DE102009054072A1

DE102009054072A1 - Verfahren zur Erzeugung eines Signals, Station zum Übertragen eines Bitstroms, Transmittler und System

Info

Publication number: DE102009054072A1
Application number: DE200910054072
Authority: DE
Inventors: Björn Ott; Jon Winkel
Original assignee: IFEN GESELLSCHAFT fur SATELLITENNAVIGATION MBH; IFEN GES fur SATELLITENNAVIGATION MBH; Ifen Gesellschaft fur Satellitennavigation Mbh
Current assignee: IFEN GESELLSCHAFT fur SATELLITENNAVIGATION MBH; IFEN GES fur SATELLITENNAVIGATION MBH; Ifen Gesellschaft fur Satellitennavigation Mbh
Priority date: 2009-11-20
Filing date: 2009-11-20
Publication date: 2011-05-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Erzeugung eines Spreizcodesignals. Die Bitfolge des Spreizcodes wird in einer ersten Station erzeugt und über eine drahtlose Verbindung zu einer zweiten Station gesendet, die aus der empfangenen Bitfolge das Spreizcodesignal erzeugt. Die Bitfolge kann hierbei eine verschlüsselte Spreizcodesequenz sein.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Erzeugung eines Spreizcodesignals. Die Bitfolge des Spreizcodes wird in einer ersten Station erzeugt und über eine drahtlose Verbindung zu einer zweiten Station gesendet, die aus der empfangenen Bitfolge das Spreizcodesgnal erzeugt. Die Bitfolge kann hierbei eine verschlüsselte Spreizcodesequenz sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen
1 eine Anordnung zur Erzeugung eines Spreizcodesignals gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 ein Verfahren zur Erzeugung eines Spreizcodesignals gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3A und 3B eine Station zum Übertragen eines Bitstroms bzw. einen Transmitter gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4 ein System gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
5 ein Synchronisation gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
6 eine Station zum Übertragen eines Bitstroms und ein Transmitter gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
7 eine Synchronisation gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In einer GNSS (Global Navigation Satellite System) Testumgebung, wie z. B. der GATE (Galileo Test Environment)-Testumgebung (siehe DE 10 2006 040 477 ) können verschiedene GNSS-Signale über Transmitter oder sogenannte Pseudolites (Pseudo-Satelliten) am Boden in der Art abgestrahlt werden, dass ein Empfänger kaum einen oder keinen Unterschied zu einer echten Satellitenkonstellation bemerkt. Die Transmitter können hierbei räumlich z. B. über mehrere Kilometer verteilt sein. In solch einer Umgebung können GNSS-Signale, -Empfänger und -Systeme getestet werden, ohne dass echte, erdumkreisende Satelliten notwendig sind. Ein Mischbetrieb aus echten Satelliten und bodengebundenen Transmittern ist ebenfalls möglich.
Für das sich im Aufbau befindliche europäische Satellitennavigationssystem „Galileo” sind verschiedene Dienste vorgesehen, wie z. B. öffentliche und frei zugängliche Dienste, ähnlich dem GPS (Global Positioning Service) L1A-Signal, das z. B. viele Navigationsempfänger in Fahrzeugen, PDAs (Personal Digital Assistant) oder Mobilfunkgeräten verwenden, kommerzielle Dienste, die z. B. eine höhere Genauigkeit bieten und bei denen die Signale verschlüsselt sind, und z. B. Dienste, die der öffentlichen Sicherheit dienen, sogenannte PRS (Public Regulated Service)-Dienste, bei denen die Signale ebenfalls verschlüsselt sind, und die Schlüssel einer strengen Geheimhaltung unterliegen.
Werden nun in solch einer GNSS-Testumgebung z. B. derartige PRS-Dienste getestet, muss in dem Testsystem die Sicherheit der Systemausstattung, in der die sensible Signalverarbeitung implementiert ist, garantiert werden.
Beim internationalen Dienst IGR (IGS International GNSS Service Rapid Combination), wurde dies gelöst, indem das Signal zentral für alle Signaltransmitter generiert wird, das Signal ins S-Band konvertiert wird, und die Hochfrequenzsignale an die Transmitter gesendet werden, die dann einfach das empfangene Signal herunterwandeln verstärken bzw. dämpfen und in das Testgebiet senden.
Die offensichtlichen Nachteile hiervon sind:

– Die Hochfrequenzkette ist länger. Das heißt, dass das Signal zunächst an der Zentralstation in einem Hochfrequenzsystem generiert wird, am Transmitter herunterkonvertiert und womöglich gefiltert/gedämpft wird.
– Da der Uplink ein analoger Hochfrequenzpfad ist, ist er Gegenstand einer Mehrwegeausbreitung. Diese Mehrwegeausbreitung wird zu der Mehrwegeausbreitung des Downlinks addiert.

