Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Stabilität der Trägerfrequenz von mehreren Sendern in einem Gleichwellennetz.

Der terrestrische digitale Hör- und TV-Rundfunk (DAB und DVB-T) wird mittels digitalen Mehrträgerverfahren (z. B. OFDM = orthogonal frequency division multiplexing) über ein Netz von Sendern übertragen, die phasen- und frequenzsynchron über ein Gleichwellennetz im Sendegebiet ausstrahlen.

Zur effizienten Nutzung der vorhandenen Frequenzressourcen strahlen alle Sender eines Gleichwellennetzes zeitgleich ein identisches Sendesignal aus. Neben der Phasensynchroni tät muß in einem Gleichwellennetz deshalb auch die Identität der auszustrahlenden Trägerfrequenz bei den einzelnen Sendern gewährleistet sein.

In der DE 199 37 457 A1 wird ein Verfahren zur Überwachung der Phasensynchronität der einzelnen Sender eines Gleichwellennetzes vorgestellt. Eine auftretende Phasenasynchronität zweier Sender wird über eine Laufzeitdifferenzmessung durch Ermittlung der Kanalimpulsantworten der beiden Sender erfasst. Liegt eine Abweichung zwischen der gemessenen Laufzeitdifferenz der beiden Sender und einer Referanzlaufzeitdifferenz für den synchronen Betriebsfall der beiden Sender in größerem Umfang vor, so strahlen die beiden Sender asynchron aus. Diese Abweichung der Laufzeitdifferenz wird von einer Empfangsstation im Sendegebiet des Gleichwellennetzes durch Auswertung der Kanalimpulsantworten ermittelt und den beiden phasenasynchronen Sendern für eine nachträgliche Synchronisierung übermittelt. Ein Verfahren zur Überwachung identischer Trägerfrequenzen bei zwei Sendern in einem Gleichwellennetz kann der DE 199 37 457 A1 nicht entnommen werden.

Die Synchronisierung von Sendern in einem Gleichwellennetz hinsichtlich identischer Trägerfrequenz ist in der DE 43 41 211 C1 beschrieben. Hierbei überträgt eine Zentrale den einzelnen Sendern des Gleichwellennetzes neben den Übertragungsdaten auch ein Frequenzreferenzsymbol. Dieses Frequenzreferenzsymbol wird von jedem Sender des Gleichwellennetzes ausgewertet und für eine Synchronisierung der Trägerfrequenz an die Frequenzreferenz herangezogen.

Nachteilig an diesem Verfahren ist die Tatsache, dass die Auswertung der Synchronität der Trägerfrequenz von jedem Sender einzeln durchgeführt wird. Diese senderspezifische Auswertung der Frequenzsynchronität der Trägerfrequenz kann folglich mit einem gewissen senderspezi fischen Vermessungs- und Auswertungsfehler behaftet sein, der zu einer uneinheitlichen Überwachung der Trägerfrequenz aller im Gleichwellennetz beteiligten Sender führen kann. Hinzukommt, dass die Überwachung der Trägerfrequenz bei jedem einzelnen Sender eine Synchronisierung der einzelnen Sender mittels einer Zeit-Referenz erforderlich macht, die vom einzelnen Sender beispielsweise über GPS empfangen wird. Schließlich findet die Frequenzsynchronisierung in der Schaltungsanordnung der DE 43 41 211 C1 vor der Modulation statt, so dass eine nachträgliche Frequenzverschiebung der Trägerfrequenz durch nachfolgende Funktionseinheiten des Senders nicht ausgeschlossen ist. Alle diese Schwachpunkte können zu einem unerwünschten Empfang unterschiedlicher Trägerfrequenzen der einzelnen Sender in einem an einem beliebigen Ort im Sendegebiet des Gleichwellennetzes positionierten Empfänger führen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung der Trägerfrequenzstabilität von Sendern in einem Gleichwellennetz anzugeben, bei dem die Synchronität der Trägerfrequenzen der einzelnen Sender einheitlich durch eine einzige Meßanordnung, die an einer beliebigen Stelle im Sendegebiet des Gleichwellennetzes positioniert sein kann, ohne Synchronisierung der Meßanordnung mittels einer Zeit-Referenz überwacht wird.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zur Überwachung der Trägerfrequenzstabilität von Sendern in einem Gleichwellennetz mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 oder 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Überwachung der Trägerfrequenzstabilität der zu einem Gleichwellennetz gehörigen Sender erfolgt über eine einzige Empfangseinrichtung, die im Sendegebiet des Gleichwellennetzes an einem beliebigen Ort positioniert ist. Die Empfangseinrichtung ermittelt aus der Übertragungsfunktion des Übertragungskanals vorzugsweise mittels der inversen komplexen Fourier-Transformation den Verlauf der Summenimpulsantwort sämtlicher Sender zu zwei verschiedenen Zeitpunkten. Die zum jeweiligen Sender gehörigen Impulsantworten werden aus den beiden Summenimpulsantworten ausgeblendet, nachdem deren Phasenlage zur Phasenlage der beiden Impulsantworten eines Bezugssenders des Gleichwellennetzes in Relation gesetzt wurden. Anschließend werden die Phasenverläufe der beiden zum jeweiligen Sender gehörigen Impulsantworten ermittelt, aus denen wiederum für jeden Sender die Phasenverschiebungsdifferenz der Impulsantwort des jeweiligen Senders zur Phasenlage der Impulsantwort des Bezugssenders zwischen zwei Beobachtungszeitpunkten abgeleitet wird. Aus dem Verlauf der Phasenverschiebungsdifferenz kann, wie weiter unten noch im Detail gezeigt wird, die Trägerfrequenzverschiebung jedes Senders zur Trägerfrequenz eines Bezugssenders des Gleichwellennetzes berechnet werden.

