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Es ist deshalb bereits eine Fehlerkorrektur für Funkuhren vorgeschlagen
worden, bei der jede
neuermittelte Zeitinformation mit wenigstens
einer anderen, zuvor übertragenen und/oder mit einer mit einer zusätzlichen Vorrichtung
ermittelten Zeitinformation verglichen wird, wobei Abweichungen, die sich dabei
gegenüber vorgegebenen Sollwerten ergeben, zur Störungs- und Fehlererkennung ausgenutzt
werden (DE-AS 16 73 796> Im Zusammenhang mit dieser Fehlererkennung ist auch
vorgeschlagen worden, für die empfangsseitige Speicherung der Vergleichsinformation
eine eigene autonome Uhr vorzusehen, die für die Dauer einer Störung der Zeitübermittlung
die Uhrzeit anzeigt.
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Andere Möglichkeiten der Fehlererkennung bestehen z. B. darin, die
Sekundensignale, die bei installierten Zeitsignal-Sendern im ungestörten Fall als
Absenkung des HF-Signals für die Dauer von 0,1 bzw. 0,2 sec vorliegen, in digitale
Informationen umzuwandeln. so daß sie mit den üblichen datenverarbeitenden Anlagen
weiterverarbeitet werden können. Hierzu muß das nicht selten verrauschte Eingangssignal
aber erst aufbereitet werden. Um diese Aufbereitung durchzuführen, wird beispielsweise
ein Komparator eingesetzt, der alle empfangenen Signale, die oberhalb eines bestimmten
Wertes liegen, auf einen ersten Pegel bringt und alle Signale, die unterhalb eines
bestimmten Wertes liege, auf einen zweiten Pegel bringt. Bei einem stark gestörten
Signal erscheinen dann am Ausgang des Komparators zwei sich auf der Zeitachse ergänzende
Gleichspannungspegel, d. h. immer dann, wenn der eine Pegel eine Lücke aufweist,
tritt der andere Pegel auf und umgekehrt. Eine große Lücke in einem der Gleichspannungspegel
signalisiert in der Regel ein Nutzsignal, während die kleineren Lücken Störimpulse
bedeuten.
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Um in dem Signal, das am Ausgang des Komparators erscheint, z. B.
eine Sekundenmarke zu identifizieren und ihre Dauer zu ermitteln, kann dieses Signal
mit Hilfe eines gleitenden Mittelwerts von 0,1 sec Mittelungsdauer gefiltert werden.
Hierzu wird von dem Signal alle 2 Millisekunden eine Stichprobe von der Dauer 2
bis 4 Mikrosekunden genommen, wobei die jeweils 50 letzten Stichprobenwerte, die
logische Nullen oder Einsen darstellen, aufsummiert werden. Aus den Summenwerten
können dann Beginn und Dauer der Sekundenmarke errechnet werden.
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Es ist ferner eine Decodierungsschaltung für die codierte Zeitübertragung
nach DCF 77 bekannt, die eine Fehleranzeige aufweist (UT 1975, Nr. 2, S.4-6).
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Die Fehleranzeige wird dabei stets dann aktiviert, wenn bei der Paritätsprüfung
Fehler festgestellt wurden. In diesem Fall leuchtet mindestens eine von vier Dioden
auf, von denen jede einer anderen Zeitinformation zugeordnet ist, nämlich den Stunden,
den Minuten, den Kalendertagen oder dem Startimpuls. Leuchtet z. B. die erste Diode
auf, so zeigt dies, daß die Minuten gestört sind. Nachteilig ist bei dieser bekannten
Decodierschaltung indessen, daß das Auftreten eines Fehlers keinen positiven Einfluß
auf den Prüfungsvorgang als solchen hat. Zu jeder vollen Minute wird die empfangene
vollständige Zeitinformation in einem Speicher abgelegt, gleichgültig, ob sie richtige
oder falsche Informationen enthält. Somit werden die bereits richtig empfangenen
Informationen stets wieder gelöscht.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, verschiedene Fehlererkennungs-
und korrigierverfahren mit Hilfe eines Mikroprozessors durchzuführen, wobei dieser
Mikroprozessor u. a. prüft, ob die eingehenden Minuten und Sekunden Zahlen zwischen
0 und 59 enthalten, ob die Wochentagsbits nur Zahlen zwischen 1 und 7
symbolisieren
und ob die eingehenden Impulse als brauchbar verwertet werden können etc.(P 2643
250.8 Da die von dem Zeitsender kommenden Zeitinformationen in jeder Minute neu
ausgewertet werden, überprüft der Prozessor in jeder Minute alle eingehenden Informationen.