Ein zweites Konzept, das in Betracht gezogen wurde, ist, jedem Transmitter schlichtweg ein Sicherheitsmodul hinzuzufügen, das den Transmitter mit der Fähigkeit ausstatten, geheime Codes zu erzeugen. Da die Transmitter jedoch z. B. auf Berggipfeln platziert sind, wird es nicht als machbar betrachtet, einen Sicherheitsbereich um jeden Transmitter einzurichten.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, um in einer Umgebung mit räumlich verteilten Transmittern geheime Signale zu generieren, die von den Transmittern in Hochfrequenz abgestrahlt werden, ohne dass die Signalqualität durch die Anwendung der geheimen Codes beeinträchtigt wird, und ohne dass eine Sicherheitszone um die Transmitter errichtet werden muss.
Die Performance des Systems sollte nicht nur aufgrund dessen, dass die Signale geheim sind, verschlechtert werden, d. h., sie sollen dadurch Z. B. keine zusätzliche Mehrwegeausbreitung, Laufzeiten des Hochfrequenzsignal oder sonstige Degradierung erfahren.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Erzeugung eines Signals gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Station, einen Transmitter und ein System gemäß den Patentansprüchen 8, 9 und 10 gelöst.
In dieser Beschreibung wird beispielhaft von einem Satellitennavigationssystem ausgegangen und als Ausführungsbeispiel eine bodengestützte GNSS Testumgebung angeführt. Prinzipiell kann die Erfindung aber auf alle CDMA-Systeme angewandt werden.
Satellitannavigationssysteme basieren in der Regel auf CDMA (Zeitmultiplex, Code Division Multiple Access), d. h., es werden Spreizcodes zur Unterscheidung der verschiedenen Satellitensignale benutzt, die von den Satelliten des oder der Systeme abgestrahlt werden. Diese Spreizcodes werden im Falle von geheimen Signalen verschlüsselt. Neben den Spreizcodes können auch die Nutzdaten verschlüsselt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird, wie in 1 und 2 gezeigt, ein Verfahren 200 zur Erzeugung eines Signals bereitgestellt, wobei das Signal ein Spreizcodesignal ist, und wobei das Spreizcodesignal eine Spreizcodefolge aufweist. Die Spreizcodefolge wird in einer ersten Station 102 erzeugt 202, von der ersten Station 102, z. B. einer zentralen Einrichtung, über eine Verbindung 104 zu einer zweiten Station 106, z. B. einem Transmitter, gesendet 204 und von der zweiten Station 106 empfangen 206. Die zweite Station 106 erzeugt 208 schließlich aus der empfangenen Spreizcodefolge das Spreizcodesignal und strahlt das Spreizcodesignal ab 210.
Die Spreizcodefolge stellt hierbei z. B. die Bitfolge dar, wie sie später von der zweiten Station 106 genutzt wird, um daraus das Spreizcodesignal zu generieren. Zum Beispiel könnte die zweite Station 106 die Bitfolge unverändert für die Spreizcodesignalerzeugung verwenden, auf einen Hochfrequenzträger modulieren und abstrahlen. Der Nutzen hierbei ist, dass die Station 106 nicht mit der Erzeugung der Codefolge belastet wird, sondern lediglich für die zeitliche Synchronisation des abzustrahlenden Spreizcodesignals und die Modulation mit einem hochfrequenten Träger zuständig ist. Damit wäre es einfach, jeden beliebigen Spreizcode z. B. zentral zu erzeugen und an eine oder mehrere Transmitter 106 zu senden, ohne dass ein Eingriff in die Hardware oder Software in dem Transmitter 106 notwendig wäre. Es wäre auch möglich, die Codedatenrate oder andere Parameter, wie z. B. Signalform, Frequenzen, Bandbreiten etc, konfigurierbar zu gestalten. So könnten am Transmitter 106 z. B. die Bits z. B. über Steuerbefehle von der ersten Station, umschaltbar als GMSK-Signale, Rechtecksignale, „Raised Cosine”-Signale, etc. über entsprechende Filter geformt werden. Dadurch ist der Transmitter 106 universell einsetzbar.
Die Bitfolge kann aber auch geändert werden, es können z. B. auch Bits hinzugefügt oder weggelassen werden.
Die Codes (und die Daten) werden also an einer zentralen Station 102 erzeugt und dann in Halb-Echtzeit an die Transmitter 106 digital über ein digitales Drahtlosnetzwerk übertragen. Unter Halbechtzeit wird verstanden, dass es einen gewissen zeitlichen Rahmen gibt, in dem der Bitstrom übertragen wird, der weiter ist, als der Fachmann der Nachrichtentechnik üblicherweise unter „Echtzeit” versteht. Der zeitliche Rahmen kann z. B. eine Verzögerung oder eine Beschleunigung bis zu mehreren Sekunden zulassen.
Die Spreizcodefolge, die von der ersten Station erzeugt und gesendet wird kann gemäß einer Ausführungsform moduliert sein. Moduliert heißt z. B., dass gemäß z. B. einer binären Phasenumtastung die binären Werte durch ein modulierendes Datenbit ihren komplementären Wert annehmen. Andere Modulationsarten sind jedoch genauso möglich, wie auch eine Modulation erst in der zweiten Station.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Spreizcodefolge, aus der das Spreizcodesignal erzeugt wird, vor der Spreizcodesignalerzeugung noch weiteren Signalverarbeitungsschritten, wie z. B. Filterung oder Bitmanipulationen, unterzogen werden.
Die vorzugsweise drahtlose Verbindung 104 kann hierbei ein gängiges Mobilfunksystem, wie z. B. GSM, UMTS, CDMA2000, etc. sein, eine WLAN-Verbindung, wie z. B. gemäß dem IEEE-802.11-Standard, ZigBee, etc. oder auch proprietäre Lösungen oder Satellitenverbindungen. Es muss in erster Linie nur sichergestellt sein, dass die Nutzdatenrate der drahtlosen Verbindung höher ist als die zu übertragende Datenrate, wie z. B. Coderate des Spreizcodesignals, um die Halb-Echtzeitanforderung zu erfüllen. Eine höhere Übertragungskapazität lässt sich bei Bedarf z. B. durch Kanalbündelung mehrerer Übertragungskanäle oder andere bekannte Maßnahmen erreichen.
Prinzipiell ist natürlich auch eine drahtgebundene Verbindung z. B. über Kupferleitungen, Lichtwellenleiter, etc. möglich, über die z. B. Internetverbindungen hergestellt werden können.
Die Datenrate, die für einen Transmitter 106 nötig ist, beträgt beispielsweise für Galileo L1-A: 2,5·1,023 MHz. Bei Galileo gibt es genau genommen zwei Signale auf L1-A, aber diese werden in Zeitmultiplex kombiniert. Daher ist die Gesamtcoderate für beide Signale: 2,5·1,023 MHz. Die Datenrate für das Galileo E6-A-Signal beträgt 5 MHz.
Die dauerhaft aufrechtzuerhaltende Gesamtdatenrate, die benötigt wird, um die Codes für einen Transmitter 106 in Halbechtzeit zu übertragen, ist somit 7,6725 Mbit/s, was weniger als 1 Mbyte/s entspricht. Diese Datenrate kann leicht z. B. von gängigen WLAN-Systemen gemäß dem Stand der Technik unterstützt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Spreizcodes mit Daten moduliert oder ohne Modulation wieder vom Transmitter abgestrahlt. Das Senden ohne aufmodulierte Daten würde beispielsweise einem Pilotkanal entsprechen, wobei anzumerken ist, dass wie z. B. bei Galielo auch Pilotkanäle mit einem weiteren, definierten Bitmuster moduliert werden können. Diese Daten oder definierten Bitmuster, die z. B. eine Submodulation oder einen Sekundärcode beinhalten können, können entweder separat von der ersten Station 102 gesendet werden und erst in der zweiten Station 106 aufmoduliert werden, oder von der ersten Station 102 bereits aufmoduliert sein oder auf einem separaten Weg an die Transmitterstation 106 gesendet werden und ebenfalls erst in der zweiten Station 106 aufmoduliert werden. Werden aufzumodulierende Daten von der ersten Station 102 gesendet, würde dies der Erstellung eines Datenkanals entsprechen, der von der Transmitterstation 106 abgestrahlt wird.