Zur eindeutigen Identifizierung einer dauerhaften Trägerfrequenzverschiebung bei einem Sender des Gleichwellennetzes werden die Summenimpulsantworten sämtlicher Sender aus der Übertragungsfunktion des Übertragungskanals durch Anwendung der inversen komplexen Fourier-Transformation zu mehreren verschiedenen Zeitpunkten wiederholt durchgeführt und darauf aufbauend die Trägerfrequenzverschiebung jedes Senders zur Trägerfrequenz eines Bezugssenders des Gleichwellennetzes wiederholt berechnet und einer anschließenden Mittelung zugeführt.

Sinkt die Phasenverschiebungsdifferenz eines Senders zwischen zwei Zeitpunkten auf einen Wert kleiner -π bzw. übersteigt die Phasenverschiebungsdifferenz eines Senders zwischen zwei Zeitpunkten auf einen Wert größer +π, so wird der Wert der Phasenverschiebungsdifferenz des jeweiligen Senders zwischen zwei Zeitpunkten in diesem Zeitabschnitt um den Wert +2*π erhöht bzw. um 2*π reduziert. Auf diese Weise wird die Phasenverschiebungsdifferenz auf Werte zwischen -π und +π begrenzt.

Die Gewinnung der Impulsantwort jedes Senders des Gleichwellennetzes erfolgt durch Ermittlung der Koeffizienten der Übertragungsfunktion des Übertragungskanals aus den Koeffizienten des an den Übertragungskanal angepaßten Entzerrers in der Empfangseinrichtung und anschließende Berechnung der inversen Fourier-Transformation. Beim digitalen terrestrischen TV-Rundfunk (DVB-T) kann die Impulsantwort für jeden Sender alternativ aus der inversen Fourier-Transformation der Übertragungsfunktion des Übertragungskanals durch Auswertung der zu den verstreuten Pilotträgern gehörigen OFDM-modulierten Übertragungssignale abgeleitet werden.

Zwei Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1

eine funktionale Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung der Trägerfrequenzstabilität von Sendern in einem Gleichwellennetz;

Fig. 2

ein Beispiel für eine grafische Darstellung der zeitdiskreten Summenimpulsantwort;

Fig. 3

ein Beispiel für eine grafische Darstellung für eine Verlaufsänderung der Übertragungsfunktion des Übertragungskanals;

Fig. 4A

ein Flußdiagramm zur Erläuterung der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung der Trägerfrequenzstabilität von Sendern in einem Gleichwellennetz;

Fig. 4B

ein Flußdiagramm zur Erläuterung der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung der Trägerfrequenzstabilität von Sendern in einem Gleichwellennetz;

Fig. 5A

eine beispielhafte Ergebnisdarstellung der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen-Verfahrens zur Überwachung der Trägerfrequenzstabilität von Sendern in einem Gleichwellennetz;

Fig. 5B

eine beispielhafte Ergebnisdarstellung der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen. Verfahrens zur Überwachung der Trägerfrequenzstabilität von Sendern in einem Gleichwellennetz;

Fig. 6A

eine beispielhafte dreidimensionale grafische Darstellung der Amplituden- und Trägerfrequenzabweichung und

Fig. 6B

eine beispielhafte zweidimensionale grafische Darstellung der Amplituden- und Trägerfrequenzabweichung.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung der Trägerfrequenzstabilität von Sendern in einem Gleichwellennetz wird in seinen beiden Ausführungsformen nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis Fig. 5 beschrieben.

Die in einem Gleichwellennetz positionierten Sender S₀,...,S_i,...,S_n, beispielsweise gemäß Fig. 1 die Sender S₁. S₂, S₃, S₄ und S₅, strahlen z.B. im Rahmen des digitalen Hör- und TV-Rundfunks jeweils ein identisches phasen- und frequenzsynchrones Signal s(t) aus. Eine Empfangseinrichtung E, die im Sendegebiet des Gleichwellennetzes positioniert ist, empfängt ein Empfangssignal e(t) als Überlagerung sämtlicher zu den einzelnen Sendern S₀,...,S_i,...,S_n gehörigen Empfangssignale e_i(t). Dieses überlagerte Empfangssignal e(t) weist gemäß Gleichung (1) folgenden Zeitverlauf auf: $$\mathrm{e}\left(\mathrm{t}\right)={\displaystyle \sum _{i=0}^n}{e}_i\left(t\right)=\mathrm{s}\left(\mathrm{t}\right)+{\displaystyle \sum _{i=1}^n}{v}_i*e^{j\mathrm{\Delta }{\omega }_i*t}*s\left(t-{\tau }_i\right)$$

Im Rahmen der folgenden Betrachtungen wird beispielsweise der Sender S₀ zum Bezugssender des Gleichwellennetzes definiert. Die Dämpfungs- und Phasenverzerrungen sowie die Laufzeiten, die die Sendesignale s(t) der einzelnen Sender S₀,...,S_i,...,S_n im Übertragungskanal zur Empfangseinrichtung E erfahren, werden jeweils in Relation zur Dämpfungs- und Phasenverzerrung sowie zur Laufzeit des Bezugssenders S₀ gesetzt. Das in der Empfangseinrichtung E empfangene Signal e₀(t) des Bezugssenders S₀ in Gleichung (1) entspricht deshalb seinem Sendesignal s(t).

