DE2008560C3

DE2008560C3 - Nachrichtenübertragungssystem unter Verwendung von Puls-Code-Modulation und empfangsseitiger Pulskompression

Info

Publication number: DE2008560C3
Application number: DE19702008560
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Neustadt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-02-24
Filing date: 1970-02-24
Publication date: 1974-03-07
Also published as: NL7102464A; GB1315873A; DE2008560B2; DE2008560A1

Description

Bei de:' "tauschen Realisierung der Optimalfilter sind zwei .erfahren möglich, die sich unter dem

»5 Oberbegriff der Pulskompressionssysteme zusammenfassen lassen. Sei der Pulskompression mit diskreten Teilsignalen (diskontinuierliche Modulationsfunktion) ist jedem Verzögerungsabschnitt ein Filter für das zugehörige Teilsignal nachgeschaltet. Zum

oo Koinzidenz-Zeitpunkt eischeint das Ausgangssignal mit der um den Kompressionsfaktor erhöhten Amplitude. Belegen die Teilsignale (ganz oder teilweise) einen gemeinsamen Frequenzbereich (z. B. bei Phasensprungcodierung), so entstehen sogenannte Neben-

»5 koinzidenzen, die von der eingestellten Signalfolge abhängen. Die Signalfolge (Code) kann durch Einfügen einer Verbindungsmatrix oder durch direkte Beeinflussung der Filter beliebig und in einfacher Weise verändert werden. Der Kompressionsfaktor entspricht der Anzahl der Verzögerungsglieder. Große Codelängen führen deshalb zu entsprechend aufwendigen Realisierungen (Verzöge: ungsleitungen oder Schieberegister mit vielen Anzapfungen).

Dagegen beruht die Pulskompression mit kontinuierlicher Modulationsfunktion innerhalb des Sendesignals auf einer linearen Modulation, z. B. einer Frequenzmodulation innerhalb eines Impulses. Zur Kompression dient ein Filter mit zu dieser Modulationsfunktion inverser Übertragungscharakteristik.

Die Teilsignale gehen hierbei gewissermaßen kontinuierlich ineinander über. Das Optimalfilter (dispersive Verzögerungsleitung) weist eine homogene Struktur auf. die eine Änderung der Übertragungsfunktion (»Code«-Wechsel) praktisch ausschließt, weil die Möglichkeit, für jedes Signal ein eigenes Filter vorzusehen, beim jetzigen Stand der Technik für interessante Codemengen ausscheidet. Andererseits ermöglicht die homogene Bauweise hohe Kompressionsfaktoren mit geringen Verzerrungsverlusten.

In beiden Fällen entsteht somit das eigentliche Empfangssignal als Autokorrelationsfunktion des gesendeten Signals im Empfänger. Diese Signaltransformation besorgt ein Optimalfilter, das an die Struktur des zu empfangenden Signals angepaßt ist (»Matched Filter«). Entsprechend der verschiedenen Signalstruktur ergeben sich demnach in den beiden Verfahren unterschiedliche Realisierungen dieses Filters, deren Vor- und Nachteile z.T. auf verschiedenen Gebieten Hegen. So bietet ein Filter mit diskreter Struktur die Möglichkeit, den eingestellten Code schnell und mit geringem, zusätzlichem Aufwand zu wechseln; andererseits steigt der Grundaufwand in etwa proportional mit der Codelänge und dem Kompressionsfaktor. Beim kontinuierlichen Filter ist die letztere Abhängigkeit nicht zwingend. Hohe Kompressionsfaktoren (K > 100) sind erreichbar; die Codelänge besitzt in der Regel keinen Einfluß auf die Baugröße. Die homogene Filterstruktur verhindert

jedoch den gewünschten Signalwechsel, um die Nachahmbarkeit zu beschränken.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1209158 ist ein Verfahren zur Übertragung von Signalen bekannt, bei dem empfangsseitig eine Impulskompression vorge- S nommen wird. Die Einzelelemente einer Impulsgruppe haben in Frequenzschrittsn ansteigende oder abfallende Frequenzfunktionen. Empfangsseitig werden Eingangsfiiter vorgesehen, welche eine Aussiebung der einzelnen Frequenzen der verschiedenen *° Stufen ermöglichen. Dabei tritt jedoch keine Kompression ein; diese wird vielmehr erst dadurch erreicht, daß die Ausgangssignale der verschieden abgestimmten Resonanzkreise einander überlagert werden.

Der Erfindung liegt die Aulgabe zugrunde, ein Nachrichtenübertragungssystem zu schaffen, das mit einfachen Mitteln sowohl hohe Kompressionsfaktoren als auch einen großen Code-Vorrat liefert. Die Erfindung bezieht sich auf ein Nachrichtenübertragungssy- a° Stern unter Verwendung von Puls-Code-Modulation und empfangsseitiger Pulskompression, wobei zur zeitlichen Änderung der Codierung die Codes aus wechselnden, in sich zusätzlich eine weitere Modulation in Form einer Frequenzfunktion aufweisenden ^J5 Einzelelementen zusammengesetzt sind und empfangsseitig eine zweifache Kompression vorgenommen ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß jedes Einzelelement als zusätzliche Modulationsfunktion eine stetig zeitabhängig ansteigende oder zeitabhängig abfallende Modulationsfunktion aufweist, daß empfangsseitig in einer ersten Verarbeitungsstufe die Einzelelemente mittels zweier parallelgeschalteter Pulskompressionsfilter mit inverser Frequenzkompressionsfunktion komprimiert sind, wobei den ansteigenden und abfallenden Frequenzfunktionen jeweils umgekehrte Vorzeichen zugeordnet werden und daß in einer zweiten Verarbeitungsstufe die Decodierungzusammenmitder zweiten Kompression auf Grund der durch die beiden unterschiedlichen Frequenzfunktionen bedingten unterschiedlichen Vorzeichen vorgenommen ist.