Gemäß einer Ausführungsform verschlüsselt die erste Station 102 den Spreizcode und/oder die Daten zu einer verschlüsselten Spreizcodefolge, überträgt die erste Station 102 die verschlüsselte Spreizcodefolge und/oder die verschlüsselten Daten zu der zweiten Station 106, und erzeugt die zweite Station 106 aus der verschlüsselten Spreizcodefolge und/oder den verschlüsselten Daten, mit denen der Spreizcode moduliert wird, ein verschlüsseltes Spreizcodesignal.
Das heißt, dass die Verschlüsselung von Code und/oder Daten bereits in der ersten, z. B. einer zentralen Einrichtung 102 erfolgen kann und somit in dem oder in den Transmittern 106 keine sicherheitsrelevante Software oder Hardware implementiert sein muss. Die zentrale Einrichtung 102 ist im Vergleich zu den verteilten Transmittern 106 einfach abzusichern.
Auch die Implementierung und Wartung der Verschlüsselungstechnologie ist in der ersten Station 102 wesentlich einfacher durchzuführen als in einer entfernten zweiten Station 106.
Da der Code und/oder die Daten auf dem Übertragungsweg von der ersten 102 zur zweiten Station 106 bereits verschlüsselt sind, nützt es einem Angreifer auch nichts, diese Verbindung abzuhören.
Da das abzustrahlende Signal bezüglich seiner physikalischen Beschaffenheit komplett in der zweiten Station 106, also dem Transmitter 106 erzeugt wird, werden jegliche Störungen, Verfälschungen und Verzögerungen, die im Falle einer Signalübertragung auf dem Übertragungsweg von der ersten 102 zur zweiten Station 106 auftreten würden, vermieden.
Prinzipiell können entweder Code oder Daten verschlüsselt werden oder auch Code und Daten.
Code und Daten können entweder in der ersten 102 oder auch in der zweiten Station 106 weiteren Operationen gemäß dem Übertragungsprotkoll der Verbindung und/oder des Satellitensystems, wie z. B. weitere Verschlüsselung, Fehlerübertragungsprotokolle (z. B. FEC, Forward Error Correction), usw., erfahren.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Codefolgen und/oder Daten einem ersten Dienst zugeordnet, und die zweite Station 106 erhält mindestens eine weitere Codefolge und/oder weitere Daten, die mindestens einem weiteren Dienst zugeordnet sind, über mindestens eine weitere Verbindung, und die zweite Station führt die mindestestens eine weitere Codefolge und/oder die weiteren Daten gemäß einer vordefinierten Struktur zu einer Bitfolge zusammen, und der Transmitter 106 moduliert das Hochfrequenzsignal mit der Bitfolge.
In anderen Worten ausgedrückt kann der Transmitter 106 aus verschiedenen Übertragungskanälen Codes und Daten erhalten, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung alle, teilweise oder auch gar nicht verschlüsselt sind, und aus den Codes und Daten ein Signal erzeugen, das z. B. einem GNSS-Standard entspricht. Ein solches Signal kann z. B. mehrere Dienste bedienen, die z. B. durch die unterschiedlichen Codes unterschieden werden können und die z. B. über eine QPSK-Modulation, OQPSK, BPSK, GMSK, usw. in einer dem Fachmann bekannten Weise z. B. über die I- und Q-Anteile des Signals zu einem Signal zusammengesetzt werden. Die Bitfolge kann somit also an geeigneter Stelle auch wieder gemäß der Modulationsart aufgesplittet werden, um die entsprechende Modulation durchzuführen. Die Dienste können hierbei verschlüsselt oder unverschlüsselt sein, so dass auch ein verschlüsselter Dienst zusammen mit einem unverschlüsselten Dienst über ein Signal übertragen werden kann. Weiterhin kann das Spreizcodesignal ein zeitgemultiplextes Signal sein. Es versteht sich von selbst, dass der Transmitter 106 nicht darauf beschränkt ist, nur ein Signal zu erzeugen. Er kann auch mehrere unterschiedliche Signale auf der gleichen oder auf unterschiedlichen Frequenzen senden.
Die Verbindungen können, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung drahtlos, aber auch drahtgebunden sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung führt die erste Station 102 verschlüsselte Spreizcodes und/oder verschlüsselte Daten eines ersten Dienstes mit unverschlüsselten Spreizcodes und/oder unverschlüsselten Daten eines weiteren Dienstes zu einer Bitfolge zusammen und sendet diese über die drahtlose Verbindung an die zweite Station 106. Das heißt, dass die Bitfolge bereits in der ersten Station 102 aus Codes und/oder Daten unterschiedlicher Art zusammengesetzt werden kann, und die bereits zusammengesetzte Bitfolge an den Transmitter 106 übertragen wird. Die unterschiedlichen Arten können hierbei unterschiedlichen Diensten entsprechen, wobei zumindest einer der Dienste verschlüsselt sein kann, d. h. dessen Code und/oder Daten verschlüsselt sein können.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden, wie in 3B gezeigt, die Spreizcodes und/oder die Daten in einem Puffer 324 in der zweiten Station 106 zwischengespeichert, der Füllstatus des Puffers 324 überwacht, eine Nachricht betreffend den Füllstand an die erste Station 102 gesendet, und die Nutzdatenübertragungsrate der Verbindung 104 von der ersten Station 102 zu der zweiten Station 106 durch Auswertung dieser Nachricht gesteuert. Unter Nutzdatenübertragungsrate wird hierbei die Datenrate des Codes und/oder der Daten verstanden.
Das heißt, durch einen Rückkanal 104 von der zweiten Station 106 zur ersten Station 102 entsteht sozusagen eine Regelscheife. Die Regelschleife kann dabei in Echtzeit bzw. quasi Echtzeit regeln, aber durch die Verwendung eines ausreichend großen Puffers 324 kann abhängig von den Parametern des Upload (Hochladen; von der ersten zur zweiten Station 106)-Kanals, und des Puffers 324 eine entsprechend großes Zeitintervall zwischen den Nachrichten bzw. zwischen den Steuerereignissen, die die Uploadrate bestimmen, liegen.
Die Steuerung kann gemäß einer Ausführungsform in der ersten Station 102 bereits dadurch bewirkt werden, dass die Taktrate, mit der der Code erzeugt wird, verändert wird.
Eine weitere Steuermöglichkeit wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung durch einen Puffer 318 in der ersten Station 102 (siehe 3A), der den erzeugten Code aufnimmt, erreicht, der mehr oder weniger gefüllt werden kann. Diese beiden Möglichkeiten lassen sich kombinieren.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung findet eine Synchronisierung zweier Dienste statt, wobei der Bitstrom des ersten Dienstes an die zweite Station 106 einen Synchronisationspunkt enthält, und wobei folgende Schritte durchgeführt werden:

– Starten des ersten Dienstes
– Synchronisierung des Systems auf den ersten Dienst
– Starten des zweiten Dienstes
– Füllen des Puffers 324 in der zweiten Station 106 mindestens soweit, dass der Puffer 324 den Synchronisationspunkt des ersten Dienstes enthält
– Synchronisierung des zweiten Dienst auf den Synchronisationspunkt des ersten Dienstes.

Unter Synchronisationspunkt wird hier z. B. ein Bit, das z. B. den Anfang eines Datenrahmens bildet oder ein Bitmuster, wie z. B. eine Präambel, verstanden, dessen Position in der Datenstruktur bekannt ist, so dass eine Synchronisation möglich ist. Ein Synchronisationspunkt kann weiterhin z. B. eine Bitgrenze, wie z. B. eine Datenbitgrenze, sein, die beispielsweise durch eine Erhöhung eines Zählers detektiert werden kann.
Hier werden also in der zweiten Station 106, also z. B. dem Transmitter 106, die Bitströme der Dienste zusammengeführt. Dies macht es jedoch erforderlich, dass die zweite Station 106 Kenntnis z. B. bzgl. der zeitlichen Verhältnisse, insbesondere bei der Initialisierung des Synchronisationspunktes und des Bitstroms erhält, und es werden erhöhte Anforderungen an die Übertragungskanäle gestellt, weil z. B. durch Latenzen die Überschreitung der maximalen Beschleunigung der Nutzdatenrate verursacht wird, die z. B. aufgrund von maximalen, vorgegebenen Dopplerraten in der Codegenerierung beschränkt ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung findet eine Synchronisierung zweier Dienste statt, wobei

– der in der ersten Station 102 erzeugte Bitstrom des ersten Dienstes einen Synchronisationspunkt enthält, und wobei folgende Schritte durchgeführt werden:
– Starten des ersten Dienstes
– Synchronisierung des Systems auf den ersten Dienst
– Starten des zweiten Dienstes
– Füllen des Puffers 318 in der ersten Station mindestens soweit, dass der Puffer den Synchronisationspunkt des ersten Dienstes enthält
– Synchronisierung des zweiten Dienst auf den Synchronisationspunkt des ersten Dienstes.