Die Amplitude v_i des Empfangssignals e_i(t) der übrigen Sender S_i bis S_n ergibt sich gemäß Gleichung (2) aus der Dämpfungsnormierung als Quotient zwischen der Amplitude des Empfangssignals e_i(t) des jeweiligen Senders S_i zur Amplitude des Empfangssignals e₀(t) des Bezugssenders S₀: $${\mathrm{v}}_{\mathrm{i}}\mathrm{=}\left|{\mathrm{e}}_{\mathrm{i}}\mathrm{/}{\mathrm{e}}_{\mathrm{0}}\right|$$

Die Laufzeitdifferenz τ_i der Sender S₁ bis S_n läßt sich gemäß Gleichung (3) aus der Differenz zwischen der Laufzeit t_i des Senders S_i und der Laufzeit t₀ des Bezugssenders S₀ ermitteln: $${\mathrm{\tau }}_{\mathrm{i}}\mathrm{=}{\mathrm{t}}_{\mathrm{i}}\mathrm{-}{\mathrm{t}}_{\mathrm{0}}$$

Die Laufzeitdifferenzen τ_i der einzelnen Sender S₀ bis S_n beruhen auf folgenden Effekten:

• unterschiedliche Laufzeiten aufgrund unterschiedlicher Wegstrecken zwischen den jeweiligen Sendern S_i und der Empfangseinrichtung E und
• unterschiedliche Phasenverzerrungen der Sendesignale s(t) der jeweiligen Sender S_i in den unterschiedlichen Übertragungsstrecken zur Empfangseinrichtung E.

Eine zusätzliche Phasenverschiebung ΔΘ_i zwischen einem Sender S_i und dem Bezugssender S₀ kann bei der Phasennormierung des Empfangssignals e(t) auftreten, wenn gemäß Gleichung (4) ein Unterschied in der Trägerfrequenz ω_i des jeweiligen Senders S_i zur Trägerfrequenz ω₀ des Bezugssenders S₀ auftritt: $$\begin{array}{ll}\mathrm{\Delta }{\mathrm{\Theta }}_{\mathrm{i}}& \mathrm{=}{\mathrm{\Theta }}_{\mathrm{i}}\mathrm{-}{\mathrm{\Theta }}_{\mathrm{0}}\mathrm{=}{\mathrm{\omega }}_{\mathrm{i}}\mathrm{*}\mathrm{t}\mathrm{-}{\mathrm{\omega }}_{\mathrm{0}}\mathrm{*}\mathrm{t}\mathrm{=}\left(\mathrm{\Delta }{\mathrm{\omega }}_{\mathrm{i}}\mathrm{+}{\mathrm{\omega }}_{\mathrm{0}}\right)\mathrm{*}\mathrm{t}\mathrm{-}{\mathrm{\omega }}_{\mathrm{0}}\mathrm{*}\mathrm{t}\\ & \mathrm{=}\mathrm{\Delta }{\mathrm{\omega }}_{\mathrm{i}}\mathrm{*}\mathrm{t}\end{array}$$

Die Trägerfrequenzabweichung Δω_i, des jeweiligen Senders S_i zur Trägerfrequenz ω₀ des Bezugssenders S₀ führt gemäß Gleichung (4) zu einer Phasenverschiebung ΔΘ_i(t) des zum jeweiligen Sender S_i gehörigen Empfangssignals e_i(t)

Unter Berücksichtigung der Beziehung in Gleichung (4) wird Gleichung (1) für den Zeitverlauf des Empfangssignals e(t) nach Gleichung (5) übergeführt. $$\mathrm{e}\left(\mathrm{t}\right)=\mathrm{s}\left(\mathrm{t}\right)+{\displaystyle \sum _{i=1}^n}{v}_i*e^{j\mathrm{\Delta }{\mathrm{\Theta }}_i\left(t\right)}*s\left(t-{\tau }_i\right)$$

Setzt man gemäß Gleichung (6) voraus, daß die Zeitdauer Δt_B für die Beobachtung des Empfangssignals e_i(t) wesentlich kleiner ist als die periodendauern aller Phasenrotationen ΔΘ_i(t) der Empfangssignale e_i(t) aufgrund einer Trägerfrequenzverschiebung Δω_i des jeweiligen Senders S_i, so kann davon ausgegangen werden, dass die Phasenverschiebung ΔΘ_i des Empfangssignals e_i(t) innerhalb dieses Zeitschlitzes Δt_B näherungsweise konstant ist. $${\mathrm{\Delta t}}_{\mathrm{B}}\mathrm{<}\mathrm{<}\mathrm{2}\mathrm{*}\mathrm{\pi }\mathrm{/}\max \left\{\mathrm{\Delta }{\mathrm{\omega }}_{\mathrm{i}}\right\}$$

Gleichung (5) für den Zeitverlauf des Empfangssignals e(t) geht für den Zeitbereich des Zeitschlitzes Δt_B in Gleichung (7) über. $$\mathrm{e}\left(\mathrm{t}\right)=\mathrm{s}\left(\mathrm{t}\right)+{\displaystyle \sum _{i=1}^n}{v}_i*e^{j\mathrm{\Delta }{\mathrm{\Theta }}_i}*s\left(t-{\tau }_i\right)$$

In Fig. 2 ist der Zusammenhang der Normierung des Empfangssignals e₁(t) eines Senders S₁ zum Empfangssignal e₀(t) eines Bezugssenders S₀ hinsichtlich der Dämpfung und der Laufzeit dargestellt.

Bei bekannter Übertragungsfunktion des Übertragungskanals des aus den Sendern S₀ bis S_n bestehenden Gleichwellennetzes (single frequency network) kann das Empfangssignal e(t) durch die jeweiligen Impulsantworten h_SFNi(t) der Sender S₀,...,S_i,...,S_n zusammengesetzte Summenimpulsantwort h_SFN(t) des Übertragungskanals des Gleichwellennetzes (single frequency network) gemäß der Gleichung $${\mathrm{h}}_{\mathrm{SFN}}\left(\mathrm{t}\right)={\displaystyle \sum _{i=0}^n}{h}_{{\mathit{SFN}}_i}\left(t\right)=\mathrm{\delta }\left(\mathrm{t}\right)+{\displaystyle \sum _{i=1}^n}{v}_i*e^{j\mathrm{\Delta }{\mathrm{\Theta }}_i}*\delta \left(t-{\tau }_i\right)$$
aufgefaßt werden.

