DE102015008020A1 - Digitale Störgrößenmodulation zur Maximierung des erzielbaren Datendurchsatzes von Nachrichtenübertragungssystemen - Google Patents

Abstract

Mit der Erfindung wird angestrebt, die offensichtlich vorhandenen Leistungsreserven moderner Datenübertragungssysteme mit digitaler Trägermodulation (so genannter Modems) technisch optimal zu nutzen und hierzu sogar in unkonventioneller Weise die ohnehin natürlich vorkommenden Störgrößen, wie beispielsweise normalverteiltes Rauschen, als Trägersignale heranzuziehen. Hierbei werden zusätzlich zu den üblicherweise übertragenen Bitfolgen (in der Beschreibung als Primärdaten bezeichnet) auch die so genannten Sekundärdaten übertragen, welche das in einem Störgrößengenerator künstlich erzeugte Störsignal zeit- und wertdiskret modulieren. Nach Linearkombination beider getrennt modulierter Signale entsteht das so modifizierte Sendesignal, welches von dem DSK-Modulator (DSK = „Distortion Shift Keying”, Störgrößen-Umtastung) ausgehend durch den bandbegrenzten Übertragungskanal geschickt und dem DSK-Demodulator zugeführt wird. Die Rückgewinnung des Primär- und des Sekundärdatenstromes erfolgt im Empfänger getrennt, wobei speziell im Sekundärkanal die statistischen Parameter des eintreffenden Störsignals mit sehr hoher Rechengeschwindigkeit laufend zu ermitteln sind. Bei einer speziellen Ausprägung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden ausschließlich die Sekundärdaten übertragen und modulieren die Standardabweichung eines im Sender künstlich erzeugten, normalverteilten Rauschsignals. Das wegen der sendeseitigen Umtastung der Störsignalvarianz σ² mit dem Arbeitstitel „Sigma Shift Keying” bezeichnete digitale Modulationsverfahren kann extrem leistungssparend, äußerst robust, effizient und von Unbefugten nur schwer abhörbar realisiert werden. Die Anlehnung an Vorbilder aus der Natur und an die Kommunikation zwischen Lebewesen ist beabsichtigt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein neuartiges Verfahren zur ultimativen Erhöhung der pro Zeiteinheit in einer vorgegebenen Frequenzbandbreite übertragbaren Datenmenge durch Einsatz der in den Patentansprüchen beschriebenen Modulations- und Demodulationssysteme (gebräuchliche Kurzbezeichnung: Modems). Im Zeitalter der modernen Massenkommunikation streben Systemhersteller und Netzwerkbetreiber eine immer effizientere und wirtschaftlich günstigere Ausnutzung der verfügbaren Nachrichtenwege an. Halbleitertechnologische Fortschritte, innovative Signalverarbeitungsalgorithmen und hoch spezialisierte Hardware-Bausteine ermöglichen heute die Realisierung von Modems, die in ihren Eigenschaften bis auf winzige Abweichungen fast vollständig an die physikalischen und informationstheoretischen Grenzen heranreichen. Nach jahrzehntelangen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten ist dadurch eine gewisse Stagnation eingetreten, da diese Grenzen weiteres Suchen nach Verbesserungsmöglichkeiten als unnütz erscheinen lassen. Im Zuge der geleisteten Arbeiten wurden verschiedenste Techniken entwickelt zur Unterdrückung bzw. vollständigen Kompensation sämtlicher Störgrößen, welche sowohl die Qualität als auch die Geschwindigkeit der transportierten Daten mindern. Die Qualität wird in erster Linie durch die Anzahl der empfangsseitig fehlerhaft erkannten Zeichen bezogen auf die Zahl der insgesamt übertragenen Zeichen erfasst und durch die so genannte Bitfehlerquote (englisch: „bit error rate” = BER) ausgedrückt. Sämtliche statischen oder zeitveränderlichen Störgrößen wurden und werden bis dato als inhärent schädlich für die Datenübertragung eingestuft. Der aktuelle Stand der Technik ist gekennzeichnet durch vielfältige regelungstechnische Verfahren zur nahezu vollständigen Beseitigung aller relevanten Störgrößen (englisch: „distortions”) mit hinreichender Geschwindigkeit sowie vertretbarem Material- und Kostenaufwand. Darüber hinaus sind bei konservativ dimensionierten Modems meistens erhebliche Reserven gegenüber den tolerierbaren Störleistungen vorhanden. Der so entstehende Toleranzbereich hin zur anwendungs-technisch gewünschten Bitfehlerrate von z. B. BER = 10^–6 bleibt dann ungenutzt. Die in der Erfindung vorgeschlagene Strategie zielt darauf ab, auch diese verfügbaren Reserven ohne allzu großen Schaltungsaufwand zur gleichzeitigen Übertragung zusätzlicher Daten – so genannter Sekundärdaten – zu verwenden.