Hier wird also in der ersten Station 102 ein Puffer 318 gefüllt, wodurch relativ einfach eine Synchronisation erreicht wird, da keine Zeitinformationen an die zweite Station 106 gesendet und dort verarbeitet werden muss und die Latenzen auf der Übertragungsstrecke 104 weniger kritisch sind.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird, wie in 3A gezeigt, eine Station 102 zum Übertragen eines Bitstroms bereitgestellt, wobei der Bitstrom einen Spreizcode aufweist, und der Bitstrom in Halbechtzeit übertragen wird. Gemäß dieser Ausführungsform weist die Station 102 folgende Einheiten auf:

– ein Sendemodul 332 zum Senden des Bitstroms
– ein Empfangsmodul 330 zum Empfangen von Nachrichten
– eine Nachrichtenauswerte- und Steuereinheit 342 zum Auswerten der Nachrichten und Erzeugen von Steuerinformationen
– einen Codegenerator 304, der den Spreizcode erzeugt
– einen Taktgenerator 310 zum Erzeugen des Taktes des Codegenerators 304, wobei der Takt des Taktgenerators 310 von der Nachrichtenauswerte- und Steuereinheit 342 bestimmt wird, und
– einen Formatierer 318, der zumindest den von dem Codegenerator 304 erzeugten Spreizcode zu dem Bitstrom formatiert, puffert und an die Sendeeinheit 332 weiterleitet.

Diese Station 102 ist geeignet, um den Teil des oben beschriebenen Verfahrens durchzuführen, den die erste Station 102 betrifft. Die dort beschriebenen Merkmale können entsprechend auf die Station 102 angewandt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird, wie in 3B gezeigt, ein Transmitter 106 zum Empfangen eines Bitstroms und Senden eines mit dem Bitstrom modulierten Signals bereitgestellt, wobei der Transmitter 106

– ein erstes Sendemodul 336 aufweist zum Senden des modulierten Signals
– ein erstes Empfangsmodul 334 zum Empfangen des Bitstroms
– einen Codepuffer 324 aufweist zum Zwischenspeichern des empfangenen Bitstroms,
– einen Codepufferzustandsanzeiger 322 zum Erfassen des Pufferzustandes und zum Erzeugen einer Pufferzustandsnachricht aufweist
– ein zweites Sendemodul 336 aufweist, das Pufferzustandsnachrichten von dem Codepufferzustandsanzeiger 322 erhält und
– einen Signalgenerator 326 aufweist zum Erzeugen eines Signals aus zumindest den im Codepuffer 324 enthaltenen Daten.

Dieser Transmitter 106 ist geeignet, um den Teil des oben beschriebenen Verfahrens durchzuführen, den die zweite Station 106 etrifft. Die dort beschriebenen Merkmale können entsprechend auf den Transmitter 106 angewandt werden.
In den Bitstrom, mit dem das abzustrahlende Signal moduliert wird, können vor der Modulation noch weitere Daten oder Codes eingefügt werden oder der Bitstrom kann selbst noch mit Daten oder einem weiteren Code, z. B. einem Sekundärcode vor dieser Modulation moduliert bzw. modifiziert werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Transmitter 106 ein zweites Empfangsmodul 344 auf, das die weiteren Codes oder Daten, mit denen der Bitstrom manipuliert werden kann, empfangen kann.
Gemäß einer Ausführungsform können Codes oder Daten ganz oder teilweise auch bereits in dem Transmitter 106 gespeichert sein oder dort mit z. B. einem Codegenerator erzeugt werden.
Gemäß einer Ausführungsform können auch Daten zur Synchronisation verschiedener Codes, die z. B. jeweils einem Dienst zugeordnet werden können können, empfangen werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein System 100 bereitgestellt, das

– eine erste Station 102, die die oben beschriebenen Merkmale aufweist, und
– einen Transmitter 106, der die oben beschriebenen Merkmale der zweiten Station 106 bzw. des Transmitters 106 aufweist.

