DE19729424A1 - Verfahren und Vorrichtung für die Kompensation einer unregelmässigen Dopplerfrequenzverschiebung - Google Patents

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der Funkkommunikation und insbesondere auf das Gebiet der Frequenzkompensation von Kommunikationsverbindungen, die durch Dopplerfrequenzeffekte beeinflußt werden.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Typischen Kommunikationssystemen wird ein Spektrum oder ein Frequenzband zugeordnet, in dem sie arbeiten können. Lei­ stungsfähige Kommunikationssysteme unterteilen dieses Spek­ trum in kleinere Einheiten, die als Kanäle bekannt sind. Jeder dieser Kanäle wird dann einzeln zugeordnet und bei der Errichtung eines Kommunikationskanals zwischen einem Sender und einem Empfänger verwendet.

Wenn einer oder mehrere Sender oder Empfänger sich zueinander bewegen, so tritt ein wohlbekannter Effekt auf, der als Dopp­ ler-Effekt bekannt ist. Doppler-Effekte beeinflussen die tatsächlichen Sende- und Empfangsfrequenzen sowohl der Sender als auch der Empfänger. Das Vorhandensein einer Doppler-Fre­ quenz erhöht oder erniedrigt die tatsächliche Frequenz, die über dem Kommunikationskanal verwendet wird. Eine solche Verschiebung einer Kommunikationskanalfrequenz kann bewirken, daß der verwendete Kommunikationskanal seinen zugewiesenen Kanal oder die Frequenzgrenze überschreitet und möglicherwei­ se eine Überlagerung der benachbart zugewiesenen Kommunika­ tionskanäle verursacht. Zusätzlich kann die Kommunikations­ verbindung zwischen dem Sender und dem Empfänger unterbrochen werden oder sogar verloren gehen, wenn die Frequenzverschie­ bung groß genug ist.

Konventionelle Kommunikationssysteme haben eine Anpassung an das Vorhandensein einer Dopplerfrequenzverschiebung vorgenom­ men durch das Überwachen der empfangenen Signale und das Vergleichen dieser Signale mit dem gewünschten oder dem zuge­ wiesenen Übertragungskanal. Die Sender stellen dann ihre Sen­ defrequenz ein, um den Dopplereffekt zu berücksichtigen. Die Empfänger stellen ebenfalls ihre Frequenz ein, um das zu ihnen gesandte Signal zu isolieren.

Systeme des Standes der Technik haben Vorhersagemechanismen verwendet, um eine Frequenzverschiebung vorwegzunehmen und vorherzusagen, die notwendig ist, um den Doppler-Effekt auf die nachfolgenden Übertragungen über eine Kommunikationsver­ bindung zu dämpfen. Zusätzlich haben andere Systeme iterative Rückkoppelmechanismen über der Kommunikationsverbindung ver­ wendet, wie beispielsweise die Übertragung eines Rückkoppel­ fehlerwertes, der sich auf den Doppler-Effekt auf der gesen­ deten Frequenz bezieht. Solche Vorhersagemechanismen sind ausreichend, wenn sich die Sender und Empfänger mit kleinen Variationen in ihren Geschwindigkeitsvektoren bewegen, oder wenn der Geschwindigkeitsvektor eines oder beider Enden klein genug ist, um vernachlässigbare Doppler-Frequenzverschie­ bungsfehler einzuführen. Eine solche allmähliche Bewegung kann vorhergesagte Frequenzverschiebungen für die Verwendung in Kommunikationsverbindungen verwenden. Diese Vorhersageme­ chanismen werden verwendet, um die Frequenzkompensation der Kommunikationsverbindung beim "Auslaufen (coasting)" durch einen Schwund des Funksignals zu unterstützen. Dieses "Auslaufen" gestattet es, der Einheit die Funkfrequenzände­ rungen vorherzusagen, wenn Schwundbedingungen keine direkte Beobachtung des Funksignals gestatten.

Wenn sich Sender oder Empfänger jedoch in unregelmäßigen oder unvorhersagbaren Richtungen mit genügend hohen Geschwindig­ keiten, die erhebliche Dopplerfrequenzverschiebungen verursa­ chen, bewegen, werden bekannte Vorhersagemechanismen unwirk­ sam, insbesondere während Perioden des Schwundes, bei denen keine direkte Beobachtung des Funksignals möglich ist, um gegenzusteuern. Wenn sich die Sender oder Empfänger bei­ spielsweise in der Luft auf einem konventionellen Flugzeug befinden, kann eine plötzliche 180° Drehung des Flugzeugs eine Änderung von mehr als drei Kiloherz der Dopplerfrequenz bei einer Kommunikationsfrequenz von 1800 MHz verursachen. Wenn ein solches Manöver durchgeführt wird, während des Schwundes eines Funksignals, wenn kein Funksignal vorhanden ist, das verfolgt werden könnte, so weisen bekannte Vorhersa­ gemechanismen einen Fehler von 3 KHz auf, wobei die zusätzli­ che Dopplerfrequenzänderungen, die durch eine solche Rich­ tungsänderung verursacht werden, nicht bekannt sind. Anderer­ seits kann, wenn ein solches Manöver gerade vor einem Schwund durchgeführt wird, dieses sprunghafte Manöver den Frequenz­ vorhersagealgorithmus durcheinanderbringen, so daß der "Auslauf"-Algorithmus zukünftige Frequenzkorrekturen falsch vorhersagt, die andererseits durch den aktuellen Schwund benötigt werden.