• Dabei wird im Vergleich mit den Vorgängerstrategien ein Paradigmenwechsel vollzogen. Die meist bereits ohnehin natürlich vorhandenen und bisher als schädlich betrachteten Störgrößen werden als Träger zusätzlicher Nutzinformation eingesetzt. Im übertragenen Sinne wird so der „Feind” für eigene Zwecke ausgenutzt. Die englische Redensart „If you can't beat them, join them” beschreibt die Herangehensweise recht gut.
• Das vorgeschlagene Modulationsverfahren wird im Folgenden durch die im nachrichtentechnischen Sprachgebrauch für eine Störgrößenumtastung sinnvolle Abkürzung DSK („distortion shift keying”) bezeichnet. Es wird zunächst prinzipiell unterschieden zwischen dem mit konventionellen Mitteln übertragenen Hauptdatenstrom – im Folgenden Primärdaten genannt – und dem zusätzlich gleichzeitig ermöglichten Datenstrom, der in Form von so genannten Sekundärdatensymbolen die Störgrößensignale digital moduliert und über den gleichen Kanal transportiert wird.
• In 1, einer ersten Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Anordnung, wird durch ein Blockschaltbild erläutert, wie die wesentlichen Module der Übertragungskette benannt sind und zusammenwirken. Sendeseitig befindet sich der digitale Störgrößenmodulator (1) (DSK-Modulator), an den zusätzlich zur Primärdatenquelle (2) eine Sekundärdatenquelle (3) sowie ein Störsignalgenerator (4) zur Erzeugung künstlicher Störsignale mit definierten Eigenschaften angeschlossen ist. Diese Eigenschaften umfassen bei determinierten Störgrößen deren durch analytische Beschreibungsverfahren explizit festgelegte Zeitverläufe, welche durch Größen wie Effektiv- oder Spitzenwerte von Spannungen und Strömen, Phasenwinkel, Signalleistung, Frequenzspektrum usw. erfassbar sind. Bei der zweiten und zugleich hier hauptsächlich betrachteten Kategorie, den stochastischen Störgrößen, sind die tatsächlichen Zeitverläufe der Signale nicht bekannt. Sie unterliegen dem Zufall und sind daher nur mit den Mitteln der Wahrscheinlichkeitsrechnung mathematisch zugänglich.
• Das digital modulierte Sendesignal gelangt nach Durchlaufen des Übertragungskanals (5) zum DSK-Demodulator (6). Ein Teil des Empfangssignals wird abgezweigt und einem Systemblock zur statistischen Schätzung der Störgrößenparameter (7) zugeführt. Größen wie Intensität und zeitlicher Verlauf der Störsignalparameter werden in einem Sekundärdatendetektor (8) berechnet, der die Form und die Nulldurchgänge der Störsignalparameterverläufe ermittelt und hieraus anschließend die diskreten Amplitudenstufen der Sekundärsignale rekonstruiert. Der Hauptdatenstrom wird mit einem konventionellen Detektor, dem Primärdatendetektor (9), zurückgewonnen.
