DE102022113117B3

DE102022113117B3 - Besonders sicheres Mehrträger-Kommunikationsgerät für hohe Datenraten

Info

Publication number: DE102022113117B3
Application number: DE102022113117.3A
Authority: DE
Inventors: gleich Patentinhaber Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-05-24
Filing date: 2022-05-24
Publication date: 2023-10-05
Anticipated expiration: 2042-05-25

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Gerät zur besonders sicheren, störfesten und schwer analysierbaren Kommunikation bei hohen Datenraten mittels Mehrträgerverfahren wie OFDM, bei dem einzelne Mehrträger-Symbole durch eine spezielle Synchronisationsmethode mittels Frequenzsprung auf beliebigen Frequenzen übertragen werden. Hierzu wird jedenfalls ein zusätzliches Chirp-Signal und ein Chirp-Detektor gemäß der Erfindung DE102016008390B3 desselben Erfinders genutzt, bei Nutzung einer auf- und absteigenden Chirp-Frequenzänderung kann zudem sehr einfach eine Frequenzablage zwischen Sender und Empfänger ermittelt und kompensiert werden. Damit wird es ermöglicht, einerseits den Frequenzsprung auf besonders einfache Weise über einen sehr großen Frequenzbereich vorzunehmen und andererseits die Vorteile von OFDM für die Kompensation einer Mehrwegeausbreitung zu nutzen. Dies ermöglicht die Realisierung sehr hoher Datenraten z.B. für gesicherte Video-Datenströme. Durch Wahl eines geeigneten Verschlüsselungsverfahrens für die Informationen zum Frequenzsprung und andere Rahmenparameter entsteht so eine Übertragung, die weder willentlich noch unwillentlich einfach zu stören oder auch nur zu analysieren ist.

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kommunikationsgerät zu konstruieren, welches eine besonders sichere, weil störfeste und schwer zu ortende, andererseits aber breitbandige Kommunikation ermöglicht.
Anwendungen hierzu finden sich unter anderem in der Luftfahrt, wo es wichtig ist, z.B. eine Kommunikation zur Steuerung unbemannter Fluggeräte gegen externe Einflüsse durch Funkstörungen, seien sie ungewollt oder beabsichtigt, abzusichern. Weitere Anwendungen bestehen im Sicherheitsbereich, wo es Tätern verunmöglicht werden soll, die Kommunikation der Sicherheitsdienste zu stören, diese aber in die Lage versetzt werden sollen, z.B. Video-Datenströme mit hoher Bandbreite zu übertragen. Aus naheliegenden Gründen ist im Sicherheitsbereich auch die Lokalisierbarkeit der Geräte durch externe Peilung unerwünscht, um z.B. Angriffe gegen die Technik zu erschweren. Weitere Anwendungen bestehen in der Industrie, z.B. bei selbstfahrenden Fahrzeugen, die in bestimmten Fällen zusätzlich eine sehr sichere Verbindung zur Zentrale einschließlich der Übertragung mobiler Video-Datenströme benötigen, um einen manuellen Eingriff z.B. zur Umfahrung eines Hindernisses zu ermöglichen. Denn eine Unterbrechung der Funkverbindung während eines Fahrmanövers könnte einen schweren Unfall zur Folge haben.
Zur sicheren Funkübertragung haben sich bisher Frequenzsprungverfahren - FHSS - bewährt, ursprünglich 1941 mit US2292387A eingeführt von Lamarr und Antheil. Das bekannteste Beispiel hierfür dürfte Bluetooth sein, zu Frequenzsprungverfahren wird für den Stand der Technik beispielhaft auf US4716573A und US5235613A verwiesen, sowie auf US6934316B2 als neueren Stand für Signalquellen mit schlechter Frequenzstabilität. Durch eine geeignete Kanalcodierung mittels Interleaving und fehlerkorrigierenden Codes können Störungen auf einzelnen Frequenzen kompensiert werden und ggf. die Benutzung dieser Frequenzen sogar adaptiv unterdrückt werden. Ein weiterer Vorteil ist das Umgehen von Frequenzen, auf denen sich destruktive Interferenzen durch eine Mehrwegeausbreitung ergeben.
Nachteilig ist jedoch, dass einerseits die Bandbreite und somit Datenrate von Frequenzsprungverfahren eher gering ist, so ist z.B. Bluetooth für eine Audioübertragung sehr gut, für eine Videoübertragung aber eher schlecht geeignet, und andererseits die Problematik der Mehrwegeausbreitung nicht vollständig gelöst ist.