Das Frequenzspektrum E(ω) des Empfangssignals e(t) in Gleichung (9) ergibt sich aus der Fourier-Transformation des Empfangssignals h_SFN(t) gemäß Gleichung (8) multipliziert mit der Übertragungsfunktion S(ω) des Übertragungskanals des Gleichwellenetzes: $$\mathrm{E}\left(\mathrm{\omega }\right)=\mathrm{S}\left(\mathrm{\omega }\right)*\left(1+{\displaystyle \sum _{i=1}^n}{v}_i*e^{j\mathrm{\Delta }{\mathrm{\Theta }}_i}*e^{-{\mathit{j\omega \tau }}_i}\right)=\mathrm{S}\left(\mathrm{\omega }\right)*{\mathrm{H}}_{\mathrm{SFN}}\left(\mathrm{\omega }\right)$$

Der Klammerterm des Frequenzspektrums E(ω) des Empfangssignals e(t) in Gleichung (9) entspricht der Übertragungsfunktion H_SFN(ω) des Übertragungskanals des Gleichwellennetzes. Er besteht aus einer Summe von Zeigern, deren Phase sich mit dem Term -jωτ_i ändern und für einen bestimmten Zeitpunkt t eine konstante Phasenverschiebung ΔΘ_i=Δω*t aufweisen.

Der Betrag der Übertragungsfunktion |H_SFN(f)| für ein Gleichwellennetz mit einem Bezugssender S₀ und einem zweiten Sender S₁ ist über der Frequenz f in Fig. 3 dargestellt. Der Betrag der Übertragungsfunktion |H_SFN(f)| weist einen periodischen Kurvenverlauf mit einer Periodendauer von 1/τ_l auf. Der Verlauf des Betrags der Übertragungsfunktion |H_SFN(f)| verschiebt sich von einem periodischen Kurvenverlauf zum Zeitpunkt t=t₁ (durchgezogene Linie) zu einem ebenfalls periodischen Kurvenverlauf gleicher Periodendauer zum späteren Zeitpunkt t=t₂>t₁ (gestrichelte Linie) aufgrund des Einflusses der Phasenverschiebung ΔΘ₁ des Empfangssignals e₁(t) des Senders S₁ zum Empfangssignal e₀(t) des Bezugssenders S₀ aufgrund einer Trägerfrequenzverschiebung Δω₁ des Senders S₁ zur Trägerfrequenz ω₀ des Senders S₀.

Die Geschwindigkeit der Verschiebung des Verlaufs des Betrags der Übertragungsfunktion |H_SFN(f)| wird bestimmt durch die Trägerfrequenzverschiebung Δω₁ des Senders S₁ zur Trägerfrequenz ω₀ des Bezugsenders S₀. Die benötigte Zeit t_per zur Verschiebung des Verlaufs des Betrags der Übertragungsfunktion |H_SFN(f)| um genau eine Periode des Betragsverlaufs der Übertragungsfunktion |H_SFN(f)| ergibt sich gemäß Gleichung (10) mit Hilfe von Gleichung (4) unter der Annahme einer Phasenverschiebung ΔΘ₁ von 2*π bei einer vollen Rotation der Phasenverschiebung ΔΘ₁: $${\mathrm{t}}_{\mathrm{Per}}\mathrm{=}\mathrm{2}\mathrm{*}\mathrm{\pi }\mathrm{/}\mathrm{\Delta }{\mathrm{\omega }}_{\mathrm{1}}\mathrm{=}\mathrm{1}\mathrm{/}\mathrm{\Delta }{\mathrm{f}}_{\mathrm{1}}$$

Wird die Übertragungsfunktion H_SFN(f) zu zwei verschiedenen Zeitschlitzen Δt_B1 und Δt_B2 betrachtet, so ändert sich gemäß Gleichung (4) die aus einer Trägerfrequenzverschiebung Δω_i des Senders S_i zur Trägerfrequenz ω₀ des Bezugssenders S₀ resultierende Phasenverschiebung ΔΘ_i in der Übertragungsfunktion H_SFN(f) über der Zeit t zwischen dem Zeitschlitz Δt_B1 und dem Zeitschlitz Δt_B2 und damit auch sein Verlauf über der Frequenz f. Analog ändert sich auch der Verlauf der zur Übertragungsfunktion H_SFN(f) korrespondierenden Summenimpulsantwort h_SFN(t) gemäß Gleichung (8).

Mit der Änderung des Verlaufs der Summenimpulsantwort h_SFN(t) bei rotierender Phasenverschiebung ΔΘ_i(t) des Senders S_i vom Zeitschlitz Δt_B1 zum Zeitschlitz Δt_B2 ändert sich auch der Verlauf der Impulsantwort h_SFNi(t) des Senders S_i, deren Trägerfrequenz ω_i sich zur Trägerfrequenz ω₀ des Bezugssenders S₀ verschoben hat. Die Phasenwinkelverschiebung ΔΘ_i(t) der zum Sender S_i gehörigen Impulsantwort h_SPNi(t) vom Zeitpunkt t_B1 des Zeitschlitzes Δt_B1 zum Zeitpunkt t_B2 des Zeitschlitzes Δt_B2 ist folglich gemäß Gleichung (11) proportional zum Verlauf der Trägerfrequenzverschiebung Δω_i(t) des Senders S_i zur Trägerfrequenz ω₀ des Bezugssenders S₀. $$\mathrm{\Delta }{\mathrm{\Theta }}_{\mathrm{i}}\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\mathrm{2}}\right)\mathrm{-}\mathrm{\Delta }{\mathrm{\Theta }}_{\mathrm{i}}\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\mathrm{1}}\right)\mathrm{=}\mathrm{\Delta }{\mathrm{\omega }}_{\mathrm{i}}\left(\mathrm{t}\right)\mathrm{*}\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\mathrm{2}}\mathrm{-}{\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\mathrm{1}}\right)$$