• Allgemeine Unterscheidungsmerkmale für jegliche Art der digitalen Signalübertragung ergeben sich durch die Anwesenheit oder das Fehlen eines oder mehrerer paarweise orthogonaler Trägersignale. Obwohl nicht zwingend vorausgesetzt, werden traditionell ausschließlich trigonometrische sin- und cos-Funktionen oder rechteckförmige periodische Signalfolgen als Trägerschwingungen eingesetzt. Physikalisch sinnvoll und mathematisch plausibel ist das Aufbringen (Modulieren) der Nutzinformation auf mindestens einen der drei bestimmenden Signalparameter: Amplitude, Frequenz und Phase. Digitale Modulation erfolgt durch zeit- und wertdiskrete Umschaltung – die so genannte Umtastung (englisch: „shift keying”) – mindestens eines der drei genannten Parameter. Erfolgt die Übertragung durch den Kanal störungsfrei, so gibt es für jedes dieser digitalen Modulationsverfahren geeignete Empfangs- und Detektionsmethoden zur fehlerfreien Rückgewinnung der sendeseitig eingespeisten Primärdaten. Falls jedoch während der Übertragung Störungen auftreten, so entstehen sporadisch oder periodisch auftretende Symbolfehler, deren Anzahl sich in der Bitfehlerrate rechnerisch erfassen und somit aussagekräftig darstellen lässt.
• Als Störgrößen werden im Folgenden entweder natürlich vorkommende oder technisch erzeugte Signale bezeichnet, die zeitlich konstant oder zeitveränderlich sein können. Zusätzliche Unterscheidungsmöglichkeiten können durch die statistischen Eigenschaften der Störsignale gegeben sein. Insbesondere die Häufigkeiten des Auftretens bestimmter Signalamplituden, Signalfrequenzen oder -phasen, bezogen auf einen definierten Beobachtungszeitraum, sind messbare, signalspezifische und beschreibungsrelevante Hilfsgrößen. Leider ist der Signalerfassungszeitraum durch die zur Verfügung stehenden Speichermöglichkeiten in der Praxis immer begrenzt, so dass die exakten statistischen Parameter (Mittelwert, Standardabweichung und höhere Momente) der Grundgesamtheit aller Signale aus dieser Klasse lediglich geschätzt werden können. Die Schätzgenauigkeit steigt natürlich mit der Anzahl der Messwerte (= Abtastwerte, englisch: „samples”), die als Berechnungsgrundlage vorliegen.
• Die Liste physikalisch realer Störgrößen ist lang und kann daher nur auszugsweise wiedergegeben werden. Technisch relevante und die Übertragungsqualität hauptsächlich mindernde Störphänomene sind:
• – Additives, normalverteiltes Kanalrauschen mit Mittelwert μ und Standardabweichung σ (also Varianz σ²).
• – Statistisch schwankende Nulldurchgangszeitpunkte des Trägersignals (englisch: „carrier jitter”).
• – Statistisch schwankende Schaltzeitpunkte des periodischen Taktsignals (englisch: „clock jitter”).
• – Im Übertragungskanal entstehende Schwundphänomene (englisch: „fading”), d. h. konstruktive oder destruktive Überlagerung mehrerer, im Kanal ausbreitungsfähiger Wellen. Hierbei entstehen Überhöhungen und/oder frequenzselektive Einbrüche (so genannte „notches”) im Betragsspektrum des Empfangssignals sowie Verzerrungen des Phasenspektrums. Im Zeitbereich weichen die am Detektor empfangsseitig ankommenden Signale somit mehr oder weniger stark von der idealen Impulsform ab und müssen durch Entzerrer (englisch: „equalizer”) aufwändig rekonstruiert werden.
• – Im gleichen Frequenzband auftretende, so genannte Gleichkanal-Störungen, welche durch äußere, nicht zum System gehörende Quellen hervorgerufen werden.