Wenn aufeinanderfolgende Übertragungen eines Senders hohe unregelmäßige Geschwindigkeitsänderungen in ihrem Geschwin­ digkeitsvektor erfahren, kann eine Interferenz mit benachbart zugewiesenen Kanälen auftreten oder die Funkverbindung kann sich so weit und so schnell in der Frequenz verschieben, daß die Kommunikationsverbindung zwischen dem Sender und dem Empfänger unterbrochen wird.

Es wird somit ein Verfahren und ein System für das Verfolgen und das Kompensieren einer unregelmäßigen Dopplerfrequenz­ verschiebung in einer Kommunikationsverbindung benötigt, das eine Frequenzverschiebung für eine Doppler-Kompensation ver­ wendet, die in einer schwundbehafteten Funksignalumgebung arbeitet.

Es wird auch eine tragbare Kommunikationseinheit benötigt für das Verfolgen und Kompensieren unregelmäßiger Dopplerfre­ quenzverschiebungen in einer Kommunikationsverbindung, die einen Frequenzversatz für eine Doppler-Kompensation verwen­ det.

Es wird auch ein Verfahren benötigt für das Verfolgen und das Kompensieren einer unregelmäßigen Dopplerfrequenzverschiebung in Kommunikationsverbindungen, die einen Frequenzversatz verwenden, wobei ein Vielzahl nebeneinandergestellter tragba­ rer Kommunikationseinheiten sich in einer gemeinsamen Bewe­ gung befinden und somit einen gemeinsamen dynamischen Ge­ schwindigkeitsvektor und eine gemeinsame Dopplerfrequenzver­ schiebung zeigen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung kann unter Bezugnahme auf die detaillierte Beschreibung in den Ansprüchen erhalten werden, wenn diese in Verbindung mit den Zeichnungsfiguren gesehen wird, in denen gleiche Bezugs­ zahlen sich auf die entsprechenden Bezugszahlen in den Figuren beziehen und wobei:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Kommunikationssystems zeigt, innerhalb dessen die vorliegende Erfindung ausgeführt werden kann;

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer tragbaren Kommunikationsein­ heit gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und

Fig. 3 ein Flußdiagramm eines Transceiverfrequenzversatzver­ fahrens für die Kompensation einer unregelmäßigen Dopplerfre­ quenzverschiebung in einer Kommunikationsverbindung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Die hier gezeigte Erläuterung zeigt eine bevorzugte Ausfüh­ rungsform der Erfindung in einer Ausformung, wobei diese beispielhafte Erläuterung in keiner Weise als einschränkend zu verstehen ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die vorliegende Erfindung liefert unter anderem ein Verfahren und ein System für die Verfolgung und Kompensierung unregel­ mäßiger Dopplerfrequenzverschiebungen in einer Kommunika­ tionsverbindung, die einen Frequenzversatz für eine Doppler- Kompensation verwendet. Die unregelmäßigen Dopplerfrequenz­ verschiebungen kommen von der dynamischen oder unregelmäßigen Bewegung oder Änderung des Geschwindigkeitsvektors, der mit der Bewegung einer sich schnell bewegenden Plattform, wie beispielsweise einem Flugzeug, oder einem Hochgeschwindig­ keitszug verbunden ist, wobei eine tragbare Kommunikations­ einheit sich in einer Kommunikationsverbindung befindet. Das System und das Verfahren umfassen die Messung eines aktuellen Geschwindigkeitsvektors einer tragbaren Kommunikationsein­ heit, das Berechnen des differentiellen Geschwindigkeitsvek­ tors zwischen einem aktuell gemessenen Geschwindigkeitsvektor und einem vorher gemessenen Vektor und das Ergänzen der Stan­ dardfrequenzversatzerzeugung mit dem differentiellen Ge­ schwindigkeitsvektor und das Erzeugen eines Frequenzversatzes unter Verwendung des differentiellen Geschwindigkeitsvektors in Verbindung mit der Standardfrequenzversatzerzeugung.