Tritt in einem Minutenzyklus eine Störung auf, die nicht klar von einem Nutzsignal
zu trennen ist oder die das Nutzsignal bis zur Unerkennbarkeit verfälscht. so stoppt
der Prozessor die Auswertung der eingehenden Zeitsignale in der laufenden Minute
und löscht den bereits gespeicherten Teil der Zeitinformationen. Die Auswertung
der Zeitsignale beginnt dann neu in der nächsten Minute.
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Bei seriell eingehenden Zeitinformationen unterbricht also der Prozessor
die ankommenden Signalfolgen, sobald ein Signalteil auftritt, von dem nicht sicher
zu erkennen ist, ob es durch eine Störung verfälscht ist. Ist z. B. in der n-ten
Minute der Impuls bzw. das Bit Nr. 32 nicht einwandfrei erkennbar, so wird die weitere
Auswertung unterbrochen, und die vorher gespeicherten Impulse bzw. Bits werden gelöscht.
Der Prozessor beginnt dann in der (n+ l)-ten Minute wieder neu mit der Aufzählung
der Bits. Entsprechendes geschieht, wenn ein Bit nicht den Sollzustand hat, d. h.
wenn es z. B. eine logische Null darstellt statt eine logische Eins oder wenn eine
parity-Prüfung nicht zur vorgeschriebenen logischen Ergänzung führt.
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Nachteilig ist bei diesem bekannten Verfahren, daß dann, wenn auch
nur ein gestörter oder nicht auswertbarer Impuls in einem Minutenzyklus auftritt,
die gesamte vorher in dieser Minute aufgespeicherte Information gelöscht und damit
wertlos wird. Da jeder Impuls der aufgespeicherten Information bereits hinsichtlich
der Impulslänge etc. geprüft worden ist, besteht eine sehr große Wahrscheinlichkeit
dafür, daß die Impulse der aufgespeicherten Information ungestört empfangen wurden.
Durch die Löschung der ungestörten Nutzsignale geht somit wertvolle Zeit verloren
bis die Uhr die komplette Zeit anzeigen kann. Bei stark gestörtem Empfang kann es
sogar dazu kommen, daß es mehrere Stunden dauert, bis ein Minutenzyklus ausreichend
ungestört ist, um den Code voll zu erkennen und die Uhr zu synchronisieren.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Zeit bis zur
Anzeige der Zeitinformationen bei Uhren der vorstehend genannten Art wesentlich
zu verkürzen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Werden die Zeitinformationen in einem Minutenzyklus gesendet, so
werden beim Erkennen eines Fehlers innerhalb der n-ten Minute die während dieser
n-ten Minute bereits als richtig bewerteten Zeitinformationen abgespeichert, und
die in der n-ten Minute nachfolgenden Zeitinformationen bleiben unberücksichtigt.