• – Nachbarkanal-Störungen, die von äußeren Quellen hervorgerufen werden, deren hauptsächliches Signalspektrum außerhalb des betrachteten Übertragungsfrequenzbandes liegt. Die unerwünschten Störgrößeneinkopplungen verursachen sporadisch oder dauerhaft auftretende Verzerrungen der Pulsformen am Detektoreingang und führen ohne geeignete Korrekturmaßnahmen zu Bitfehlern.
• – Verformungen der Detektoreingangssignale durch Intersymbol-Interferenz (ISI), d. h. ungünstige Beeinflussung des Hauptimpulses als Folge von Überlagerung mit nicht hinreichend abgeklungenen, zeitlich früheren und späteren Impulsen, den so genannten Vor- und Nachläufersymbolen.
• – Phasenwinkelabweichungen von der Orthogonalitätsbedingung (90°) des Inphasenrelativ zum Quadraturphasen-Trägersignals („I/Q imbalance”).
• – Signalverzerrungen durch Nichtlinearitäten, insbesondere Über- und Unteraussteuerung von Mischern, Verstärkern oder anderer Baugruppen.
• Alle genannten Störgrößen müssen mit geeigneten Regelkreisen während des laufenden Betriebes hinreichend schnell beseitigt werden. Üblich sind zum Beispiel automatische Verstärkungsregler (englisch: „automatic gain control”, AGC), adaptive Entzerrer (englisch: „adaptive equalizer”) und Phasenregelkreise (englisch: „phase-locked loop”, PLL) für Takt- und Trägersignale. Zur Korrektur der dennoch verbleibenden Symbolfehler stehen diverse Symbolfehlererkennungs- und -korrekturverfahren zur Verfügung. Dabei sind jedoch zusätzliche Prüfbits notwendig, die wiederum ein Extra an belegter Frequenzbandbreite oder längere Übertragungszeit der Primärdaten voraussetzen.
• Das Spektrum an Möglichkeiten zur Verbesserung der Robustheit gegenüber Störgrößen und zur Effizienzsteigerung von Modems wurde im letzten Jahrzehnt noch einmal erheblich erweitert durch den Einsatz von Mehrantennensystemen (englisch: „multiple input/multiple output systems”, MIMO systems), welche räumliche gepaart mit zeitlichen Codierungsverfahren (englisch: „space time coding”, STC) verwenden.
• Stellvertretend für die vielfältig verfügbare einschlägige Literatur seien hier zwei Bücher genannt, nämlich das Standardwerk von Karl-Dirk Kammeyer, „Nachrichtenübertragung", 5. Auflage, Teubner-Verlag, Stuttgart, 2011 sowie das in englischer Sprache geschriebene, international weit verbreitete Lehrbuch von John G. Proakis, „Digital Communications", 5. Auflage, McGraw-Hill Publication Companies, New York, 2008. Informationen zu Analyse und Synthese von besonders bandbreiteeffizienten Übertragungssystemen mit mehreren Ein- und Ausgängen findet man z. B. in Horst Bessai, „MIMO Signals and Systems", Springer, New York, 2006.
• Ein wesentlicher Grund dafür, dass die digitale Störgrößenmodulation bisher nicht näher betrachtet und erst recht nicht praktisch realisiert wurde, war das Fehlen geeigneter – vor allem hinreichend schneller – digitaler Signalerzeugungs- und -verarbeitungsmodule. Technologische Fortschritte bei der Entwicklung hochratiger Digital-/Analogwandler sowie extrem kurze Abtastzeitintervalle in Analog-/Digitalwandlern sorgen für sehr präzise Repräsentation der zeitkontinuierlichen Signale durch zeitdiskrete Abtastwertefolgen. Außerdem bieten heute kommerziell verfügbare Digitale Signalprozessoren (DSPs) Rechenleistungen, die noch vor wenigen Jahren für undenkbar gehalten wurden.