Aus Vereinfachungsgründen wird davon ausgegangen, daß sich die Trägerfrequenzverschiebung Δω_i(t) zwischen den beiden Beobachtungszeitpunkten t_B1 und t_B2 nicht ändert. Gleichung (11) geht unter dieser sinnvollen Voraussetzung über in Gleichung (12). $$\mathrm{\Delta }{\mathrm{\Theta }}_{\mathrm{i}}\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\mathrm{2}}\right)\mathrm{-}\mathrm{\Delta }{\mathrm{\Theta }}_{\mathrm{i}}\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\mathrm{1}}\right)\mathrm{=}\mathrm{\Delta }{\mathrm{\omega }}_{\mathrm{i}}\mathrm{*}\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\mathrm{2}}\mathrm{-}{\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\mathrm{1}}\right)$$

Die erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung der Trägerfrequenzstabilität von Sendern in einem Gleichwellennetz ergibt sich folglich gemäß Fig. 4A aus den nachfolgenden dargestellten Verfahrensschritten:

In Verfahrensschritt S10 wird die Übertragungsfunktion H_SFN(f) des Übertragungskanals von den einzelnen Sendern S₀,...,S_i,...,S_n des Gleichwellennetzes zur Empfangseinrichtung E ermittelt. Hierzu können der Verlauf der Übertragungsfunktion H_SFN(f) aus den Koeffizienten des in der Empfangseinrichtung E integrierten Entzerrers, die bei an den Übertragungskanal angepaßtem Entzerrer den Koeffizienten der Übertragungsfunktion H_SFN(f) entsprechen, ermittelt werden.

In Verfahrensschritt S20 werden aus der Übertragungsfunktion H_SFN(f) des Übertragungskanals mittels diskreter inverser Fourier-Transformation die Verläufe der zugehörigen komplexen Summenimpulsantworten h_SFN1(t) und h_SFN2(t) zu den beiden Zeitpunkten t_B1 des Zeitschlitzes Δt_B1 und t_B2 des Zeitschlitzes Δt_B2 berechnet. Hierbei handelt es sich um zeitdiskrete komplexe Summenimpulsantworten h_SFN1(t) und h_SFN2(t) zu einzelnen Abtastzeitpunkten t.

Aus den beiden zeitdiskreten Verläufen der komplexen Summenimpulsantworten h_SFN1(t) und h_SFN2 (t) werden im Verfahrenschritt S30 die zu den im Gleichwellennetz beteiligten Sendern S_i jeweils gehörigen Verläufe der komplexen Impulsantworten h_SFNi(t) und h_SFN2i(t) zu den Zeitpunkten t_B1 und t_B2 herausgefiltert.

Alternativ zur obig dargestellten Ermittlung der Übertragungsfunktion H_SFN(f) des Übertragungskanals aus den Koeffizienten des in der Empfangseinrichtung integrierten Entzerrers ist beim digitalen terrestrischen TV-Rundfunk eine Ermittlung der Übertragungsfunktion H_SFN(f) des Übertragungskanals aus den DVB-T-Symbolen der verstreuten Trägerpiloten möglich.

Diese zeitdiskreten Verläufe der Impulsantworten h_SFNi(t) und h_SFN2i(t) des jeweiligen Senders S_i zu den Zeitpunkten t_B1 und t_B2 sind jeweils komplexe Zahlenfolgen. Aus diesen komplexen Verläufen der Impulsantworten h_SFN1i(t) und h_SFN2i(t) werden im Verfahrensschritt S40 die zugehörigen zeitdiskreten Phasenverläufe arg (h_SFN1i(t) und arg (h_SFN2i(t) des jeweiligen Senders S_i zu den Zeitpunkten t_B1 und t_B2 ermittelt. Alternativ kann zu diesem Zeitpunkt auch noch keine Zuordnung der Impulsantwort zu den Sendern erfolgen und vorerst können nur Gesamt-Impulsantworten h_SFN1(t) und h_SFN2(t) verrechnet werden.

Durch Subtraktion der zeitdiskreten Phasenverläufe arg (h_SFN1i(t) und arg (h_SFN2i(t) der Impulsantworten h_SFN1i(t) und h_SFN2i(t) des jeweiligen Senders S_i zu den Zeitpunkten t_B1 und t_B2 erhält man eine Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘ_i(t_B2-t_B1) der Phasenverschiebung des jeweiligen Senders S_i zum Bezugssender S₀ zwischen den Zeitpunkten t_B2 und t_B1, die über der Zeit konstant ist und der Differenz der Phasenverschiebung ΔΘ_i(t_B2) zum Zeitpunkt t_B2 und der Phasenverschiebung ΔΘ_i(t_B1) zum Zeitpunkt t_B1 des Senders S_i zum Bezugssender S₀ entspricht. Diese wird im Verfahrensschritt S50 gemäß Gleichung (13) resultierend aus Gleichung (8) berechnet: $$\begin{array}{c}\mathrm{\Delta \Delta }{\mathrm{\Theta }}_{\mathrm{i}}\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\mathrm{2}}\mathrm{-}{\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\mathrm{1}}\right)\mathrm{=}\arg \left({\underline{\mathrm{h}}}_{\mathrm{SFN}\mathrm{2}\mathrm{i}}\left(\mathrm{t}\right)\right)\mathrm{-}\arg \left({\underline{\mathrm{h}}}_{\mathrm{SFN}\mathrm{1}\mathrm{i}}\left(\mathrm{t}\right)\right)\\ \mathrm{=}\mathrm{\Delta }{\mathrm{\Theta }}_{\mathrm{i}}\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\mathrm{2}}\right)\mathrm{-}\mathrm{\Delta }{\mathrm{\Theta }}_{\mathrm{i}}\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\mathrm{1}}\right)\end{array}$$

