQDPCM ausgenutzt werden, bei der Grob- und Feinquantisierung an die aktuellen Gegebenheiten angepasst werden. Es können aber auch mit Vorteil die anderen Quellcodierungen, wie z. B. DPCM oder ADPCM verwendet werden.If, for example, AQDPCM (Adaptive Quantization Differential Pulse Code Modulation) is used to compress the control information, it is possible, for example, to finely differentiate controller excursions depending on the amplitude. Looking at z. As the remote control of a model airplane, so for the individual control sticks (elevator, rudder, ...) with low control movements around the current controller position around a high resolution (= finer quantization) desirable, for stronger control movements, however, would be a lower resolution ( = coarser quantization) are sufficient, since the accuracy in the movement of the human hand is lower here. This fact can be exploited through the use of AQDPCM, which adjusts coarse and fine quantization to current conditions. But it can also with advantage the other source codings, such. B. DPCM or ADPCM can be used.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird, gemäß Anspruch 4, als Duplex-Methode Time-Division-Duplex oder Code-Division-Duplex eingesetzt.In a preferred embodiment of the invention is used according to claim 4, as a duplex method time division duplex or code division duplex.
Diese Ausgestaltung der Erfindung weist den Vorteil auf, dass durch Verwendung von Time Division Duplex (TDD) oder Code Division Duplex (CDD) eine Datenübertragung im gleichen Frequenzkanal in beiden Richtungen möglich. Bei Verwendung von TDD ist dabei im Protokoll ein Zeitschlitz für den Rückkanal vorzusehen. Damit ist es möglich, von der gesteuerten Einheit aus Daten zurück zur Steuereinheit zu senden, womit sich zahlreiche neue Anwendungen erschließen lassen. Somit ist nun beispielsweise die Übertragung von Telemetriedaten (Höhe, Geschwindigkeit, usw.) innerhalb des Fernsteuerbandes ohne zusätzliche Funkkomponenten möglich. Weiterhin lassen sich Daten zur Zustandsüberwachung (Tankfüllung, Stromversorgung, etc.) von der gesteuerten Einheit an die Steuereinheit übertragen. Damit können die Fernsteuermodule zu kleinen Cockpits ausgebaut werden, an denen sich die gesamten Informationen anzeigen und überwachen lassen. Zusätzlich ist die Überwachung der Datensicherheit für die Übertragung denkbar, wobei Warnfunktionen auf unzuverlässigen Datenverkehr hinweisen könnten, der durch die Verwendung von Schutzmechanismen im Protokoll, beispielsweise Cyclic Redundancy Check (CRC), erkannt werden kann. Weiterhin könnten Mechanismen vorgesehen werden, mit denen man Fallback-Einstellungen der gesteuerten Einheit flexibel definieren könnte, d. h. es könnte leichter festgelegt werden, welche Einstellungen die gesteuerte Einheit im Falle des Abreißens der Funkverbindung annehmen soll (bspw. manuelles Vornehmen der gewünschten Einstellung an der gesteuerten Einheit und Übertragung einer Information zum Übernehmen als Fallback-Einstellung).This embodiment of the invention has the advantage that by using Time Division Duplex (TDD) or Code Division Duplex (CDD) a data transmission in the same frequency channel in both directions possible. When TDD is used, a time slot must be provided for the return channel in the protocol. This makes it possible to send data back to the control unit from the controlled unit, which opens up many new applications. Thus, for example, the transmission of telemetry data (altitude, speed, etc.) within the remote control band is possible without additional radio components. Furthermore, data for condition monitoring (tank filling, power supply, etc.) can be transmitted from the controlled unit to the control unit. Thus, the remote control modules can be expanded into small cockpits, where the entire information can be displayed and monitored. In addition, monitoring data security for transmission is possible, and alerting could indicate unreliable traffic, which can be detected by using protection mechanisms in the protocol, such as Cyclic Redundancy Check (CRC). Furthermore, mechanisms could be provided to flexibly define fallback settings of the controlled entity, i. H. it could be easier to determine which settings the controlled unit should accept in case of disconnection of the radio link (for example, manually making the desired setting on the controlled unit and transmitting information to take over as a fallback setting).
Vorzugsweise wird, gemäß Patentanspruch 5, ein Austausch von Leistungskontrolldaten zwischen steuernder und gesteuerter Einheit vorgenommen und nach Maßgabe dieser Daten erfolgt eine Minimierung der Sendeleistungen durch beide Einheiten.Preferably, according to claim 5, an exchange of power control data between controlling and controlled unit is made and in accordance with these data, a minimization of the transmission power by both units.