• Die sendeseitigen Funktionsblöcke des digitalen Störgrößenmodulators (1) („Distortion Shift Keying”-Modulator) sind in 2 detaillierter dargestellt. Zu diesem DSK-Modulator gehören die beiden Quellencodierer (10) und (11), welche die Rohdaten aus der Primärquelle (2) und der Sekundärquelle (3) jeweils in redundanzreduzierter, binärer oder mehrstufiger Form den beiden Modulatoren (12) und (13) zuführen. Sowohl der digitale Modulator (12) als auch der Störgrößenmodulator (13) benötigen entweder rechteckförmige Taktsignale oder – im Fall von radiofrequenten und bandpassbegrenzten Übertragungskanälen – trigonometrische Signalfunktionen (sin- bzw. cos-förmig). Der Oszillator des Trägersignalgenerators (14) übernimmt diese Aufgabe und stellt die passenden Signale mit stabiler Frequenz und den geforderten Phasenlagen bereit. Zusätzlich werden Störsignale aus einer der zuvor beschriebenen Signalklassen im Störsignalgenerator (4) digital synthetisiert und im Störgrößenmodulator (13) durch den Sekundärdatenstrom in mindestens einem ihrer charakteristischen Parameter diskret umgetastet. Die Ausgänge der beiden Modulatoren (12) und (13) werden dann in Form einer Linearkombination (15) mit geeigneten Koeffizienten gewichtet und addiert. Da das modulierte Störgrößensignal nur einen sehr geringen Teil des Dynamikbereiches ausfüllen soll, wird man den zugehörigen Koeffizienten im Sekundärzweig wesentlich kleiner wählen als denjenigen im Primärzweig. Das so superponierte Sendesignal wird anschließend durch den Übertragungskanal (5) geschickt und gelangt nach Durchlaufen der Übertragungsstrecke als Empfangssignal an den Eingang des DSK-Demodulators (6).
• Die Rückgewinnung der Primär- und der Sekundärdaten aus dem Empfangssignal erfolgt mit der in 3 dargestellten Anordnung. Das Empfangssignal wird hierzu vierfach parallel aufgeteilt. Der konventionell aufgebaute Primärsignaldemodulator (14) benötigt die beiden Phasenregelkreise zur Rückgewinnung des Trägers (17) und des Taktes (18). Der erfindungsgemäß vorgesehene Störgrößenschätzer (7) berechnet aus dem Empfangssignal den zeitdiskreten Verlauf der sendeseitig digital umgetasteten Störgrößenparameter. Deren Wertefolge wird einerseits dem Modul zur Störgrößenkorrektur (19) im Primärzweig und zusätzlich dem Schwellendetektor (21) zur Verfügung gestellt. Dieser prüft im zeitlichen Abstand von jeweils einer Taktdauer periodisch, ob die Störgröße den (oder die) zuvor geeignet eingestellten Schwellenwert(e) übersteigen. So entsteht mindestens ein binärer Datenstrom.
• Im Fall von L = 2^P-stufigen Sekundärsignalen sind P – 1 Entscheidungsschwellen erforderlich und es entstehen ld(L) = P parallele Binär-Datenströme, die anschließend in einem Multiplexer wieder zum seriellen Sekundärdatenstrom zusammengesetzt werden. Gleiches geschieht im Schwellendetektor (20) zur Rückgewinnung des binären Primärdatenstroms. Die beiden Quellendecoder (22) und (23) machen die sendeseitigen Quellencodierungsprozesse rückgängig. Anschließend stehen die Primär- und die Sekundärdaten zur Abnahme in den beiden Nachrichtensenken (24) und (25) bereit.