Als weitere gesicherte Übertragung sind direkte Frequenzspreizverfahren - DSSS - bekannt, die aktuell bekannteste Anwendung dürfte in globalen Navigationsverfahren - GNSS - wie z.B. GPS und Galileo liegen. Hier wird mit einem sehr hohen Spreizfaktor sichergestellt, dass das Signal gegen Störungen zumindest großräumig gesichert ist, sogar gegen Überlagerungen durch andere Satellitensignale im Rahmen eines Codemultiplex. Hingegen hat sich sowohl bei WLAN als auch im Mobilfunk die Spreizung nur sehr eingeschränkt bewährt, sowohl UMTS 3G als auch die ursprüngliche IEE 802.11 Spreizbandtechnik finden kaum mehr Verwendung. Denn für hohe Datenraten werden, so eine geeignete Absicherung gewünscht ist, hohe Spreizfaktoren benötigt, hierdurch stiegt die Signalbandbreite stark an. Gleichzeitig wird das Signal immer empfindlicher auch für kleine Laufzeitunterschiede durch Mehrwegeausbreitung, ein Problem, das bei der Übertragung ausgehend von einem Satelliten jedoch nicht besteht. Beispielhaft seien US5150377A und US20040198260A1 als Literatur für den Stand der Technik angeführt.
Aufgrund der Nachteile der vorgenannten Verfahren setzen moderne Kommunikationssysteme heute gewöhnlich Mehrträgerverfahren ein, zumeist OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplex - Verfahren, bei denen das Basisbandsignal direkt mittels einer Fouriertransformation digital erzeugt wird und als komplexes I/Q-Signal über einen Vektormodulator auf einen Träger moduliert und dann ausgestrahlt wird. Hierbei wird gewöhnlich ein zyklischer Prefix eingeführt, der Samples am zeitlichen Ende eines mittels Fouriertransformation in die Zeitebene transformierten Blocks der Ausstrahlung desselbigen voranstellt.
Hierdurch führt eine Mehrwegeausbreitung zu einer linearen Superposition zyklisch verschobener Abtastwerte, welche mittels des Faltungssatzes der Fouriertransformation völlig unproblematisch mittels komplexer Multiplikation der Werte der einzelnen Unterträger in der Frequenzebene kompensiert werden kann. Technisch wird meist die schnelle Fouriertransformation - FFT - verwendet. Einzelne gestörte oder ausgelöschte Unterträger können ebenfalls mittels Interleaving und fehlerkorrigierenden Codes gehandhabt werden. OFDM hat allerdings gegenüber den vorgenannten Verfahren den Vorteil, dass es das Problem der Mehrwegeausbreitung grundlegend behandelt. In der Patentliteratur wird beispielhaft auf EP1560359A1 und EP11009646B1 verwiesen. Weitere Mehrträgerverfahren sind solche mit Polyphasenfilterbänken, hier wird auf WO2009018980A3 desselben Erfinders als beispielhaften Stand der Technik verwiesen.
Einen insgesamt sehr guten Überblick über den Stand der Technik gibt das Standardwerk KAMMEYER Karl Dirk und DEKORSY Armin, Nachrichtenübertragung, Wiesbaden: Springer Vieweg, 2018.
Die OFDM Verfahren haben sich in der Praxis sehr bewährt und stellen die Basis nahezu aller modernen terrestrischen Breitband-Kommunikationssysteme dar, beispielsweise 4G und 5G LTE-Mobilfunk oder neueres WLAN.
Nachteilig ist allerdings der hohe Synchronisationsaufwand, der dazu führt, dass die Aussendung in stets gleichen Frequenzbändern kontinuierlich erfolgen muss. Dadurch ist das Signal im Spektrum sehr gut erkennbar und auch, wenngleich mit höherem Aufwand bzw. höheren Leistungen, störbar. Es hat nicht an Ansätzen gefehlt, OFDM z.B. mit einem Frequenzsprungverfahren zu kombinieren, leider ist der Aufwand dann durch den Zwang zur Vorab-Synchronisation nicht nur sehr hoch, sondern es ist auch die nutzbare Frequenzbandbreite bedingt durch die rein digitale Technologie zur Signalerzeugung der Träger stark eingeschränkt. Wünschenswert wäre hingegen ein Frequency Hopping über Vielfache von 10 GHz im mm-Wellen-Bereich, jedenfalls sollte das Hopping einen so großen Frequenzbereich umfassen, dass eben keine Aufzeichnung mittels gängigen RF Sampling Convertern aktueller Technologie ohne hohen Aufwand möglich ist. Außerdem leidet diese Übertragung bei hohen Bewegungsgeschwindigkeiten der Funkgeräte infolge des Doppler-Effekts.