In einer alternativen Ausführungsform muß der Standardfre­ quenzversatz nur eingestellt werden, wenn entweder der diffe­ rentielle Geschwindigkeitsvektor oder die berechnete Doppler­ frequenzverschiebung eine Standardgeschwindigkeit oder einen Frequenzverfolgungsschwellwert überschreitet.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung werden Geschwindigkeitsvektoren erzeugt durch Verwendung der Dienste eines globalen Positioniersystems und dem Inter­ pretieren der von diesem System stammenden Daten. Ein solches Positioniersystem liefert genaue Ortsdaten für die Bestimmung des aktuellen Ortes der tragbaren Kommunikationseinheit rela­ tiv zu einem vorherigen Ort der tragbaren Kommunikationsein­ heit. Die vorliegende Erfindung liefert ferner ein Verfahren und ein System für das Aufnehmen nebeneinandergestellter tragbarer Kommunikationseinheiten, die sich in Bewegung be­ finden und die einen gemeinsamen dynamischen Geschwindig­ keitsvektor haben, die aber getrennte Kommunikationskanäle verwenden, die gemeinsame variierende Dopplereffekte haben. Der erzeugte Frequenzversatz wird dann an jede tragbare Kom­ munikationseinheit verteilt, die eine gemeinsame Dopplerfre­ quenzverschiebung zeigt.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Kommunikationssystems, mit dem die vorliegende Erfindung verwirklicht werden kann. Ein Kommunikationssystem 100 besteht aus mehreren und unab­ hängigen Sendern und Empfängern, die hier als Kommunikations­ einheiten oder Transceiver bezeichnet werden, die Kommunika­ tionen durch Kommunikationsverbindungen, wobei es sich vor­ zugsweise um Vollduplex-Verbindungen handelt, mit anderen Kommunikationseinheiten vornehmen können. Bezieht man sich auf Fig. 1, so hat das Kommunikationssystem 100 Kommunika­ tionseinheiten sowohl auf Flugzeugen als auch auf Satelliten.

In einem Kommunikationssystem, das aus Satelliten und Flug­ zeugen, wie normalen kommerziellen Flugzeugen, zusammenge­ setzt ist, besteht die normale Situation darin, daß sich beide in einer konstanten Richtung mit konstanter Geschwin­ digkeit bewegen. In einem solchen Fall folgt die normale Dopplerfrequenzverschiebung auf den Kommunikationskanälen zwischen den beiden mathematisch wohldefinierten Frequenzver­ schiebungen, die durch Vorhersagefilter (um Schwundsituatio­ nen zu handhaben), in die diese wohldefinierten Frequenzver­ schiebungskurven programmiert wurden, verfolgt werden können. Eine unregelmäßige Bewegung des Flugzeugs, wie eine Wendung oder Querlage, verursacht Abweichungen von diesen wohldefi­ nierten Frequenzkurven, für die die normalen Vorhersagever­ folgungsalgorithmen nicht ausgelegt sind.

Das Kommunikationssystem 100 kann auch aus Kommunikationsein­ heiten bestehen, die in einer terrestrischen Anwendung ver­ wendet werden, wie beispielsweise mobile Basiskommunikations­ einheiten oder tragbare Hochgeschwindigkeitsfahrzeugkom­ munikationseinheiten, wie beispielsweise Hochgeschwindig­ keitszüge. Die Basiskommunikationseinheiten 105 und 155 lie­ fern Kommunikationsdienste an andere Elemente des Kommunika­ tionssystems 100. Die Basiskommunikationseinheiten 105 und 155 erleichtern eine Kommunikationsverbindung 115 und eine Kommunikationsverbindung 165. Die Errichtung der Kommunika­ tionsverbindungen 115 und 165 kann eine gemeinsame Errichtung und Vereinbarung von Kommunikationsparametern erfordern, was jenseits des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegt.

Eine tragbare Kommunikationseinheit 110 zeigt Mobilität im Kommunikationssystem 100. Eine tragbare Kommunikationseinheit 110, nachfolgend PCU 110, kann an einer Anzahl mobiler Platt­ formen, wie Flugzeugen oder anderen Hochgeschwindigkeitsfahr­ zeugen befestigt sein, die unregelmäßige oder unvorhersagbare Richtungsänderungen ausführen können.

Wenn die PCU 110 sich in einer vorhersagbaren Richtung 110 bewegt, so genügt eine Standardfrequenzversatzerzeugung für die Kommunikationsverbindung 115, um die Dopplereffekte zu kompensieren, und um die Kommunikationsverbindung 115′ auf­ recht zu halten, wenn sich die PCU 110 in konstanter Richtung bewegt hat, wie das durch die PCU 110′ gezeigt ist. Wenn die PCU 110 sich jedoch in einer unregelmäßigen Richtung 120 bewegt (beispielsweise eine 180 Grad Wendung) können Stan­ dardfrequenzversatzerzeugungstechniken, wie sie typischerwei­ se gefordert werden, um Funkkanalschwundperioden zu durchlau­ fen, ungenügend sein, um die Kommunikationsverbindung 115 aufrecht zu halten.