• Die in den Ansprüchen 4 und 5 beschriebenen Verfahren und Anordnungen sind als Blockschaltbild in 4 skizziert. Hierbei wird im Sinne der zuvor formulierten Definitionen lediglich der Sekundärdatenstrom mit extrem niedrigen Sendeleistungen übertragen. Ausgehend von der Sekundärdatenquelle (3) werden die Rohdaten zunächst im Quellencodierer (11) aufbereitet. Dessen Ausgangssignal tastet die im Störsignalgenerator (4) erzeugten Störsignale mit Hilfe des Störgrößenmodulators (13) digital um. Nachdem das so erzeugte Sendesignal den Übertragungskanal (4) durchlaufen hat, werden aus dem Empfangssignal die zeit- und wertdiskret veränderlichen Störgrößenparameter im Störgrößenschätzer (7) ermittelt und anschließend am Ausgang des Schwellendetektors (21) durch Binärsignalfolgen repräsentiert. Der Quellendecoder (23) macht daraufhin den sendeseitigen Codierungsprozess rückgängig, so dass die ursprünglichen Sekundärdaten an die Senke (25) abgegeben werden können.
• Das spezielle, in Anspruch 5 bezeichnete Verfahren, welches wegen seiner Umtastung der Standardabweichung σ von normalverteiltem Rauschen den Arbeitstitel „Sigma Shift Keying” (SSK) erhielt, kann als Untermenge der DSK-Modulationstechniken betrachtet werden. Wird ein normalverteiltes, mittelwertfreies Rauschsignal in seinem Effektivwert lediglich binär umgetastet, so charakterisieren die Anzahl N der Rauschsamples pro Binärzeichendauer sowie das Verhältnis σ₁/σ₀ der beiden Standardabweichungen die erzielbare Bitfehlerrate. Die Summen der Quadrate von N empfangenen Rauschsamples genügen der Chi-Quadratverteilung mit N Freiheitsgraden. Die Varianz σ² kann dann im Störgrößenschätzer (7) sehr einfach und schnell berechnet werden. Für hinreichend große Anzahlen N lassen sich die beiden Chi-Quadrat-Verteilungen durch zwei Normalverteilungen nähern und man erhält für N > 100 analytisch folgenden monoton fallenden Funktionsverlauf der Bitfehlerrate BER als Funktion des σ₁/σ₀-Verhältnisses:

  

  wobei die komplementäre Fehlerfunktion erfc(x) durch das Integral

  

  definiert ist.
• Die Anordnung zur Ermittlung der Standardabweichung σ des mit der Taktfrequenz der Sekundärdaten ankommenden Störgrößendatenstroms besteht aus einem zeitdiskreten Polynomialsystems, welches als rekursives Hammerstein-Modell ausgeführt ist. Vorteilhaft ist die bestmögliche Schätzung der Varianz aus dem fortlaufenden Datenstrom ohne Informationsverlust und bei besonders einfacher Implementierung. Die Differenzengleichung des Systems lautet

  

  wobei x(k) das zeitdiskrete Eingangssignal des Systems zum k-ten Abtastzeitpunkt und y(k) das zeitdiskrete Ausgangssignal des Systems, ebenfalls zum k-ten Abtastzeitpunkt, repräsentiert. N ist die gewählte Blocklänge der zu verarbeitenden Sekundärdatenfolge. Das Ausgangssignal y(k) entspricht dem Schätzwert der Varianz σ²(k). Die Wurzel hieraus ist die gesuchte Standardabweichung σ(k) im k-ten Zeitpunkt. Zur Analyse der Tiefpass-Filtereigenschaften dieses Systems berechnet man zweckmäßig die zweidimensionale, komplexwertige z-Transformierte der Übertragungsfunktion

  
• Der Betrag des Frequenzganges |H(f₁, f₂)| des zu Testzwecken realisierten Systems zur Schätzung des Varianzverlaufes ist in 5 exemplarisch für eine aus Gründen der besseren Anschaulichkeit bewusst niedrig gewählte Blocklange von N = 10 Samples pro Sekundärdatensymbol über den Frequenzen f_1,2 = 0 bis zur halben Abtastfrequenz f_1,2 = f_A/2 von 5 kHz aufgezeichnet. Als Abtastfrequenz wurde der beliebig gewählte Wert von f_A = 10 kHz angenommen. Deutlich zu erkennen sind die Tiefpasseigenschaften und die Anzahl N/2 + 1 von lokalen Welligkeitsmaxima im zweidimensionalen Sperrbereich.