In der darauffolgenden (n+l)-ten Minute werden die bereits während der n-ten Minute
als richtig bewerteten Zeitinformationen mitverwertet, und es werden die beim Erkennen
eines Fehlers innerhalb der (n+ I)-ten Minute die während dieser (n+ I)-ten Minute
zusätzlich als richtig bewerteten Zeitinformationen abgespeichert, während die in
der (n+ 1)-ten Minute nachfolgenden Zeitinformationen unberücksichtigt bleiben usw.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß schon sehr bald nach dem Einschalten der Uhr die Anzeige der kompletten Zeitinformation
oder wenigstens eines Teils davon erfolgt. Diejenigen Informationen bzw. Informationsteile,
die
bereits geprüft und als verwertbar angesehen wurden, gehen nicht mehr verloren,
so daß eine unnötige Mehrfachprüfung derselben Zeitinformationen entfällt.
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Grundsätzlich ist die vorliegende Erfindung sowohl für rein serielle
als auch für parallele Zeitinformationen geeignet. Die derzeit bekannten Zeitsender
geben die Impulse zwar alle seriell ab, weil sie nur mit einer Trägerfrequenz senden,
es wäre aber auch ohne weiteres möglich, die Informationen für die Sekunden, Minuten,
Stunden usw. gleichzeitig abzustrahlen, wenn diese mit jeweils verschiedenen Frequenzen
gesendet würden und hierdurch im Empfänger der Uhr voneinander getrennt werden könnten.
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Da es sich bei den ausgesandten und empfangenen Signalen um Zeitinformationen
handelt, d. h. um Informationen, die ihren Wert in der Zeit ändern, ist allerdings
eine rein parallele lnformationsvermittlung für Uhren nicht möglich, wenn in einer
zentralgesteuerten Uhr die richtige Zeitinformation nicht nur einmal, sondern innerhalb
eines vorgegebenen Zeitraums mehrmals empfangen und ausgewertete werden soll. Es
handelt sich bei der parallelen Zeitübermittlung also genau genommen um eine parallel-serielle
Informationsübertragung, d. h. es werden die für einen bestimmten Zeitpunkt gültigen
Zeitinformationen zwar alle gleichzeitig gesendet. aber nicht nur einmal, sondern
mehrmals nacheinander, wobei die später folgenden Zeitinformationen stets an die
dann herrschenden Zeitverhältnisse angepaßt sind.
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Wie bereits oben ausgeführt, kann die Steuerung der Uhr drahtlos
oder drahtgebunden erfolgen, wobei es gleichgültig ist, ob die drahtlose Übertragung
über eine elektromagnetische, eine akustische oder sonstige Welle erfolgt. Bei der
drahtgebundenen Steuerung sind ebenfalls verschiedene Möglichkeiten denkbar, von
denen nur die drahtelektrische Übertragung und die Übertragung mittels Lichtleitfasern
genannt seien.
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In der Figur ist eine Tabelle dargestellt, anhand der die Erfindung
noch näher erläutert werden soll. Dabei werden Zeitsignale zugrunde gelegt, wie
sie von dem Sender lDCF 77 in Mainflingen seit 1973 ausgestrahlt werden (vgl. hierzu
G. B e c k e r, Aussendung und Empfang des Zeitmarken- und Normalfrequenzsenders
iDCF 77, PTB-Mitteilungen, 82. Jahrgang, Heft 4, August 1972, Seiten 224-229), ohne
daß jedoch die Erfindung auf diese speziellen Zeitsignale beschränkt wäre. Es wird
ferner auf eine Uhr abgestellt, die eine autonome interne Uhr mit einem Eigentakt
besitzt (vgl.
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P 2643 250.8), obwohl das Prinzip der Erfindung nicht auf zentralgesteuerte
Uhren mit autonomer Zeiteinheit beschränkt ist.
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In der linken Spalte der Tabelle sind untereinander die aufeinanderfolgenden
Minuten n- 1. . n+5 aufgeführt, während in der obersten waagrechten Reihe angegeben
ist, ob der Empfang gesperrt und durch Eigentakt ersetzt ist, wann das erste gestörte
Bit auftritt, welcher Informationsteil zusätzlich erkannt wurde, welche Bits gelöscht
werden, welche Informationen neu aufgenommen wurden und wie der Gesamt-Speicher-Inhalt
aussieht.