Die Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘ_i(t_B2-t_B1) der Phasenverschiebung des Senders S_i zum Bezugssender S₀ zwischen den Zeitpunkten t_B1 und t_B2 kann u.U. Werte kleiner -π annehmen, die außerhalb des zulässigen Wertebereiches liegen. Von daher wird im Verfahrensschritt S60 in Zeitbereichen, in denen die Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘ_i(t_B2-t_B1) der Phasenverschiebung des Senders S_i zum Bezugssender S₀ zwischen den Zeitpunkten t_B1 und t_B2 Werte kleiner -π annimmt, die Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘ_i(t_B2-t_B1) der Phasenverschiebung gemäß Gleichung (14) um den Wert 2*π erhöht. $$\begin{array}{l}\mathrm{\Delta \Delta }{\mathrm{\Theta }}_{\mathrm{i}}\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\mathrm{2}}\mathrm{-}{\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\mathrm{1}}\right)\mathrm{=}\mathrm{\Delta \Delta }{\mathrm{\Theta }}_{\mathrm{i}}\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\mathrm{2}}\mathrm{-}{\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\mathrm{1}}\right)\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{*}\mathrm{\pi }\\ \mathrm{f}\ddot{\mathrm{u}}\mathrm{r\; \Delta \Delta }{\mathrm{\Theta }}_{\mathrm{i}}\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\mathrm{2}}\mathrm{-}{\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\mathrm{1}}\right)\mathrm{<}\mathrm{=}\mathrm{-}\mathrm{\pi }\end{array}$$

Nimmt die Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘ(t_B2-t_B1) der Phasenverschiebung des Senders S_i zum Bezugssender S₀ zwischen den Zeitpunkten t_B1 und t_B2 Werte größer +π an, die außerhalb des zulässigen Wertebereiches liegen, so wird die Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘ_i(t_B2-t_B1) der Phasenverschiebung in Verfahrensschritt S65 gemäß Gleichung (15) um den Wert 2*π reduziert. $$\begin{array}{ll}\mathrm{\Delta \Delta }{\mathrm{\Theta }}_{\mathrm{i}}\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\mathrm{2}}\mathrm{-}{\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\mathrm{1}}\right)=& \mathrm{\Delta \Delta }{\mathrm{\Theta }}_{\mathrm{i}}\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\mathrm{2}}\mathrm{-}{\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\mathrm{1}}\right)-\mathrm{2}\mathrm{*}\mathrm{\pi }\\ & \mathrm{f}\ddot{\mathrm{u}}\mathrm{r\; \Delta \Delta }{\mathrm{\Theta }}_{\mathrm{i}}\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\mathrm{2}}\mathrm{-}{\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\mathrm{1}}\right)>\mathrm{\pi }\end{array}$$

Die in den Verfahrensschritten S60 und S65 durchgeführten Begrenzungen der Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘ_i(t_B2-t_B1) der Phasenverschiebung des Senders S_i zum Bezugssender S₀ zwischen den Zeitpunkten t_B1 und t_B2 gemäß der Gleichungen (13) und (14) gewährleisten einen eindeutigen Phasenwert im Bereich von -π bis +π.

In Verfahrensschritt S70 wird gemäß Gleichung (16) der Verlauf der Trägerfrequenzverschiebung Δω_i, des Senders S_i zur Trägerfrequenz ω₀ des Bezugssenders S₀ zwischen den Zeitpunkten t_B1 und t_B2 resultierend aus Gleichung (12) und (13) aus der Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘ_i(t_B2-t_B1) der Phasenverschiebung des Senders S_i zum Bezugssender S₀ zwischen den Zeitpunkten t_B1 und t_B2 berechnet. $$\begin{array}{ll}{\mathrm{\Delta \omega }}_{\mathrm{i}}& \mathrm{=}\left[\mathrm{\Delta }{\mathrm{\Theta }}_{\mathrm{i}}\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\mathrm{2}}\right)\mathrm{-}\mathrm{\Delta }{\mathrm{\Theta }}_{\mathrm{i}}\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\mathrm{1}}\right)\right]\mathrm{/}\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\mathrm{2}}\mathrm{-}{\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\mathrm{1}}\right)\\ & \mathrm{=}\mathrm{\Delta \Delta }{\mathrm{\Theta }}_{\mathrm{i}}\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\mathrm{2}}\mathrm{-}{\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\mathrm{1}}\right)\mathrm{/}\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\mathrm{2}}\mathrm{-}{\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\mathrm{1}}\right)\end{array}$$

Da sich über der Zeit t zur Phasenverschiebung ΔΘ_i(t) des Empfangssignals e_i(t) des Senders S_i aufgrund einer Trägerfrequenzverschiebung Δω_i des Senders S_i zum Bezugssender S₀ zusätzliche Phasenänderungen, beispielsweise aufgrund von Phasenrauschen, überlagern können, wie dies in Fig. 5A dargestellt ist, ist eine entsprechende Bereinigung der Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘ_i(t_B2-t_B1) der Phasenverschiebung des Senders S_i zum Bezugssender S₀ zwischen zwei Beobachtungszeitpunkten t_B1 und t_B2 von derartigen Phasenstörungen durchzuführen. Diese Bereinigung erfolgt in der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung der Trägerfrequenzstabilität von Sendern in einem Gleichwellennetz gemäß Fig. 4B.