• Im Rahmen von prototypischen Laboraufbauten und Computersimulationen verschiedener DSK-Modems gelang die Rekonstruktion von Bild- und Audiodaten für σ₁/σ₀ = 1,05 (also σ₁ um nur 5% oberhalb des Effektivwertes σ₀ des Grundrauschens) und N = 100 Rauschsamples pro Sekundärdatenbit.
• Die zwangsläufig auch in DSK-Modems vorhandenen Tiefpass- und Bandpassfilter sind in dieser Beschreibung nicht gesondert erfasst, da das aus der Standardliteratur hinreichend vorhandene einschlägige Grundlagenwissen als bekannt vorausgesetzt wird. Die übliche Aufteilung der Pulsformfilterung in einen sende- und einen empfangsseitigen Wurzel-Kosinus-Frequenzgang mit „Roll-off”-Faktor r wurde bei den Untersuchungen zum Funktionsnachweis selbstverständlich berücksichtigt.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• Karl-Dirk Kammeyer, „Nachrichtenübertragung”, 5. Auflage, Teubner-Verlag, Stuttgart, 2011 [0011]
• John G. Proakis, „Digital Communications”, 5. Auflage, McGraw-Hill Publication Companies, New York, 2008 [0011]
• Horst Bessai, „MIMO Signals and Systems”, Springer, New York, 2006 [0011]

Claims (5)

1. Verfahren und Anordnung zur Übertragung zusätzlicher Daten (im Folgenden Sekundärdaten genannt), welche zeitgleich mit den konventionell übertragenen Daten (im Folgenden Primärdaten genannt) durch den gleichen frequenzbandbegrenzten Nachrichtenkanal geschickt und anschließend in einem digitalen Demodulator getrennt zurückgewonnen werden, dadurch gekennzeichnet, dass, wie in 1 dargestellt, in einem digitalen Störgrößenmodulator (1), dem so genannten „Distortion Shift Keying (DSK)”-Modulator, eine Umtastung des im Störgrößengenerator (4) erzeugten Störsignals nach Maßgabe der Sekundärdaten aus Quelle (3) erfolgt, dass hierdurch ein zusätzliches moduliertes Signal entsteht, welches mit dem durch die Primärdaten aus der Quelle (2) digital modulierten Signal in Form einer Linearkombination zusammengefügt wird, dass dieses Sendesignal durch den Übertragungskanal (5) geleitet und anschließend nach Verzweigung sowohl einem DSK-Demodulator (6) als auch einem Modul (7) zur Schätzung der Störgößenparameter zugeführt wird, dass danach der Störgrößendetektor (8) die binäre Sekundärdatenfolge rekonstruiert und gleichzeitig der konventionell, dem sendeseitigen Modulationsformat entsprechende Primärdatendetektor (9) die Primärdaten zurückgewinnt.
2. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der in 2 dargestellte DSK-Modulator zwei zusätzliche Quellencodier-Einheiten (10) und (11) enthält, welche die binären Primärdaten aus Quelle (2) und die binären Sekundärdaten aus Quelle (3) in Signale mit mehr als zwei Stufen umwandeln, dass diese Mehrstufensignale dann getrennt jeweils einem ersten Modulator (12) im Primärsignalzweig und einem zweiten Modulator (13) im Sekundärdatenzweig zugeführt werden, wobei ein gemeinsamer Trägersignalgenerator (14) das hochfrequente Trägersignal erzeugt, welches speziell im zweiten Modulator (13) mit dem im Störsignalgenerator (4) erzeugten und durch die Sekundärdaten digital umgetasteten Störsignal in mindestens einem seiner drei charakteristischen Parameter Amplitude, Frequenz oder Phase verändert wird, dass dann die in den beiden Modulatoren (12) und (13) erzeugten Signale in Form einer Linearkombination (15) mit einstellbaren Koeffizienten zum Sendesignal zusammengefügt und dass dieses dann dem bandbegrenzten Übertragungskanal (5) zugeführt wird.