Das System 100 ist somit geeignet, das oben beschriebene Verfahren durchzuführen. Die dort beschriebenen Merkmale können entsprechend auf das System 100 angewandt werden.
Das System kann selbstverständlich aus mehreren ersten Stationen 102 und insbesondere aus mehreren Transmittern 106 bestehen.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele gemäß Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Hierbei wird beispielhaft von einer Umgebung ähnlich derer in GATE ausgegangen. Das heißt, ein wie oben kurz erläutertes Testgebiet für Satellitennavigation mit einer Zentralstation, die der ersten Station 102 in obigen Ausführungsformen entspricht, und mehreren Transmittern, die jeweils einer zweiten Station 106 in obigen Ausführungsformen entsprechen. Die Transmitter strahlen ein simuliertes Satellitennavigationssignal ab, das entsprechend der Position des Nutzers nachzuführen ist. Der Nutzer hat im Idealfall eine direkte Sichtlinienverbindung zu den Transmittern, die er als „Satelliten” erkennt.
Die Daten zum Nachführen der Signale, so dass z. B. die Abstrahlung der Signale zeitlich so erfolgt, als ob sie mit der Entfernung eines Satelliten abgestrahlt werden, und die Navigationsdaten des nicht-PRS-Teils des Systems können z. B. wie im GATE-System beibehalten werden. Das GATE-Konzept beruht im wesentlichen darauf, dass der Nutzerempfänger mit einem getrennten Referenzempfänger (z. B. GPS-Empfänger) ko-lokiert ist, und die damit bestimmte Referenzposition (z. B. drahtlos) an die Zentrale gesendet wird. Die Zentrale berechnet schließlich die Nachführung für die Transmittersignale und sendet die Nachführungsdaten an die Transmitter.
4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Der PRS-Codegenerator 304 und das Datenverschlüsselungsmodul 406 bilden die beiden Elemente, die sich innerhalb der Sicherheitsumgebung befinden. Die Codetaktrate für die individuellen Sichtlinien wird von Codepufferstatusnachrichten, die der Transmitter 106 in der Codepufferstatuseinheit 322 generiert, über die Verbindung 316 diktiert. Sie ist abhängig von dem Zustand des Codepuffers 324, der in der Codepufferstatuseinheit 322 überwacht wird. Aus den Codepufferstatusnachrichten erzeugt der Coderatentaktgenerator 310 der Zentralen Einheit 102 den Takt für den PRS Codegenerator 304. Es ist anzumerken, dass die letzendliche Feinabstimmung der Coderate in dem Transmitter 106 vorgenommen wird. Wichtig an dieser Stelle ist, sicherzustellen, dass es nicht zu einem Überlaufen oder zu einer Unterschreitung der Puffer 138, 324 kommt.
Der PRS-Codegenerator 304 erzeugt die Codebits, die in den Codepuffer/Formatierer 318 geschrieben werden.
Die Verarbeitungseinrichtung 408 (z. B. GPF, GATE Processing Facility) erzeugt in der Klartexterzeugungseinheit 414 die Klartextdaten, die in das Verschlüsselungsmodul 406 gefüttert werden.
Die PRS Codebits und das verschlüssselte NAV-Signal werden z. B. in einem starren Zeitverhältnis zusammengesetzt, das gemäß der Signalstruktur definiert ist (einschließlich FEC, Forward Error Correction, etc.). Nachfolgend wird der kombinierte Daten-Codebitstrom formatiert, eventuell nochmals verschlüsselt und an den Codepuffer 324 des Transmitters 106 über die Verbindung 420 des drahtlosen Netzwerkes 104 gesendet. Es sei angemerkt, dass dies z. B. ein WLAN-Netzwerk, ein Mobilfunknetzwerk, aber auch eine direkte Funkverbindung oder andere Verbindungens sein können.
Im Transmitter 106 wird der Bitstrom entsprechend dem Übertragungsprotokoll der Verbindung 420 wieder ausgepackt und in den Codepuffer 324 geschrieben. Die Signalgenerator-Hardware 326 liest die Datenbits aus dem Codepuffer 324 auf Verlangen aus und moduliert die Bits auf das GNSS (Global Navigation Satellite System) Signal in Echtzeit. Es ist notwendig, dass der Signalgenerator 326 die PRS Codebits in Echtzeit in seine digitale Logik takten kann. Hier findet die Feinsynchronisation statt.
Der Status des Codepuffers 324 wird in dem Codepufferzustandsmodul 322 überwacht und über das Sendemodul 326 an die Zentralstation 102 gesendet. Der Codetakt wird entsprechend dem Füllstand des Puffers 324 eingestellt.
Gemäß der beispielhaften GATE-Testanordnung kann die GPF 408 noch weitere Daten wie z. B. Nachführungsdaten zum Einstellen des nutzerpositionsabhängigen Abstrahlzeitpunktes oder sonstige Steuerdaten z. B. über eine weitere Verbindung an den Transmitter 106 senden. Weiterhin kann auch der Transmitter 106 Daten, wie z. B. Zustandsdaten, Erwiderungen auf Steuerbefehle etc. an die Zentrale Einrichtung 102 senden.
Die Details der Schnittstellenfunktionalität der Zentralen Einrichtung 102 werden in 5 gezeigt. Die Zentraleinheit 102 benötigt ein Mittel, um den anfänglichen Zeitstempel 502 an den PRS-Codegenerator 304 zu senden, sowie einen Trigger 504, um die Codegenerierung zu starten (die Trigger-Funktionalität könnte auch durch die Anfangs-Zeitstempelschnittstelle 502 implementiert werden, wird hier aber der Klarheit wegen explizit dargestellt).
Nach der Initialisierung muss der PR-Codegenerator 304 von einem Taktsignal oder alternativ von einer Datenschnittstelle 506, die den Codetakt mit einem regelmäßigen Intervall spezifiziert, getrieben werden.
Die Ausgabe des PRS-Codegenerators 304 ist der Codebitstrom 508 und ein Zähler 510, der an der Datenbitgrenze erhöht wird. Es gibt zahlreiche Arten, diese Funktionalität zu implementieren, aber der wichtige Punkt ist, dass es möglich ist, genau zu erkennen, an welchem PRS-Codebit die Datenbitgrenze liegt. Es muss auch möglich sein, den absoluten Zeitrahmen des Bitstroms zu rekonstruieren.
Die letzte Schritt innerhalb des Codepuffers ist, die Datenbits auf den Bitstrom 508 anzuwenden, einen absouluten Zeitstempel 512 anzuwenden (rekonstruiert aus dem Datenbitzähler 510 und dem anfänglich konfigurierten Zeitstempel 502) und eine Formatierung des Bitstroms 508 vorzunehmen. Vorzugsweise wird auch der FEC an dieser Stelle angewandt (dies wird in keinster Weise das Datenvolumen erhöhen).
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Initialisierungsphase beschrieben.
Die Initialisierungsphase erfordert eine besondere Aufmerksamkeit. Insbesondere muss der PRS-Bitstrom 320 mit den Nicht-PRS-Signalen 422 synchronisiert werden. Grundsätzlich gibt es hierfür zwei Arten, um dies zu bewerkstelligen. Eine ist, den Nicht-PRS-Teil des Systems zu starten und dann den PRS-Teil nachzuführen, um es zu synchronisieren. Alternativ kann der PRS-Teil gestartet werden und der Nicht-PRS-Teil auf den PRS-Teil synchronisiert werden.
Für den Fall, dass die PRS-Codes auf den bereits eingerichteten Nicht-PRS-Modus des Systems synchronisiert sind, könnte die Initialisierungssequenz folgendermaßen aussehen:

– Starten des nicht-PRS-Dienstes
– Warten, dass das System sich im Nicht-PRS-Modus synchronisiert
– Initialisieren und Triggern des PRS Codegenerators 304
– Warten, dass sich der Code-Puffers 324 gefüllt ist
– Der Transmitter 106 springt an die richtige Position im Puffer 324 und startet den Nachführprozess

Besonders Schritt 4 benötigt Aufmerksamkeit. Da die Kommunikation zwischen der Zentralen Einrichtung 102 und dem Transmitter 106 Latenz ausgesetzt ist und darüber hinaus diese Latenz nicht stabil sein könnte, muss der Puffer 324 auf der Transmitterseite diesem Rechnung tragen. Auch die Beschleunigung des PRS Codegenerators 304 kann begrenzt sein, d. h. es könnte sein, dass dieser derart gestaltet ist, dass die Rate nur im Dopplerbereich geändert werden kann.
Um dieses Problem zu beseitigen, wird der Einsatz eines sehr großen Codepuffers 324 vorgeschlagen. Wenn der Puffer voll ist, kann der Signalgenerator 326 zu der mehr oder weniger richtigen Position springen und die Nachführung von hier aus starten. Dem Pufferzustand kann dann gewährt werden, sich langsam wiederherzustellen. Eine Puffergröße von 32 Mbyte sollte eine Unsicherheit von ca. 30 s erlauben.
Vorzugsweise lässt man den Transmitter 106 sich selbst autonom synchronisieren (jedoch initialisiert von der Zentraleinheit). Der Transmitter 106 muss beide Codestreams (PRS und Nicht-PRS) 420, 422 zusammen einrasten.
Im alternativen Fall, wenn zunächst der PRS-Code synchronisiert ist und dann der Nicht-PRS-Teil auf den PRS-Teil synchronisiert wird, wäre die Sequenz ähnlich:

– Starten des PRS-Services
– Warten, dass das System sich im PRS Mode synchronisiert
– Nicht-PRS-Modus starten und den Transmitter 106 die Kontrolle der PRS-Nachführung übernehmen lassen, so dass er sich auf die PRS-Codes synchronisieren kann
– Nachdem die Codes aufeinander eingerastet sind, die Kontrolle wieder an die Zentrale Einrichtung 102 zurückgeben.

Diese eher komplizierte und unelegante Synchronisierung zwischen den PRS- und Nicht-PRS-Signalen 420, 422 kann jedoch vermieden werden, indem der gesamte Codestream in einem Stück in der Zentraleinheit 102 generiert wird. Die Synchronisierung findet, wie in 6 gezeigt, im dem Codepuffer 318 der Zentraleinheit statt. In diesem Fall werden nur die Nachführnachrichten über die Verbindung 622 gesendet. Die Nicht-PRS-Nachrichten 602, einschließlich Zeitstempel, werden an den Codepuffer/Formatierer 318 gesendet, wo ein kombinierter, eingerasteter Bitstream für das komplette Signal erzeugt wird.
Das gesamte System wird z. B. durch die traditionellen GATE-Nachführdaten gesteuert. Der Signalgenerator 118 zieht den Bitstrom über den Codepufferstatus 122 aus dem PRS-Codegenerator 104 (Verbindung 428) aus dem Datenverschlüsselungsmodul (Verbindung 412) und die Nicht-PRS-Navigationsdaten aus der GPF (Verbindung 602).
Die Änderungen der Schnittstelle sind in 7 dargestellt. Alle Zeitstempelpfeile (602, 608, 402) sind nicht notwendig und es könnte notwendig sein, eine Art von „Herauszieh”- oder Rückfrage-Mechanismus vom Codepuffer 318 zur GPF 408 zu implementieren. Die Verfügbarkeit des Nicht-PRS-Codes in dem Codepuffer 318 ist implizit inbegriffen.
Der Codepuffer 318 ist somit zu einem komplizierten Bauteil geworden, das auch das Einrasten der Codes zusammen durchführt.
In diesem Szenario wird die Datenrate auf aufrechtzuerhaltende 8,5 Mbytes/Sekunde erhöht. Jedoch ist es nicht notwendig, die periodischen Codes über die z. B. drahtlose Kommunikationsverbindung 416 zu senden.
In einer Variation werden die Datenrahmen, die mit dem PRS-Bitsreamstruktur synchronisiert sind, übertragen und die periodischen Codes ausgelassen. Diese könnten in dem Transmitter 106 ausgefüllt werden.
Die Erfindung kann auch in anderen CDMA-Systemen angewandt werden, bei denen ein Transmitter die CDMA-Signale abstrahlt. Es wäre auch ein Einsatz in Systemen mit anderen Übertragungsverfahren, bei denen Codes eingesetzt werden denkbar, wie z. B. das Frequency Hopping-Spreizcodeverfahren, bei dem die Frequenzsequenz einem bestimmten Code folgt.
Einsatzgebiete für Spreizcodeverfahren sind neben der Satellitenkommunikation z. B. Unterwasserkommunikation, lokale Drahtlossysteme (WLL wireless local loop), wie z. B. WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), drahtlose lokale Netzwerke (WLAN wireless local area networks), drahtlos-Kommunikationssysteme wie z. B. DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications), zellulare Systeme, wie z. B. UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), CDMA2000, etc, Satellitenkommunikation, Ultrabreitbandsysteme (Ultra wideband systems), (Digital) Power-Line Kommunikation, Kabel- und TV Netzwerke und Lichtleitfasersysteme, Entfernungsmessung, wie z. B. Radar, etc.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006040477 [0011]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