Verwiesen wird hier beispielhaft auf BORA, A.S., SINGH, T. H. und HUANG, P.-T., An All-Digital Wideband OFDM-based Frequency-hopping System using RF Sampling Data Converters, National Conference on Communications (NCC), 2021, Seiten 1-5.
Aus den Druckschriften DE102018207100A1 und US2004/0100897A1 ist zudem bekannt, dass grundsätzlich Chirp-Signale zur Unterstützung der OFDM Synchronisation genutzt werden können, allerdings wird das schwierige Thema der Frequenzsynchronisation nur unzureichend behandelt.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, Geräte zur sicheren Übertragung von Daten mit hoher Datenrate durch eine Kombination eines Mehrträgerverfahrens mit einem analogen Frequenzsprungverfahren für weite Frequenzsprünge bei begrenztem Aufwand zu konstruieren.
Das Problem wird erfindungsgemäß durch das in den Ansprüchen beschriebene Funkgerät gelöst, dessen Funktion im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert wird:

zeigt zunächst den Aufbau des Sendesignals (RF) des erfindungsgemäßen Funkgeräts in der Amplituden-Zeit-Ebene. Im Beispiel wird ein OFDM Mehrträgersignal genutzt und vor jedem Symbol ein Chirp-Signal ausgestrahlt.

Bei Chirp-Signalen handelt es sich hier um Hochfrequenz-Signalpakete, deren Frequenz während der Pulsdauer kontinuierlich - zumeist linear - steigt oder fällt. Sie folgen demzufolge beispielsweise einer Funktion $A (t) = sin (2 π (ƒ_{0} + k t))$
mit der Grundfrequenz f₀ und einer zeitabhängigen Frequenzvariation k t. Diese Funktion kann zur Vermeidung von Funkstörungen zusätzlich mit einer Fensterfunktion, z.B. einer Gaußschen Verteilungsfunktion, skaliert werden.
Ein derartiges Chirp-Signal kann hervorragend als Zeitreferenz genutzt werden, indem gemäß Unteranspruch ein Chirp-Detektor gemäß DE102016008390B3 desselben Erfinders genutzt wird. Dieser Chirp-Detektor liefert bei Übereinstimmung der Sendefrequenz mit der von ihm genutzten Lokaloszillator-Frequenz einen klaren Nulldurchgang. Dieser ist z.B. je nach Polung eine positive Flanke, sofern es sich um ein Chirp-Signal mit steigender Frequenz handelt, und eine negative Flanke, sofern die Frequenz fallend ist.
Somit kann sehr elegant für jedes einzelne OFDM Symbol eine zeitliche Synchronisation vorgenommen werden.
Wenn man jetzt am Ende des OFDM-Symbols ein weiteres Chirp-Signal in entgegengesetzter Frequenzrichtung sendet, so kann zudem überraschenderweise durch einfache Messung der Zeitdifferenz zwischen beiden Chirp-Signalen auch die Frequenzablage zwischen Sender und Empfänger bestimmt werden, und zwar einschließlich eventueller Frequenzverschiebungen durch z.B. den Doppler-Effekt. Denn diese Zeitdifferenz ist in etwa proportional zur Frequenzdifferenz, vergleiche Empfänger-Lokaloszillator (Recv. LO f) versus Sender mit dem Trägeroszillator (Xmit. Osc. f). Die Auswertung dieser zeitlichen Differenz ist der entscheidende Trick zur Ermittlung der Frequenzablage, eben der Differenz zwischen beiden Träger-Oszillatoren, die unbedingt vor Auswertung des OFDM-Symbols kompensiert werden muss, da es sonst zu Intercarrier-Interferenz kommt und die Orthogonalität zerstört wird.