Während einige Kommunikationssysteme adaptive Frequenzkorrek­ turverfolgungsmechanismen verwenden, kann es sein, daß sie schnell genug reagieren, um die Probleme unregelmäßiger Manö­ ver zu lösen, wenn die unregelmäßigen Änderungen in den Ge­ schwindigkeitsvektoren vor einem Schwund in der Kommunika­ tionsverbindung auftreten, wobei Vorhersagefilter Abtastungen integrieren, die während der unregelmäßigen Bewegungsänderung aufgenommen wurden, während das Filter eine nicht korrekte Verfolgung während des nächsten Schwundes ergibt. Die nicht korrekten Abtastungen müssen durch neu berechnete Abtastungen ersetzt werden, die mit dem neuen Geschwindigkeitsvektor übereinstimmen, so daß eine korrekte Verfolgung fortgesetzt und während eines nachfolgenden Schwundes der Kommunikations­ verbindung durchgeführt werden kann.

Um die Kommunikationsverbindung 115′′ mit der PCU 110′′ auf­ recht zu erhalten, ist eine zusätzliche Verarbeitung notwen­ dig. Die vorliegende Erfindung verwendet die Ortsinformation des Geschwindigkeitsvektors der PCU 110 im Verhältnis mit einem Geschwindigkeitsvektor der PCU 110′′. Durch Vergrößern oder Ergänzen der Standardfrequenzversatzerzeugung durch eine zusätzlichen Dopplerfrequenzverschiebung, verursacht durch einen differentiellen Geschwindigkeitsvektor, wie er zwischen der PCU 110 und der PCU 110′′ berechnet wird, kann die Kommu­ nikationsverbindung 115′ ′ aufrecht erhalten werden.

Es sollte angemerkt werden, daß nichts die Kommunikationsein­ heiten 105 und 155 daran hindert, sich relativ zur PCU 110 in Bewegung zu befinden. Zusätzlich kann eine Vielzahl von PCUs 110′ nebeneinander auf einer mobilen Plattform angeordnet sein, wobei sie einen gemeinsamen dynamischen Geschwindig­ keitsvektor teilen. Weiterhin kann ein Teil der Vielzahl der PCUs 110′ Kommunikationsverbindungen zu einer getrennten Basiskommunikationseinheit aufweisen, wie das durch die Ba­ siskommunikationseinheit 155 und die Kommunikationsverbindung 165 dargestellt ist.

Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm einer tragbaren Kommunika­ tionseinheit gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung. Die PCU 110 kann viele Formen annehmen und in einer Ausführungsform kann die PCU 110 ein unabhängi­ ges tragbares Kommunikationshandgerät sein oder sie kann in einer anderen Ausführungsform ein Kommunikationsteil oder Abschnitt einer höher integrierten Vorrichtung sein. Die PCU 110 kann sich in Bewegung befinden und kann dynamische Varia­ tionen der Geschwindigkeitsvektoren zeigen, die mit der rela­ tiven Bewegung der PCU 110 verbunden sind. Wenn die relative Bewegung der PCU 110 unregelmäßig oder unvorhersagbar wird, so kann eine Standardfrequenzversatzerzeugung für die ent­ sprechenden in der PCU 110 vorhanden Dopplerfrequenzverschie­ bungen nicht mehr ausreichend sein. Indem jedoch die zusätz­ lichen Dopplerfrequenzverschiebungen berücksichtigt werden, die durch die unregelmäßige Bewegung der PCU 110 verursacht werden, verfolgt und kompensiert die PCU 110 die unregelmäßi­ gen Frequenzverschiebungen, selbst wenn sie in einer schwund­ behafteten Funksignalumgebung betrieben wird.

Im Betrieb unterstützt die PCU 110 eine Kommunikationsverbin­ dung durch eine Antenne 305 und einen Transceiver 310. Der Transceiver 310 kommuniziert über eine Kommunikationsverbin­ dung, während er einen Frequenzversatz für das Abmildern der Dopplerfrequenzeffekte verwendet. Der Transceiver 310 kann eine allgemeinen Kommunikationstechnik, wie beispielsweise eine Multiplextechnik der zugewiesenen Kommunikationskanäle im Zeitbereich oder im Frequenzbereich verwenden. Darüber hin­ aus kann der Transceiver 310 von einer Steuerung 315 program­ mierbar sein, die mit dem Transceiver 310 verbunden ist. In der bevorzugten Ausführungsform verwendet der Transceiver 310 eine Multiplextechnik der Kommunikationssignale im Zeitbe­ reich und im Frequenzbereich, was strenge Frequenz- und Zeit­ gebungssteuerungen der gesendeten und empfangenen Daten er­ forderlich macht. Ein mit dem Transceiver 310 und der Steue­ rung 315 verbundener Oszillator 320 liefert ein Referenzsig­ gnal an den Transceiver 310 für die Modulation und die Demo­ dulation.