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Es sei zunächst die (n- l)-te Minute betrachtet. Wie man aus der
Tabelle erkennt, ist während dieser Minute der Empfang der Zeitsignale in der Uhr
gesperrt. Ein Eigentakt ist nicht vorhanden, und ein gestörter Impuls tritt ebenfalls
nicht auf.
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Die erste Information, die von der Uhr erkannt und bearbeitet wird.
ist die sogenannte Synchronisationslük-
ke, die anzeigt, daß jetzt ein neuer Minutenzyklus
beginnt. Gelöscht wird während der (n- l)-ten Minute nichts, da bis jetzt noch keine
gestörten Informationen empfangen wurden. Im Speicher befindet sich am Ende der
(n-l)-ten Minute nur die Information über die Synchronisationslücke.
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Während des nächsten Intervalls, also in der n-ten Minute, treten
folgende Vorgänge auf: Zunächst wird die Uhr gegen den Empfang der ersten neunzehn
Zeitsignal-lmpulse gesperrt, weil es sich bei diesen Impulsen um die DUT 1 -Information
handelt, welche die Differenz zwischen der Weltuhrzeit UT 1, die dem Drehwinkel
der Erde um ihre Achse entspricht, und der koordinierten Weltzeit UTC, bei der von
Zeit zu Zeit eine Schaltsekunde eingefügt wird, anzeigt. Diese DUT l-lnformation
ist für die genaue Zeitangabe nicht von Wichtigkeit, so daß die Impulse durch einen
internen Impulsgeber ersetzt werden können. Hierdurch wird vermieden, daß die Impulsauswertung
bereits bei gestörten DUT 1-Impulsen abgebrochen wird, obwohl ein Fehler in diesen
Impulsen für die Zeitanzeige ohne Belang ist. Die erste gestörte Information, die
als solche erkannt wird, tritt während der n-ten Minute beim 24. Bit auf. Dieses
24. Bit ist Teil der Minuteninformation. Da somit bereits die Minuteninformation
gestört ist, kann als einzige Information das sogenannte Startbit zusätzlich abgespeichert
werden, welches das 20. Bit ist. Gelöscht werden dagegen die bereits empfangenen
und auch geprüften Bits 21 - 24, da sie ohne die Bits 25 - 27 wertlos sind.
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In der (n+ 1)-ten Minute werden die gesendeten Bits unterdrückt,
die nicht mehr benötigt werden; es sind dies die Bits Nr. 1-20. Vom 21. Bit an wird
wieder empfangen und ausgewertet. Es sei angenommen, daß jetzt das 39. Bit gestört
ist, welches der Kalendertagsinformation zugeordnet ist. Die Kalendertagsinformation
kann somit nicht als erkannt angesehen werden. d. h. die Bits 36 - 39, welche die
Kalendertags-lnformation darstellen, werden gelöscht. Gegenüber dem vorangegangenen
Zyklus sind nunmehr jedoch die Bits 21-35 erfaßt, welche die Minuten- und Stundeninformationen
enthalten. Diese Bits werden zusätzlich abgespeichert.
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Während der darauffolgenden (n + 2)-ten Minute werden die Bits 1
- 35 ausgeblendet, da sie schon erfaßt sind. Nimmt man an, daß bereits das 37. Bit
gestört ist, so wird kein neuer Informationsteil gewonnen, und es kann deshalb auch
keine zusätzliche Information abgespeichert werden. Die Bits Nr.36 und 37 werden
verworfen.
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In der (n+3)-ten Minute werden wiederum die Bits Nr. 1-35 ausgeblendet.
Tritt jetzt erst beim 44. Bit eine Störung auf, so können die Kalendertagsinformationen,
d. h. die Bits 36-41, zusätzlich abgespeichert werden, während die Bits 42-44, welche
die Wochentagsinformation darstellen sollen, verworfen werden.