Damit ist sowohl die zeitliche als auch die frequenzbezogene Synchronisation abgehandelt, gemäß Unteranspruch wird man nun im Fall komplexer QAM Konstellationen auf den Unterträgern zusätzlich Referenzsymbole auf Unterträger des OFDM-Mehrträgersignals legen, um eine eindeutige Phasenlage der Unterträger zu erhalten.
Anhand der Referenzsymbole können dann auch Einflüsse aus der Mehrwegeausbreitung des Funksignals stark abgeschwächt werden. Dies ergibt sich automatisch bei Skalierung der einzelnen Unterträger mit dem Kehrwert der für diese interpolierten Referenzen. Damit ermöglicht diese Erfindung die vorteilhafte Nutzung der Kompensation der Mehrwegeausbreitung des OFDM zusammen mit den Vorteilen eines Frequenzsprungs mit großen Sprungweiten zur Absicherung der Übertragung.
Bei den Chirp-Signalen verwendet man bevorzugt sehr kurze Chirp-Signale, da hier Echos des nicht direkten Übertragungswegs in eigenen weiteren Nulldurchgängen resultieren, die zeitlich leicht ausmaskiert werden können, ebenso wie Pseudo-Nulldurchgänge durch das OFDM-Signal selber.
Senderseitig beschränkt sich der zusätzliche Aufwand auf die Hinzufügung der Chirp-Signale im I/Q Basisbandsignal z.B. vor und nach dem OFDM-Symbol, dies kann sehr einfach mittels des Abrufs bereits vorab errechneter Signale aus einem Speicher erfolgen, alternativ mittels direkter digitaler Synthese durch einen Phasenakkumulator mit nachfolgender Sinus- und Cosinus-Tabelle, dessen Inkrement kontinuierlich mit jedem Zyklus durch einen zweiten Akkumulator erhöht oder reduziert wird. Das Einfügen in das Basisbandsignal wird üblicherweise vor den heute ohnehin schnellen I/Q D/A-Wandlem digital mittels Zustandsmaschine erfolgen, welche auch den zyklischen Prefix einsetzt, die Umsetzung auf die Trägerfrequenz erfolgt dann wie gehabt über den ohnehin für OFDM benötigten Vektormodulator. Die Trägerfrequenz kann mittels der gleichen Wideband VCO (VCO1) und D/A-Lösung (DA1) schnell verändert werden, die im nachfolgenden Text für den Empfänger in beschrieben ist.
zeigt das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Empfängers als Ausführungsbeispiel. Das Hochfrequenzsignal wird zunächst mittels Antenne (ANTI) empfangen und im Low Noise Amplifier (LNA1) vorverstärkt. Danach wird es einem I/Q-Demodulator (IQD1) zugeführt, der als Zero IF Empfänger unmittelbar die Konvertierung in das Basisband erlaubt und eine erste Bandfilterung mittels der Tiefpassfilter (LP1I, LP1Q) analog vornimmt.
Nach Verstärkung wird das Basisbandsignal jetzt gemäß Unteranspruch zusätzlich zur normalen Auswertung dem Chirp-Detektor (CDET1) gemäß DE102016008390B3 zugeführt. Bedarfsweise können auch zusätzlich oder alternativ - ggf. schaltbare - Pulskompressionsfilter und Leistungsdetektoren zur Fensterung zum Einsatz kommen. Am Ausgang des Detektors entsteht im Fall der Aussendung zweier entgegengesetzter Chirp-Signale das in gezeigte Ausgangssignal (CDET Out).
Dieses wird, ggf. nach analoger Filterung, einem Time to Digital Converter (TDC1) zugeführt. Derartige Schaltkreise sind in der Lage, eine genaue Zeitbestimmung sogar deutlich unterhalb der Periodendauer der Taktrate durch spezielle interne Verzögerungsleitungen vorzunehmen. Der Time to Digital Converter ist jetzt so verschaltet, dass einerseits die Zeitdifferenz zwischen steigender und fallender Flanke exakt bestimmt werden kann, andererseits aber der Bereich des eigentlichen OFDM Symbols zur Auswertung mittels eines Lock-Timers gesperrt wird.
Die Frequenzablage kann jetzt am Subtrahierer (SUB1) durch einfache Differenzbildung ermittelt werden, denn bei einer Frequenzablage wird z.B. das erste Chirp-Signal erst später detektiert, das zweite aber, da aus dieser Richtung kommend, dann früher, vergleiche . Ggf. ist noch ein Offset zu subtrahieren und die Differenz ist zu skalieren, dies ist hier aus Übersichtlichkeitsgründen nicht eingezeichnet.