Ein Positioniergenerator 330 mißt die mit der PCU 110 verbun­ denen Geschwindigkeitsvektoren. Die Geschwindigkeitsvektoren, die die Richtung und die Größe bezeichnen, werden iterativ durch den Positioniergenerator 330 abgetastet, um unregelmä­ ßige Varationen in der Ausrichtung der PCU 110 zu bestimmen. Der Positioniergenerator 330 mißt einen aktuellen Geschwin­ digkeitsvektor und liefert den aktuellen Geschwindigkeitsvek­ tor an die Steuerung 315 für einen Vergleich mit einem vorher abgetastenten Geschwindigkeitsvektor. Der Positioniergenera­ tor 330 verwendet in der bevorzugten Ausführungsform ein glo­ bales Positioniersystem für die Erzeugung des Geschwindig­ keitsvektors. Globale Positioniersysteme sind Fachleuten wohl bekannt und werden hier nicht besprochen.

Eine Übertragungsparametervorhersagevorrichtung 325, die mit der Steuerung 315 und dem Positioniergenerator 330 verbunden ist, verfolgt oder erzeugt Frequenzversatzwerte, die für die Dopplerfrequenzkompensierung verwendet werden. Eine Übertra­ gungsparametervorhersagevorrichtung 325 kann einen Kalman- Filter für das Verfolgen sich leicht ändernder Parameter, wie der allmählichen Änderung der Dopplerfrequenz, umfassen. Traditionelle Kalman-Filter sprechen jedoch insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten nicht auf unregelmäßige Änderungen der Parameter, wie einer Änderung des Geschwindigkeitsvek­ tors, der die Dopplerfrequenz beeinflußt, an. Da der Filter natürlicherweise gleichmäßige Geschwindigkeiten an beiden Enden der Kommunikationsverbindung annimmt, werden die unre­ gelmäßigen Änderungen des Geschwindigkeitsvektors, sofern sie nicht korrigiert werden, die zukünftigen Frequenzvorhersagen des Filters unterbrechen. Die Übertragungsparametervorhersa­ gevorrichtung 325 berücksichtigt einen differentiellen Ge­ schwindigkeitsvektor in ihrer Berechnung eines Frequenzver­ satzes, wenn der differentielle Geschwindigkeitsvektor einen Standardverfolgungsschwellwert überschreitet. Ein Standard­ verfolgungsschwellwert ist ein Schwellwert, bei dem ein Kal­ man-Filter oder ein ähnliches Filter, wie ein Auslauffilter (coasting filter), weiterhin durch Vorhersagetechniken zu­ künftige Frequenzversatzwerte für die Doppler-Kompensation liefern. Diese Auslauffilter sind gestaltet, um zukünftige Dopplerkorrekturen für Fälle vorherzusagen, wenn die Funkver­ bindung einen Schwund erfährt und man annimmt, daß jedes Ende der Funkverbindung keine wesentliche Geschwindigkeitsvektor­ änderungen erfährt. Die Übertragungsparametervorhersage kann als Kalman-Filter implementiert sein, der eine getrennte Steuerung für das Empfangen und Einstellen der Kalman-Filter Ausgangssignale im Verhältnis zum empfangenen differentiellen Geschwindigkeitsvektor aufweist.

Die Übertragungsparametervorhersageschaltung 325 gestattet der PCU 110, eine Kommunikationsverbindung während unregelmä­ ßiger Geschwindigkeitsvektoränderungen, die auftreten, wenn ein Flugzeug oder eine andere mobile Plattform unregelmäßig oder plötzlich ihre Geschwindigkeitsvektoren ändern, aufrecht zu halten.