IEEE-802.11-Standard [0028]

Claims

Patentanspruch 1 Verfahren zur Erzeugung eines Signals, wobei das Signal ein Spreizcodesignal ist, und wobei das Spreizcodesignal eine Spreizcodefolge aufweist dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizcodefolge in einer ersten Station erzeugt wird, die Spreizcodefolge von der ersten Station über eine Verbindung zu einer zweiten Station sendet die zweite Station die Spreizcodefolge empfängt und aus der Spreizcodefolge das Spreizcodesignal erzeugt.
Patentanspruch 2 Verfahren gemäß Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Station den Spreizcode zu einer verschlüsselten Spreizcodefolge verschlüsselt und/oder die Daten verschlüsselt, die erste Station die verschlüsselte Spreizcodefolge und/oder verschlüsselten Daten, mit denen der Spreizcode moduliert wird, zu der zweiten Station überträgt, die zweite Station aus der verschlüsselten Spreizcodefolge und/oder den verschlüsselten Daten ein verschlüsseltes Spreizcodesignal erzeugt.
Patentanspruch 3 Verfahren gemäß Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Codefolgen und/oder Daten einem ersten Dienst zugeordnet sind, und die zweite Station mindestens eine weitere Codefolge und/oder weitere Daten, die mindestens einem weiteren Dienst zugeordnet sind, über mindestens eine weitere Verbindung erhält, und die zweite Station die mindestestens eine weitere Codefolge und/oder die weiteren Daten gemäß einer vordefinierten Struktur zu einer Bitfolge zusammenführt, und der Transmitter das Hochfrequenzsignal mit der Bitfolge moduliert.
Patentanspruch 4 gemäß Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Station verschlüsselte Spreizcodes und/oder verschlüsselte Daten eines ersten Dienstes mit unverschlüsselten Spreizcodes und/oder unverschlüsselten Daten eines weiteren Dienstes zu einer Bitfolge zusammenführt und über die drahtlose Verbindung an die zweite Station sendet.
Patentanspruch 5 gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizcodes und/oder Daten in einem Puffer in der zweiten Station zwischengespeichert werden, der Füllstatus des Puffers überwacht wird, eine Nachricht betreffend den Füllstand an die erste Station gesendet wird und die Nutzdatenübertragungsrate der drahtlosen Verbindung von der ersten Station zu der zweiten Station durch Auswertung dieser Nachricht gesteuert wird.
Patentanspruch 6 Verfahren gemäß Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Synchronisierung zweier Dienste stattfindet, wobei – der Bitstrom des ersten Dienstes an die zweite Station einen Synchronisationspunkt enthält und wobei folgende Schritte durchgeführt werden: – Starten des ersten Dienstes – Synchronisierung des Systems auf den ersten Dienst – Starten des zweiten Dienstes – Füllen des Puffers in der zweiten Station mindestens soweit, dass der Puffer den Synchronisationspunkt des ersten Dienstes enthält – Synchronisierung des zweiten Dienstes auf den Synchronisationspunkt des ersten Dienstes
Patentanspruch 7 Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Synchronisierung zweier Dienste stattfindet, wobei – der in der ersten Station erzeugte Bitstrom des ersten Dienstes einen Synchronisationspunkt enthält und wobei folgende Schritte durchgeführt werden: – Starten des ersten Dienstes – Synchronisierung des Systems auf den ersten Dienst – Starten des zweiten Dienstes – Füllen des Puffers in der ersten Station mindestens soweit, dass der Puffer den Synchronisationspunkt des ersten Dienstes enthält – Synchronisierung des zweiten Dienst auf den Synchronisationspunkt des ersten Dienstes
Patentanspruch 8 Station zum Übertragen eines Bitstroms, wobei der Bitstrom einen Spreizcode aufweist und der Bitstrom in Halbechtzeit übertragen wird dadurch gekennzeichnet, dass die Station – ein Sendemodul zum Senden des Bitstroms aufweist – ein Empfangsmodul zum Empfangen von Nachrichten aufweist – eine Nachrichtenauswerte- und Steuereinheit zum Auswerten der Nachrichten und Erzeugen von Steuerinformationen aufweist – einen Codegenerator aufweist, der den Spreizcode erzeugt – einen Taktgenerator zum Erzeugen des Taktes des Codegenerators aufweist, wobei der Takt des Taktgenerators von der Nachrichtenauswerte- und Steuereinheit bestimmt wird – einen Formatierer aufweist, der zumindest den von dem Codegenerator erzeugten Spreizcode zu dem Bitstrom formatiert, puffert und an die Sendeeinheit weiterleitet.
Patentanspruch 9 Transmitter, zum Empfangen eines Bitstroms und Senden eines mit dem Bitstrom modulierten Signals dadurch gekennzeichnet, dass der Transmitter – ein erstes Sendemodul aufweist zum Senden des modulierten Signals – ein erstes Empfangsmodul zum Empfangen des Bitstroms – einen Codepuffer aufweist zum Zwischenspeichern des empfangenen Bitstroms, – einen Codepufferzustandsanzeiger zum Erfassen des Pufferzustandes und zum Erzeugen einer Pufferzustandsnachricht – ein zweites Sendemodul aufweist, das Pufferzustandsnachrichten von dem Codepufferzustandsanzeiger erhält und – einen Signalgenerator aufweist zum Erzeugen eines Signals aus zumindest den im Codepuffer enthaltenen Daten
Patentanspruch 10 System zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System – eine erste Station nach Anspruch 8 aufweist, und – einen Transmitter nach Anspruch 9 aufweist