Im Unterschied zur ersten Ausführungsform in Fig. 4A werden in der zweiten Ausführungsform in Fig. 4B in Verfahrensschritt S50 die Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘ_i(Δt_B) der Phasenverschiebung des Senders S_i zum Bezugssender S₀ innerhalb eines Zeitintervalls Δt_B nicht nur zwischen den Beobachtungszeitpunkten t_B1 und t_B2 ermittelt, sondern zu mehreren anderen Beobachtungszeitpunkten t_Bj und t_B(j+1), die gemäß Gleichung (17) durch ein Zeitintervall Δt_B voneinander getrennt sind. $$\mathrm{\Delta }{\mathrm{t}}_{\mathrm{B}}\mathrm{=}{\mathrm{t}}_{\mathrm{B}\left(\mathrm{j}\mathrm{+}\mathrm{1}\right)}\mathrm{-}{\mathrm{t}}_{\mathrm{Bj}}\mathrm{f}\ddot{\mathrm{u}}\mathrm{r\; j}\mathrm{=}\mathrm{1}\mathrm{,}\mathrm{2}\mathrm{,}\mathrm{3}\mathrm{,}\mathrm{..}$$

Hierzu wird in Verfahrensschritt S20 der zeitdiskrete Verlauf der komplexen Summenimpulsantwort h_SFNj(t) und h_SFN(j+1)(t) jeweils zu den Beobachtungszeitpunkten t_j und t_j+1 ermittelt.

Analog wird in Verfahrenschritt S30 aus den zeitdiskreten Verläufen der komplexen Summenimpulsantworten h_SFNj(t) und h_SFn(j+1) (t) die zeitdiskreten Verläufe der komplexen Impulsantworten h_SFNji(t) und h_SFN(j+1)i(t) des jeweiligen Senders S_i zu den Zeitpunkten t_j und t_j+1 ausgeblendet.

Schließlich werden in Verfahrensschritt S40 aus den zeitdiskreten Verläufen der komplexen Impulsantworten h_SFNji(t) und h_SFN(j+1)i(t) die Phasenverläufe arg(h_SFNji(t)) und arg h_SFN(j+1)i(t)) des Senders S_i zu den Zeitpunkten t_j und t_j+1 ermittelt.

Die Subtraktion des Phasenverlaufs arg (h_SFNji(t)) vom Phasenverlauf arg(h_SFN(j+1)i(t)) in Verfahrensschritt S50 führt zur Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘ_i(t_B(j+1)-t_Bj der Phasenverschiebung des jeweiligen Senders S_i zum Bezugssender S₀ zwischen den Zeitpunkten t_B(j+1) und t_Bj, die der Differenz der Phasenverschiebung ΔΘ_i(t_B(j+1)) zum Zeitpunkt t_B(j+1) und der Phasenverschiebung ΔΘ_i(t_Bj) zum Zeitpunkt t_Bj des Senders S_i zum Bezugssender S₀ entspricht.

Die Begrenzung der Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘ_i(t_B(j+1)-t_Bj) der Phasenverschiebung des jeweiligen Senders S_i zum Bezugssender S₀ zwischen den Zeitpunkten t_B(j+1) und t_Bj auf den zulässigen Wertebereich zwischen -π und +π erfolgt in den Verfahrensschritten S60 und S65.

Im Verfahrensschritt S70 wird aus der Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘ_i(t_B(j+1)-t_Bj) der Phasenverschiebung des jeweiligen Senders S_i zum Bezugssender S₀ zwischen den Zeitpunkten t_B(j+1) und t_B die Trägerfrequenzverschiebung Δω_ij des Senders S_i basierend auf der Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘ_i(t_B(j+1)-t_Bj) der Phasenverschiebung zu den Beobachtungszeitpunkten t_j und t_j+1 berechnet.

Die Trägerfrequenzverschiebung Δω_ij des Senders S_i zum Bezugssender S₀ auf der Basis der Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘ_i(t_B(i+1)-t_Bj) der Phasenverschiebung zu den Beobachtungszeitpunkten t_j und t_j+1 wird zu unterschiedlichen Beobachtungszeitpunkten t_j und t_j+1 insgesamt j_max-mal wiederholt ermittelt und berechnet.

Die insgesamt j_max berechneten Trägerfrequenzverschiebungen Δω_ij des Senders S_i zum Bezugssender S₀ werden anschließend im Verfahrensschritt S80 einer Mittelung zugeführt, um den Einfluß der obengenannten Phasenstörungen, beispielsweise aufgrund von Phasenrauschen, auf die Trägerfrequenzverschiebung Δω_i, zu beseitigen bzw. zu minimieren.

Die Mittelung kann auch in Form einer Pipeline-Struktur erfolgen, bei der der jeweils älteste Wert verworfen wird. Eine Speicher-sparende Variante ist eine rekursive Mittelung.

Ein beispielhafter Verlauf einer derart von Phasenstörungen bereinigten Trägerfrequenzverschiebung Δω_i, eines Senders S_i zu einem Bezugssender S₀ ist in Fig. 5B dargestellt.

Eine Vorrichtung zur Überwachung der Trägerfrequenzstabilität von mehreren Sendern in einem Gleichwellennetz ist in Fig. 1 dargestellt.

Das Gleichwellennetz in Fig. 1 besteht beispielsweise aus den fünf Sendern S₁, S₂, S₃, S₄ und S₅. Die Sendesignale der Sender S₁ bis S₅ werden von einer Empfangseinrichtung E empfangen. Die Empfangseinrichtung E ist mit einer elektronischen Datenverarbeitungseinheit 1 verbunden. In einer Einheit 11 zur Ermittlung der Übertragungsfunktion des Übertragungskanals wird auf der Basis der von der Empfangseinrichtung E empfangenen Sendesignale der Sender S₁ bis S₅ die Übertragungsfunktion H_SFN(f) des Übertragungskanals von den Sendern S₁ bis S₅ zur Empfangseinrichtung E ermittelt. Hierbei bedient man sich der Koeffizienten des in der Empfangseinrichtung E integrierten Entzerrers, die bei einem an den Übertragungskanal abgeglichenen Entzerrer den Koeffizienten der Übertragungsfunktion des Übertragungskanals entsprechen.