Eine Steuerung 315 gibt die Übertragungsparameter 325 an den Transceiver 310 und den Positioniergenerator 330 und empfängt Geschwindigkeitsvektordaten vom Positioniergenerator 330. Die Steuerung 315 berechnet einen differentiellen Geschwindig­ keitsvektor, oder in einer alternativen Ausführungsform kann der Positioniergenerator 330 einen differentiellen Geschwin­ digkeitsvektor berechnen, für die Verwendung im Vergleich mit einem Standardgeschwindigkeitsverfolgungsschwellwert. In einer alternativen Ausführungsform berechnet die Steuerung 315 die differentielle Dopplerfrequenzverschiebung für die Verwendung im Verhältnis mit einem Standardfrequenzverfol­ gungsschwellwert. Die Steuerung 315 stellt auch eine Schnitt­ stelle mit dem Transceiver 310 her für das Bereitstellen und Empfangen von Sendedaten. Die Steuerung 315 stellt zusätzlich eine Schnittstelle mit einer Benutzerschnittstelle 340 her, um gesendete Daten von den Benutzerterminals 345 aufzunehmen. Die Benutzerterminals 345 können Sprach-, Daten- oder andere computerartige Terminalvorrichtungen für das Darstellen und Empfangen von Information sein. Darüber hinaus kann die Benut­ zerschnittstelle 340 eine Vielzahl von Benutzerterminals 345 durch Bereitstellen eines gemultiplexten oder zugewiesenen Zugangs zu den Benutzerterminals 345 aufnehmen.

In einer alternativen Ausführungsform kann eine mobile Platt­ form, in der sich tragbare Kommunikationseinheiten 110 befin­ den, eine Vielzahl tragbarer Kommunikationseinheiten 110 oder Teile davon, aufnehmen. Fig. 2 zeigt einen ersten Teil 350 tragbarer Kommunikationseinheiten 110. Der erste Teil 350 kann eine Vielzahl von PCUs 110 sein, die Kommunikationsdaten von einer speziellen Basiskommunikationseinheit 105 empfangen, wie das in Fig. 1 dargestellt ist. Ein zweiter Teil 355 der tragbaren Kommunikationseinheiten 110 können eine Kommunika­ tion von einer zweiten oder getrennten Basiskommunikations­ einheit 115 empfangen, wie das in Fig. 1 gezeigt ist. Diese räumlich verschiedenen Basiskommunikationseinheiten zeigen unterschiedliche Dopplerfrequenzen, die getrennte oder unab­ hängige Frequenzversatzwerte für die Kommunikationen mit den Basiskommunikationseinheiten 105 und 155 aufweisen. Wo neben­ einandergestellte PCUs 110 Sendungen von einer gemeinsamen Basiskommunikationseinheit empfangen, muß nur eine PCU 110 einen Frequenzversatz für die Verwendung während unregelmäßi­ ger Änderungen der Geschwindigkeitsvektoren berechnen, da jede einen gemeinsamen Dopplerfrequenzversatz hat. In einer solchen Ausführungsform kann die Erzeugung eines gemeinsamen Frequenzversatzes an andere PCUs 110 verteilt werden, die denselben Dopplerfrequenzversatz haben.

Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm eines Transceiverfrequenzver­ satzerzeugungsverfahrens für das Kompensieren einer unregel­ mäßigen Dopplerfrequenzverschiebung in einer Kommunikations­ verbindung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung.

Eine Aufgabe 405 mißt einen aktuellen Geschwindigkeitsvektor, wie er durch den aktuellen Zustand der PCU 110 gezeigt wird. Wie oben angemerkt wurde, kann ein Geschwindigkeitsvektor, wie in der bevorzugten Ausführungsform, berechnet werden unter Verwendung eines globalen Positioniersystems für das Ableiten von Ortsdaten. Die Ableitung eines Ortes oder von Koordinaten kann dann mit anderen Koordinaten oder anderen Verfahren für die Bestimmung eines Geschwindigkeitsvektors der PCU 110 verwendet werden.

In einer alternativen Ausführungsform kann der aktuelle Ge­ schwindigkeitsvektor berechnet werden durch Verwendung von Standardflugzeugavionik. Die Standardflugzeugavionik kann einen Kreiselkompaß und andere elektronische Geräte für die Bestimmung einer Richtung und einer Geschwindigkeit der PCU 110 umfassen. Die Verwendung von Standardflugzeugavionik für das Erzeugen von Geschwindigkeitsvektoren ist Fachleuten bekannt.

Eine Aufgabe 410 berechnet einen differentiellen Geschwindig­ keitsvektor unter Verwendung eines vorher gemessenen aktuel­ len Geschwindigkeitsvektors für einen Vergleich mit einem vorher gemessenen Geschwindigkeitsvektor, der gespeichert wurde, oder aus einer vorherigen iterativen Messung eines Geschwindigkeitsvektors.

Eine Abfrageprüfung 415 bestimmt, ob der berechnete differen­ tielle Geschwindigkeitsvektor einen Standardverfolgungs­ schwellwert überschreitet. Wenn ein Standardverfolgungs­ schwellwert nicht überschritten wurde, so erzeugt eine Aufgabe 420 einen Transceiverfrequenzversatz unter Verwendung von Standardfrequenzverfolgungserzeugungstechniken. Die Erzeugung eines Transceiverfrequenzversatzes, wenn ein Standardverfol­ gungsschwellwert nicht überschritten wurde, kann in der be­ vorzugten Ausführungsform durch die Verwendung eines Kalman- Filters für die Standardfrequenzversatzerzeugung durchgeführt werden. Andere Techniken sind Fachleuten für die Erzeugung oder die Verfolgung durch Verwendung von Auslaufalgorithmen (coasting algorithms) für die Vorhersage von kleineren Abwei­ chungen der Parameter bekannt.