Durch die Nutzung der Duplexverbindung zum beiderseitigen Austausch von Power-Control-Daten zur Minimierung der Sendeleistungen teilen sich sowohl steuernde als auch gesteuerte Einheit einander regelmäßig mit, wie stark die Signale wechselseitig empfangen werden. Damit können beide Einheiten ihre Sendeleistung minimieren und je nach Entfernung und Ausbreitungsbedingungen zwischen beiden Einheiten an die aktuellen Erfordernisse anpassen. Dies hat den Vorteil, dass die Batteriestandzeit maximiert, die Interferenzerzeugung für andere Systeme minimiert wird und dadurch auch eine höhere räumliche Dichte von Systemen im gleichen Frequenzkanal möglich wird. Damit können mehrere Systeme, die im gleichen Frequenzkanal arbeiten, in geringerem räumlichem Abstand voneinander betrieben werden. Überträgt man bei einer gegebenen Kanalbandbreite (z. B. 14 kHz für Funkfernsteuersysteme) mit niedriger Coderate, so ist auch nur ein geringer Datenfluss möglich, wodurch auch nur relativ niedrige Signalleistungen anfallen. Dies hat den Vorteil, dass sich wesentlich längere Batteriestandzeiten ergeben und dass die Interferenzen auf andere Systeme deutlich geringer ausfallen als bei herkömmlichen Verfahren.By using the duplex link to mutually exchange power control data to minimize transmit power, both controlling and controlled units regularly share with each other how much the signals are being received alternately. This will allow both units to minimize their transmission power and adapt them to current requirements, depending on the distance and propagation conditions between the two units. This has the advantage of maximizing battery life, minimizing interference generation for other systems, and thereby enabling higher spatial density of systems in the same frequency channel. This means that several systems operating in the same frequency channel can be operated at a smaller spatial distance from each other. If one transmits at a given channel bandwidth (eg 14 kHz for radio remote control systems) with a low code rate, then only a small data flow is possible, as a result of which only relatively low signal powers are incurred. This has the advantage that significantly longer battery life times result and that the interference to other systems are significantly lower than in conventional methods.
In Weiterbildung der Erfindung weist, gemäß Patentanspruch 11, der Empfänger zur Spektralanalyse Mittel zur Vorverarbeitung der Daten mit einem Filter und/oder Fenster auf, welche zur Durchführung einer schnellen Fourier-Transformation mit einem FFT-Prozessor verbunden sind und zur Verringerung des Einflusses von kurzzeitigen Effekten in den am Ausgang des FFT-Prozessors abgreifbaren Messwerten werden diese vor der Auswertung einem Mittelwertbildner zugeführt.In a further development of the invention, according to claim 11, the receiver for spectral analysis means for preprocessing the data with a filter and / or window, which are connected to perform a fast Fourier transform with an FFT processor and to reduce the influence of short-term Effects in the measured values which can be tapped off at the output of the FFT processor are supplied to an average value generator before the evaluation.
Dadurch kann auf einfache Art und Weise die Qualität erhöht und der Einfluss von kurzzeitigen Effekten verringert werden.This can easily increase the quality and reduce the influence of short-term effects.
Weitere Vorteile und Einzelheiten lassen sich der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmen. In der Zeichnung zeigt:Further advantages and details can be taken from the following description of preferred embodiments of the invention with reference to the drawing. In the drawing shows:
Weiterhin weist der Empfänger E zur Spektralanalyse Mittel VVR, VVI zur Vorverarbeitung der Daten mit einem Filter und/oder Fenster auf, welche zur Durchführung einer schnellen Fourier-Transformation mit einem FFT-Prozessor FFT verbunden sind. Zur Verringerung des Einflusses von kurzzeitigen Effekten in den am Ausgang des FFT-Prozessors FFT abgreifbaren Messwerten, werden diese vor der Auswertung A einem Mittelwertbildner MIT zugeführt. Insbesondere unterzieht der Mittelwertbildner MIT die Messwerte für die Leistungen in den einzelnen Frequenzkanälen einer Mittelung oder Filterung.Furthermore, the receiver E for spectral analysis means VVR, VVI for pre-processing the data with a filter and / or window, which are connected to perform a fast Fourier transform with an FFT processor FFT. To reduce the influence of short-term effects in the measured values which can be tapped off at the output of the FFT processor FFT, these are supplied to an averaging means MIT prior to the evaluation A. In particular, the mean value generator MIT subjects the measured values for the powers in the individual frequency channels to averaging or filtering.
Im Vergleich zum bekannten Stand der Technik kann erfindungsgemäß ein aufwandsgünstiges Verfahren und eine Vorrichtung zur Realisierung des Verfahrens angegeben werden, bei dem eine störresistente, digitale Funkfernsteuerung mit Leistungsregelung, eine selbstorganisierende Kanalvergabe und eine Rückkanalbereitstellung durch Duplex-Methoden zur Telemetriedatenübertragung ermöglicht wird.Compared to the known prior art, a cost-effective method and an apparatus for implementing the method can be specified according to the invention, in which a noise-resistant, digital radio remote control with power control, a self-organizing channel allocation and a return channel provision is made possible by duplexing methods for telemetry data transmission.
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