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Während der (n+4)-ten Minute bleiben die Bits Nr.
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1-41 außer Betracht, da sie schon abgespeichert sind.
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Erst bei dem 42. Bit wird die Uhr auf Empfang gestellt.
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Tritt jetzt beim 56. Bit eine Störung auf, das sich innerhalb der
Jahresinformation befindet, so können die Bits 42 - 44 bzw. 45 - 49 zusätzlich abgespeichert
werden, welche die Wochentags- bzw. Kalendermonatsinformation beinhalten. Die Bits
Nr. 50-56 müssen indessen verworfen werden.
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In der (n+5)-ten Minute werden die bereits abgespeicherten Bits Nr.
1-49 ausgeblendet und erst das 50. und die nachfolgenden Bits wieder ausgewertet.
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Tritt jetzt nach dem 58. Bit eine Störung auf, so ist dies unschädlich.
weil auch die letzte Information, nämlich
die durch die Bits Nr.
50 - 58 dargestellten Jahl-esinfol -mationen, empfangen und geprüft wurden. Die
von dem Sender innerhalb eines 7.ykhls' ausgesendetc Zeitinformation ist nun komplett
tind kann atif der tihr dargestellt werden.
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Obgleich es in vielen l.illen sinnvoll ist. die Zeitinformationen
erst dann anzuzeigen, wenn sie komplett sind, kann bei dem hier beschriebenen Verfahren
auch schon der Teil der Informationen angezeigt werden, der während einer Minute
in dem Speicher abgelegt wurdc. Wurde die Minute als richtig erkannt und abgespeichert.
dann kann sie auch ohne die Stunden-, Tages- und sonstigen Informationen angczeigt
werden.
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Die in dem Speicher abgelegten Informationen
müssen selbstverständlich
inkrementiert werden, sofern dies erforderlich ist. Beispielsweise ist in der <n+3)-ten
Minute die während der (n+2)-ten Minute abgespei cherte Minuteninformation nicht
mehr zutreffend, sondern muß um eine Minute ergänzt werden, damit sie stimmt. Dieses
Inkrementieren kann ein Addiercr oder eine äquivalente Schaltung besorgen.
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Aus dem Zwang zum Inkrementieren ergibt sich auch, daß eine bereits
empfangene Information in sich geschlossen sein muß, denn eine unvollständige Information
kann nicht sinnvoll inkrementiert werden.
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Die Folge hiervon ist, daß immer die gesamte Minuten-, Stunden- oder
sonstige Information verworfen wird, wenn auch nur ein Bit innerhalb dieser Information
gestört ist.
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Minuten Empfang gesperrt 1. gestörtes (Zusätzlich) Gelöschtes Im Speicher
Gesamt-und durch Bit Erkannter Informations- Bit neu aufgenommen Speicher-lnhalt
Eigentakt ersetzt teil n- 1 - - Synchronisationslücke - Minutensyn- 0." (59.") chronisation
(0.") n sec. 1 - 19 24. Startbit 20" (= »1«) 21-24 Startbit 20" 0.", 20." n+ 1 sec.
1-20 39. Bit 21-35 36-39 Bit 21-35 0" 20", Min Std.
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(Min. + Std.) n+2 sec 1-35 37. keine 36+37 - wie bei (n+1) n+3 sec
1 - 35 44. Bit 36-41 42 - 44 Bit36-41 0.", 20.", Min, Std, Kalendertag Kalendertag
n+4 sec 1-41 56. Bit 42-49 50-56 Bit 42-49 0.", 20.", Min, Std, Wochentag Kalendertag,
Kalendertag Wochentag, Kalendermonat n+5 sec 1 -49 nach 58. Bit 50-58 - 50.-58.
Komplette Information, Uhr synchron.