In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung können Kommunikationsverbindungen zwischen der Basiskom­ munikationseinheit 105 und der PCU 110 eine Statusinformation enthalten, die iterative Rückkoppelparameter verwendet, die die PCU 110 über Fehlerwerte in ausgewählten Frequenzver­ satzwerten und Zeitversatzwerten informiert. Eine solche iterative Rückkopplung kann durch das inkrementelle Erhöhen oder Erniedrigen eines ausgewählten Frequenzversatzes erfol­ gen. Wenn jedoch ein differentieller Geschwindigkeitsvektor einen Standardverfolgungsschwellwert überschreitet, so sind interative Rückkoppelkompensationstechniken selbst nicht ausreichend, um die unregelmäßigen Geschwindigkeitsänderungen in der PCU 110 zu verfolgen, da die Standardverfolgungsalgo­ rithmen annehmen, daß jedes Ende eine gleichmäßige Geschwin­ digkeit hat.

In der bevorzugten Ausführungsform ist der Standardverfol­ gungsschwellwert ein Geschwindigkeitsänderungsschwellwert. Wenn der differentielle Geschwindigkeitsvektor den Standard­ verfolgungsschwellwert überschreitet, wie in dem Fall, wenn die PCU 110 unregelmäßig ihren Geschwindigkeitsvektor ändert, so ergänzt eine Aufgabe 425 die Standardfrequenzversatzerzeu­ gung mit dem differentiellen Geschwindigkeitsvektor. Die Ergänzung der Standardfrequenzversatzerzeugung mit der diffe­ rentiellen Geschwindigkeitsvektorinformation gestattet es der PCU 110 eine Kommunikationverbindung während unregelmäßigen Geschwindigkeitsvektoränderungen aufrecht zu halten.

In einer alternativen Ausführungsform ist der Standardverfol­ gungsschwellwert ein Dopplerfrequenzverschiebungsschwellwert. Wenn der differentielle Geschwindigkeitsvektor bestimmt ist, so kann die sich ergebende Dopplerfrequenzverschiebung be­ stimmt und die Größe der Frequenzverschiebung mit einem Stan­ dardfrequenzverfolgungsschwellwert verglichen werden, wobei Standardverfolgungskompensatonsmechanismen ausreichend sind. Wenn die Dopplerfrequenzverschiebung den Standardfrequenz­ verfolgungsschwellwert überschreitet, wird die Standardfre­ quenzversatzerzeugung durch die Dopplerfrequenzverschiebung, die aus der differentiellen Geschwindigkeitsvektorinformation berechnet wurde, ergänzt.

In nochmals einer anderen alternativen Ausführungsform ist der Standardverfolgungsschwellwert ein Beschleunigungs­ schwellwert. Die Größe der Beschleunigung kann verglichen werden mit einem Standardbeschleunigungsschwellwert, wobei Standardverfolgungskompensationsmechanismen genügend sind. Wenn die Größe des Beschleunigungsvektors den Standardbe­ schleunigungverfolgungsschwellwert überschreitet, wird die Standardfrequenzversatzerzeugung mit der Dopplerfrequenzver­ schiebung, die aus dem differentiellen Geschwindigkeitsvektor oder der Beschleunigungsvektorinformation berechnet wurde, ergänzt.

In einer nochmals anderen Ausführungsform kann, wenn der differentielle Geschwindigkeitsvektor in Aufgabe 410 bestimmt wurde, die sich ergebende Dopplerfrequenzverschiebung be­ stimmt werden und die Standardfrequenzversatzerzeugung wird zu allen Zeiten mit der Dopplerfrequenz ergänzt, die sich aus der differentiellen Geschwindigkeitsvektorinformation ergibt. In diesem Fall wird kein Schwellwert bei der Bestimmung, wann der Standardfrequenzerzeugungsalgorithmus ergänzt werden muß, verwendet.

Insgesamt liefert die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung für das Verfolgen und das Kompensieren unregelmäßiger Dopplerfrequenzverschiebungen in einer Kommunikationssverbindung. Die vorliegende Erfindung implementiert eine unregelmäßige Dopplerfrequenzkompensation durch Messung eines aktuellen Geschwindigkeitsvektors und dem Vergleichen des aktuellen Geschwindigkeitsvektors mit einem vorherigen Geschwindigkeitsvektor, um einen differentiellen Geschwindigkeitsvektor zwischen den beiden Vektoren zu be­ rechnen.