Gleichzeitig stellt im Beispiel die erste positive Flanke des Detektorausgangs das Startsignal bereit, um mit der Aufzeichnung der mittels der A/D-Wandler (ADII, AD1Q) in die digitale Domäne konvertierten Abtastwerte des OFDM-Symbols mittels des FIFO-Speichers (FIFO1) zu beginnen. All diese digitalen Funktionsblöcke befinden sich vorzugsweise in einem einzigen FPGA- oder ASIC-Baustein (FPGA1). Die A/D-Wandler für das Basisbandsignal benötigen ihrerseits Antialias-Filter (LP2I, LP2Q), um dem Nyquist-Kriterium Genüge zu tun, sofern deren Abtastrate nicht hoch genug ist, dass bereits die ersten Tiefpassfilter (LP1I, LP1Q) ausreichen.
Wenn nach dem zweiten Chirp-Signal die Frequenzablage aus dem Subtrahierer SUB1 bekannt ist, kann mit der weiteren Verarbeitung der aufgezeichneten Abtastwerte begonnen werden. Dazu werden diese z.B. gesteuert durch eine Zustandsmaschine über einen Digital Down Converter DDC1, bestehend aus einem komplexen digitalen Multipliziererblock - hier mit vier einzelnen realen Multiplizierern - und einem digitalen numerisch kontrollierten Oszillator NCOI, entsprechend der bekannten Frequenzablage so frequenzverschoben, dass für die nachfolgende finale Filterung durch die digitalen Filter (LP3I, LP3Q) wieder eine spektrale Symmetrie vorliegt. Die hier schnelle Fouriertransformation (FFT1) kann dann nachfolgend unmittelbar in Hardware ausgeführt werden.
Die Auswertung des Ergebnisses der Fouriertransformation übernimmt dann der Decoder (DEC1), der auch die Referenzsymbole extrahiert und die Unterträger jeweils mittels komplexer Multiplikation anpasst, um die Überlagerung aus der Mehrwegeausbreitung wieder rückgängig zu machen.
Die Auswertung der Nachricht einschließlich einer ggf. vorzunehmenden Fehlerkorrektur, Rück-Interleaving, Entschlüsselung, Flusskontrolle usw. kann dann der Controller (CTRL1) übernehmen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß Unteranspruch wird jetzt zwischen zwei OFDM-Symbolen der Lokaloszillator (VCO1) durch Vorgabe eines neuen Spannungswertes seitens des Digital-Analog-Wandlers (DA1) auf eine neue Frequenz versetzt. Die Spannungswerte sollten dazu bis zu einem gewissen Grad kalibriert sein, eine absolut genaue Übereinstimmung zwischen Sender und Empfänger ist aber nicht erforderlich, da die Frequenzablage ja symbolindividuell bekannt ist.
Demzufolge wird man im Sender zur Generierung des Oszillator-Signals für den dann Vektormodulator wie oben erwähnt eine gleichartige Schaltung einsetzen. Der Sender - hier nicht gezeichnet - besteht dann lediglich aus einem VCO mit Digital-Analog-Wandler, eben dem Vektormodulator mit nachgeschaltetem Sendeleistungsverstärker, sowie einer digitalen Signalverarbeitung, welche die Chirp-Signale wie oben beschrieben vor und nach dem Mehrträger-Symbol einfügt.
Selbstverständlich kann anstelle eines reinen OFDM Mehrträgersignals gemäß Unteranspruch auch ein mittels Polyphasenfilter erzeugtes Mehrträgersignal oder zwei solche mit Verkämmung wie in DE102007036828B4 beschrieben genutzt werden.
Um jetzt die Übertragungssicherheit extrem hoch zu gestalten, wird in der besonders bevorzugten Ausführung gemäß Unteranspruch der Frequenzsprung im Sender wie Empfänger gemäß einer vorher vereinbarten Rechenvorschrift durchgeführt. Dies kann z.B. unter Nutzung eines Zählers geschehen, dessen Wert mit jedem OFDM-Symbol um Eins erhöht wird und der zusammen mit einem Salt-Code und einem geheimen Schlüssel über eine AES256 Verschlüsselung geführt wird. Gleichzeitig können auf diesem Weg Indizes z.B. zum Grundabstand der Chirp-Signale, deren zeitliche Lage im Vergleich zum Mehrträgersymbol usw. durch einen Index in Tabellen nach dieser Verschlüsselung dynamisch verändert werden. Eine andere Methode besteht in der Nutzung einer sicheren Hash-Funktion.