Alternativ kann die Übertragungsfunktion H_SFN(f) des Übertragungskanals von den Sendern S₁ bis S₅ zur Empfangseinrichtung E aus den verstreuten Pilotenträgern eines DVB-T-Signals beim digitalen terrestrischen TV-Rundfunks unter Umgehung der Einheit 11 ermittelt werden.

In einer sich anschließenden Einheit 12 zur Durchführung der inversen Fourier-Transformation werden aus der Übertragungsfunktion H_SFN(f) des Übertragungskanals die zeitdiskreten Verläufe der komplexen Summenimpulsantworten h_SFNj(t) und h_SFN(j+1)i(t) zu den Beobachtungszeitpunkten t_Bj und t_B(j+1) berechnet.

In einer sich anschließenden Einheit 13 zur Ausblendung der Impulsantwort für jeden Sender aus der Summenimpulsantwort werden aus den zeitdiskreten Verläufen der komplexen Summenimpulsantworten h_SFNj(t) und h_SFN(j+1)(t) die zeitdiskreten Verläufe der komplexen Impulsantworten h_SFNji(t) und h_SFN(j+1)i(t) für jeden Sender S_i des Gleichwellennetzes zu den Zeitpunkten t_Bj und t_B(j+1) ausgeblendet.

In einer sich anschließenden Einheit 14 zur Ermittlung des Phasenverlaufs der Impulsantwort werden aus den zeitdiskreten Verläufen der komplexen Impulsantworten h_SFNji(t) und h_SFN(j+1)i(t) die zeitdiskreten Phasenverläufe arg (h_SFNji(t)) und arg (h_SFN(j+1)i(t)) der Impulsantworten h_SFNji(t) und h_SFN(i+1)i(t) zu den Zeitpunkten t_Bj und t_B(j+1) berechnet.

In einer sich anschließenden Einheit 15 zur Berechnung der Differenz der Phasenverschiebungen und der Trägerfrequenzverschiebung jedes Senders zur Trägerfrequenz eines Bezugssenders werden aus den zeitdiskreten Phasenverläufen arg (h_SFNji(t)) und arg (h_SFN(j+1)i(t)) der Impulsantworten h_SFNji(t) und h_SFN(j+1)i(t) zu den Zeitpunkten t_j und t_j+1 die Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘ_i(t_B(i+1)-t_Bj der Phasenverschiebungen eines Senders S_i zu einem Bezugssender S₀ zu den Beobachtungszeitpunkten t_Bj und t_B(j+1) berechnet, die der Differenz der Phasenverschiebung ΔΘ_i(t_Bj) und ΔΘ_i(t_B(j+1)) des Senders S_i zum Bezugssender S₀ zu den Zeitpunkten t_Bj und t_B(j+1) entspricht, und darauf aufbauend die Trägefrequenzverschiebung Δω_ij für jeden Sender S_i zu einem Bezugssender S₀ auf der Basis einer ermittelten Phasenverschiebungsdifferenz ΔΔΘ_i(t_B(j+1)-t_Bj) der Phasenverschiebungen zu Beobachtungszeitpunkten t_B3 und t_B(j+1) abgeleitet.

In einer Einheit 2 der tabellarischen und/oder grafischen Darstellung der Trägerfrequenzverschiebung Δω_i aller Sender S_i, die an die elektronische Datenverarbeitungseinheit 1 angeschlossen ist, werden die Trägerfrequenzverschiebungen Δω_i, jedes Senders S_i zu einem Bezugssender S₀ des Gleichwellennetzes entweder tabellarisch oder grafisch dargestellt.

Hinsichtlich der gleichzeitigen Darstellung der Amplitudenabweichung und der Trägerfrequenzabweichung eines Senders S_i zu einem Bezugssender S₀ zu einem bestimmten Beobachtungszeitpunkt t_Bi in einer Grafik bietet sich einerseits eine dreidimensionale Darstellung mit der zeit t als erste Dimension, der Frequenzabweichng Δω_i des jeweiligen Senders S_i zur Trägerfrequenz ω₀ des Bezugssenders S₀ als zweite Dimension und schließlich der Amplitudenabweichung ΔA_i des jeweiligen Senders S_i zur Amplitude A₀ des Bezugssenders S₀ als dritte Dimension an. Wird der Bezugssender S0 normiert auf seine Amplitude A₀ zum Zeitpunkt t=0 in die dreidimensionale Grafik gesetzt, so wird entsprechend Fig. 6A jeder Sender S_i entsprechend der jeweiligen Amplituden- und Trägerfrequenzabweichung ΔA_i und Δω_i durch einen Punkt in der Grafik repräsentiert. Andererseits wird bei einer zweidimensionalen Darstellung gemäß Fig. 6B die Zeit t in der Abszisse und die Amplitudenabweichung ΔA_i des jeweiligen Senders S_i zur Amplitude A₀ des Bezugssenders S₀ auf der Ordinate aufgetragen, während die Trägerfrequenzabweichung Δω_i, des jeweiligen Senders S_i zur Trägerfrequenz ω₀ des Bezugssenders S₀ durch einen zur Trägerfrequenzabweichnung Δω_i korrespondierendes Symbol des zum jeweiligen Sender S_i gehörigen Punktes charakterisiert wird. Wiederum wird die Amplitude A₀ des Bezugssenders S₀ zum Zeitpunkt t=0 in die Grafik eingetragen.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere sind alle beschriebenen Merkmale beliebig miteinander kombinierbar. Auch eignet sich das beschriebene Verfahren nicht nur für Signale des DAB- oder DVB-T-Standards, sondern für alle Standards, die SFN ermöglichen, insbesondere auch für Signale des amerikanischen ATSC-Standards.