Wenn ein differentieller Geschwindigkeitsvektor bestimmt wurde, so kann dieser Vektor selbst mit einem Standardge­ schwindigkeitsverfolgungsschwellwert, bei dem Standardverfol­ gungskompensationsmechanismen ausreichend sind, verglichen werden. Wenn der differentielle Geschwindigkeitsvektor den Standardverfolgungsschwellwert überschreitet, so wird die Standardfrequenzversatzerzeugung mit der Dopplerfrequenzver­ schiebung, die aus der differentiellen Geschwindigkeitsvek­ torinformation berechnet wurde, ergänzt. Ein Frequenzversatz für die Verwendung bei der Aufrechterhaltung der Kommunikati­ onsverbindung wird dann für die Verwendung beim Senden und Empfangen erzeugt. Die Kommunikationsverbindungen können dann während einer unregelmäßigen Dopplerfrequenzverschiebung einer tragbaren Kommunikationseinheit aufrecht erhalten wer­ den, sogar in einer Umgebung, bei der der Funkkanal einen Schwund erfährt.

Die vorliegende Erfindung wurde oben unter Bezug auf bevor­ zugte Ausführungsformen beschrieben. Fachleute werden jedoch erkennen, daß Änderungen und Modifikationen in diesen bevor­ zugten Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Fachleute werden beispielsweise erkennen, daß die präzisen Verfahren, Aufgaben und Aufgabenreihenfolgen, wie sie hier beschrieben wurden, beträchtlich variiert werden können, während sie äquivalente Funktionen erzielen. Diese und andere Änderungen und Modifikationen, die für Fachleute offensichtlich sind, sollen im Umfang der vorliegenden Erfindung mit eingeschlos­ sen sein.

Claims (9)

1. Verfahren in einem Kommunikationssystem, das eine tragbare Kommunikationseinheit aufweist, die sich mit einem dynami­ schen Geschwindigkeitsvektor in Bewegung befindet, für das Verfolgen und Kompensieren einer unregelmäßigen Dopplerfre­ quenzverschiebung in einer Kommunikationsverbindung, die einen Frequenzversatz für die Dopplerkompensation verwendet, wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:
Messen eines aktuellen Geschwindigkeitsvektors der trag­ baren Kommunikationseinheit;
Berechnen eines differentiellen Geschwindigkeitsvektors zwischen dem aktuellen Geschwindigkeitsvektor und einem vor­ herigen Geschwindigkeitsvektor, wobei der vorherige Vektor ein früher iterativ gespeicherter Meßwert eines Geschwindig­ keitsvektors ist;
Ergänzen der Standardfrequenzversatzerzeugung mit diesem differentiellen Geschwindigkeitsvektor, wobei die Standard­ frequenzversatzerzeugung eine passende Verfolgung einer nicht unregelmäßigen Dopplerfrequenzverschiebung liefert; und
Erzeugen des Frequenzversatzes unter Verwendung der Standardfrequenzversatzerzeugung und des differentiellen Geschwindigkeitsvektors.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ergänzungsschritt gekennzeichnet ist durch folgende Schritte:
wenn der differentielle Geschwindigkeitsvektor einen Standardverfolgungsschwellwert übersteigt, Ergänzen der Stan­ dardfrequenzversatzerzeugung mit dem differentiellen Ge­ schwindigkeitsvektor, wobei die Standardfrequenzversatzerzeu­ gung eine passende Verfolgung einer nicht unregelmäßigen Dopplerfrequenzverschiebung liefert.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Standardverfolgungs­ schwellwert ein Geschwindigkeitsänderungsschwellwert ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Standardverfolgungs­ schwellwert ein Dopplerfrequenzverschiebungsschwellwert ist.

5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Standardverfolgungs­ schwellwert ein Beschleunigungsschwellwert ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Meßschritt gekenn­ zeichnet ist durch folgenden Schritt:
Verwenden eines globalen Positioniersystems für die Erzeugung des aktuellen Geschwindigkeitsvektors.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Meßschritt gekenn­ zeichnet ist durch folgenden Schritt:
Verwenden einer konventionellen Flugzeugavionik für die Erzeugung des aktuellen Geschwindigkeitsvektors.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ergänzungsschritt weiter gekennzeichnet ist durch folgenden Schritt:
Verwenden einer Kalman-Filterung für die Standardfre­ quenzversatzerzeugung.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ergänzungsschritt weiter gekennzeichnet ist durch folgenden Schritt:
Verwenden einer iterativen Senderückkopplung, die Fre­ quenzversatzfehler der Dopplerkompensation von der Standard­ frequenzversatzerzeugung angibt.