3. Verfahren und Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das gemäß Anspruch 2 im DSK-Modulator erzeugte und nach Durchlaufen des bandbegrenzten Übertragungskanals (5) entstehende Empfangssignal, wie in 3 dargestellt, zunächst in vier Zweige aufgeteilt wird, wobei das Empfangssignal über den ersten Zweig in den Primärsignaldemodulator (16) gelangt, der dem digitalen Umtastverfahren der Primärdaten entsprechend konstruiert ist, dass über den zweiten Zweig das Empfangssignal in einen Regelkreis zur Trägerfrequenz und -phase, das so genannten Trägerrückgewinnungsmodul (17), geleitet wird, dass im dritten Zweig das Empfangssignal in Bezug auf die darin enthaltenen Störgrößenparameter analysiert wird, wozu das Modul zur Störgrößenschätzung (19) vorgesehen ist, dass die so ermittelten Störgrößenparameter dem Störgrößenkorrektursystem (20) und zusätzlich einem Schwellenwertdetektor (21) zugeführt werden, woraus diese Module einerseits Korrekturmaßnahmen für den Primärsignaldemodulator (16) und andererseits im Sekundärdatenzweig das Mehrstufensignal zurückgewinnen, dass zum Schluss im Primärzweig die binären Primärdaten über den ersten Schwellenwertdetektor (22) und den ersten Quellendecodierer (23) wieder verfügbar gemacht werden und parallel hierzu im Sekundärzweig die binären Sekundärdaten hinter dem zweiten Schwellenwertdetektor (21) mit dem zweiten Quellendecodierer (24).
4. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass, wie in 4 dargestellt, ausschließlich die binären Sekundärdaten aus Quelle (3) übertragen werden, wobei diese Daten nach Umcodierung im Quellencodierer (11) dem digitalen Störgrößenmodulator (13) zugeführt werden, der zusätzlich aus dem Störsignalgenerator (4) das zur digitalen Modulation erforderliche und hier durch ein Störsignal repräsentierte Trägersignal erhält, dass das so modulierte DSK-Signal durch den Übertragungskanal (5) geleitet wird und dass anschließend empfangsseitig durch das Modul zur Störgrößenschätzung (7) der Verlauf mindestens eines der wertdiskreten Störgrößenparameter in äquidistanten Zeitabständen ermittelt und im nachfolgenden Schwellenwertdetektor (21) über die Amplitudenstufe der Sekundärdatensymbole entschieden wird, wobei die erforderliche Taktinformation mit Hilfe eines Regelkreises zur Taktrückgewinnung (18) erzeugt wird und dass schließlich der binäre Sekundärdatenstrom am Ausgang des Quellendecodierers (24) in die Sekundärdatensenke (25) gelangt.
5. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Störgröße mittelwertfreie, normalverteilte Rauschsignale mit unterschiedlichen, gemäß der Sekundärdatenfolge diskret umgetasteten Standardabweichungen σ_i (i = 0, 1, 2, ..., L – 1) verwendet werden, wobei L die Stufenzahl der quellencodierten Sekundärdatensignale ist und L = 2 den binären Fall repräsentiert, dass hierbei durch die Anzahl der im Störsignalgenerator (4) erzeugten Rauschsamples pro Sekundärdatensymboldauer und die gewählten Quotienten σ_i/σ_j (i ≠ j) eine für den Sekundärdatenstrom einstellbare Bitfehlerrate erzielbar ist.

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