Zur erstmaligen Synchronisation der Frequenzsprüngen kann man z.B. eine lückenhafte Sequenz mittels Viterbi-Algorithmus zuordnen oder den Zähler zu einem genau definierten Zeitpunkt zurücksetzen.
Dadurch, dass der Frequenzsprung extrem schnell durch einfaches Setzen eines Digital-Analog-Wandler Wertes vorgenommen werden kann, ohne z.B. einen PLL-Lock und eine nachfolgende Synchronisation erst abwarten zu müssen, kann jetzt jedes einzelne OFDM Symbol auf Frequenzen in einem Abstand von durchaus zweistelligen Gigahertz übertragen werden. Zusätzlich bietet sich an, z.B. Frequenzverdoppler, Frequenzteiler, Mischer, Antennen oder auch den VCO selber wahlweise zu- oder umzuschalten, damit ist es möglich, das Hochfrequenzsignal auf einen Bereich z.B. von 1 bis 40 GHz zu verteilen, zumal marktgängige VCO nach dem Stand der Technik ohne Probleme Abstimmbereiche von einer Oktave, also z.B. von 10 bis 20 GHz, aufweisen. Lediglich die Frequenzgenauigkeit ist dann beschränkt, allerdings ermöglicht diese Erfindung eben eine gute Kompensation der Frequenzablage zwischen Sender und Empfänger. Eine automatisierte Kalibrierung der Wideband-VCO mittels Frequenzzählung in regelmäßigen Zeitabständen wird empfohlen, um zu große Frequenzabweichungen auszuschließen.
zeigt das so erzeugte Signal und die Auswertung der Frequenzablage zwischen den Oszillatoren im Sender und Empfänger - Delta f und dazu an den Chirp-Signalen Delta t zu Delta f - wobei zu beachten ist, dass bei der Frequenzdarstellung Segmente, in denen kein Träger gesendet wird, gestrichelt dargestellt sind. Das VCO-Steuersignal, abgesehen von einer eventuellen Kalibrierung nahezu identisch bei Sender wie Empfänger, ist ebenfalls dargestellt.
Ein solches Signal ist auch mit modernster Analysetechnik kaum zu erfassen und erst recht nicht zu stören, da hierzu ein extrem breitbandiges Störsignal mit extrem hoher Leistung benötigt würde.
Theoretisch wäre es sogar denkbar, die Trägerfrequenz des Mehrträgersignals während der Übertragung definiert zu verändern, es wird aber darauf hingewiesen, dass dann gerade bei schnelleren Sweeps die Orthogonalität unter Umständen stark beeinträchtigt wird.
Durch diese überraschend einfache Realisierung kann eine besonders sichere Mehrträgerübertragung für z.B. Videosignale mit hoher Datenrate unproblematisch realisiert werden. Die vielfältigen industriellen Einsatzmöglichkeiten und Vorteile einer besonders sicheren Breitbandübertragung wurden bereits in der Einleitung beschrieben. Selbstverständlich ist auch eine Kombination mit einer Chirp-basierten Lokalisierung möglich, vergleiche WO/2017/063724 , um eine Systemlösung aus einer besonders sicheren Übertragung und gesicherten Lokalisierung zu formen.

Claims

Funkgerät, bestehend aus - mindestens einer Baugruppe, welche Mehrträger-Symbole sendet oder empfängt, - mindestens einer Baugruppe, welche Chirp-Signale sendet oder empfängt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Chirp-Signale, davon eines mit aufsteigender und eines mit absteigender Frequenz, oder ein aus diesen kombiniertes Signal - in diesem Fall dann Auf- und Abstieg der Frequenz in einem Signalpaket - , die mit einem exakt definierten zeitlichen Abstand oder exakt definierter Signalcharakteristik im kombinierten Fall - zu mindestens einem Mehrträger-Symbol übertragen werden, genutzt werden, um dieses Symbol zeitlich oder bezüglich seiner Frequenz oder Phasenlage zu synchronisieren, womit im Empfänger durch mindestens einen Chirp-Detektor, welcher einen Frequenzvergleich mit mindestens einem Lokaloszillator-Signal im Empfänger vornimmt, mindestens ein von der Frequenzdifferenz abhängiger Zeitpunkt für jeden Chirp signalisiert wird und durch Messung der Zeitdifferenz und Verrechnung mit der Chirp-Rate die Frequenzablage des Lokaloszillators zum Sender bestimmt werden kann.
Funkgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Empfänger die Abtastwerte des Mehrträger-Symbols im Empfänger in einem Speicher abgelegt werden und nach Bestimmung der Frequenzablage um diese korrigiert werden, wozu eine komplexe Multiplikation mit einem digital erzeugten analytischen Sinus-Signal genutzt werden kann.
Funkgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmensynchronisation mit Hilfe des Chirp-Signals vorgenommen wird.
Funkgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Mehrträger-Symbolen um OFDM-Symbole - Orthogonal Frequency Division Multiplex - mit zyklischem Prefix handelt.
Funkgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Mehrträger-Symbolen um mittels Polyphasenfilter generierte und ebenso analysierte Symbole handelt.
Funkgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Chirp-Nulldurchgangsdetektor mit I/Q-Demodulator verwendet wird, wobei die Auswertung von dessen Ausgabe während der Übertragung des Mehrträger-Symbols durch ein Fenstersignal unterdrückt wird.
Funkgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Chirp-Nulldurchgangsdetektor verwendet wird, der bestehend aus mindestens einem, von mindestens einem Lokaloszillator gespeisten I/Q Quadraturdemodulator mit nachgeschalteter Auswerteschaltung - wobei im Folgenden immer die innere lokal an den Mischern (MX1, MX2) des Quadraturdemodulators bereitgestellte Frequenz als Lokaloszillatorfrequenz bezeichnet wird, auch dann, wenn die von Außerhalb in das Bauteil eingespeiste Lokaloszillatorfrequenz zuvor intern vervielfacht oder geteilt wird -, bei dem in der nachfolgenden Auswerteschaltung zwischen beiden I und Q Ausgängen des Quadraturdemodulators zunächst ein Phasenversatz von ungefähr 90 Grad - bedarfsweise zuzüglich einem ganzzahligen Vielfachen von 180 Grad -, durch Phasenschieber und/oder Filter herbeigeführt wird und die so phasenverschobenen Ausgänge in mindestens einem Multiplizierer oder Mischer zusammengeführt werden, wodurch das Ausgangssignal des Detektors bei Erreichen der Lokaloszillatorfrequenz durch die Chirp Frequenz einen Nulldurchgang aufweist, wobei die Auswertung von dessen Ausgabe während der Übertragung des Mehrträger-Symbols durch ein Fenstersignal unterdrückt wird.
Funkgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz mindestens eines Oszillators im Sender oder Empfänger - Lokaloszillator - durch einen Wideband VCO - spannungsabhängig über einen großen Frequenzbereich abstimmbarer Oszillator - unter Setzen einer ggf. kalibrierten Abstimmspannung mittels eines Digital-Analog-Wandlers für jedes einzelne Mehrträger-Symbol dynamisch verändert wird, wobei eine ungefähre Abstimmung aufgrund der Bestimmung der Frequenzablage zwischen Sender und Empfänger ausreichend ist, wobei zusätzliche Umschaltungen von Frequenzverdopplern, Frequenzteilern, Mischer, Antennen oder dem Wideband VCO selber vorgenommen werden können, um den für einen Frequenzsprung nutzbaren Frequenzbereich zu vergrößern.
Funkgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Sender und Empfänger gleichzeitig getätigten Frequenzsprünge oder Rahmenparameter aus einer nur den Kommunikationspartnern bekannten Rechenvorschrift abgeleitet oder dynamisch verändert werden, wodurch ein unbefugter Dritter einen sehr hohen Aufwand betreiben muss, um das Signal detektieren, aufzeichnen und analysieren oder stören zu können, wobei eine Synchronisation mittels Viterbi-Algorithmus - Markow Kette - vorgenommen werden kann.
Funkgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich im Mehrträgersymbol Referenzsymbole übertragen werden, um nach der Rahmen- und Frequenzsynchronisation die exakte Phasenlage der Unterträger des Mehrträgersymbols bestimmen zu können und eine Kompensation von Mehrwegeausbreitungen zu ermöglichen.