Zur Erläuterung der Vorteile der Erfindung wird im folgenden von einem Beispiel ausgegangen, dem die nachstehenden Voraussetzungen zugrunde gelegt *5 werden:

Kompressionsfaktor K— 100

Vorrat an unterschiedlichen Signalen (Codevorrat) /V — 1000. Weiterhin sei angenommen, daß die zusätzliche Modulation stetig verläuft.

a) Für die Realisierung nur mit Kompressionsfiltern (d.h. Anwendung nur einer stetigen Modulationsfunktion) ist ein Aufwand von insgesamt 1 000 Stück erforderlich, die in einer Art Filterbank anzuordnen waren.

b) Bei Verwendung einer diskontinuierlichen Modulationsfunktion werden Filter mit mindestens 100 Stufen benötigt, um den angestrebten Kompressionsfaktor zu erreichen. Der hierfür benotigte Aufwand überschreitet die zur Codierung notwendige Stufenzahl um viele Größenordnungen. Der Gesamtcodevorrat ergibt sich aus dsr Stufenzahl M zu

,V= 2 ^w

Für Λ'= 100 liegt der Codevorrat urn den Faktor H)'⁷ übei" der angestrebten Dimensiunierung.

c) Die Realisierung des Übertragungssystems entsprechend der Lehre der Erfindung ermöglicht es, bei dem angestrebten Codevorrat von einer Stufenzahl des diskontinuierlichen Kompressionsfüters von M=IO auszugehen. Da sich die Kompressionsfaktoren multiplizieren, genügt für das Filter mit der stetigen Modulationsfunktion ein Kompressionsfaktor von ebenfalls K = 10. Im einzelnen ergibt sich folgender Vergleich: Das erfindungsgemäße Übertragungssystem kombiniert etwa 1/1000 des Aufwandes der Lösung nach a) (1 Filter mit K= 10 gegenüber 1000 Filtern mit K= 100) mit 1/10 Aufwand von b), um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen.

Weitere Einzelheiten sowie Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Empfangseinrichtung für die Decodierung von Empfangssignalen,

Fig. 2a bis 2d Signalverläufe an den Punkten A bis D der Schaltung nach Fig. 1,

Fig. 3 in Diagrammform eine weitere Möglichkeit für die Gestaltung der zusätzlichen Modulationsfunktion,

Fig. 4 eine Abwandlung der zusätzlichen Modulationsfunktion nach F i g. 3.

Bei dem Schaltungsbeispiel nach F i g. 1 werden die dem Eingang A zugeführten Signale zwei Pulskompressionsfilter FFI und PFII zugeführt, denen Demodulatoren DI und DII nachgeschaltet sind. Die Ausgänge dieser Demodulatoren sind einer Subtraktionseinrichtung S zugeführt, die mit einem Verzögerungsglied VG verbunden ist, das als Verzögerungsleitung oder als Schieberegister ausgebildet sein kann und eine Reihe von (im vorliegenden Beispiel sieben) Anzapfungen aufweist. Diesen Anzapfungen sind Überwachungsschaltungen USl bzw. i/511 nachgeschaltet, wobei für die Überwachungsschaltung USl der Wert »1«, für die Überwachungsschaltung USII der Wert » — 1« (Negation) vorgesehen ist. Für die Einstellung der Verteilung für die Werte »1« und » — 1« ist eine Schaltersteuerung SU vorgesehen, die von einem Codegeber SC gesteuert wird. Die Empfangssignale gelangen nach den Überwachungsschaltungen USl bzw. USU zu einem Additionsnetzwerk AM und stehen in addierter Form an dem Ausgang D zur weiteren Verarbeitung an, wobei durch die Stufe SAG ein Schwellwert eingestellt werden kann.

Das bei A bei richtiger Codierung zugeführte Signal ist schematisch in Fig. 2a dargestellt. Es handelt sich um einen Code mit insgesamt sieben Stellen, dessen Gesamtdauer T beträgt. Ein Einzelelement dieses Codes habe die Dauer τ; wobei im allgemeinen vorausgesetzt ist, daß alle Einzelelemente gleich lang sind. Jedes dieser Einzelelemente ist einer zusätzlichen, im voi liegenden Beispiel kontinuierlichen Modulationsfunktion unterworfen, die in der Fig. 2a durch eine gestrichelte ansteigende bzw. abfallende Linie dargestellt ist. Die nach rechts ansteigenden gestrichelten Linien sollen andeuten, daß die Frequenz des Einzelelements mit zunehmender Zeit stetig größer wird, während die nach rechts abfallenden gestrichelten Linien andeuten sollen, daß die Frequenz-Modulationsfunktion mit zunehmender Zeit abnimmt. Ordnet man der ansteigenden Frequenz-Modulationsfunktion den Wert * + 1«, der abfallenden Modulationsfunktion dagegen den Wert » — 1« zu, so hat der in Fig. 2 a dargestellte Code nach der Decodierung tier stetigen Frequenz-Modulutions-

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funktion die Verteilung: richtungen im Zusammenhang mit der Kompression

+ 1, +1, +1, —1, —1, +1, —1 verringert werden, so daß praktisch nur die maxima-

Das Pulskompressionsfilter PFI ist so ausgelegt, len Signalamplituden zur Verwertung zugelassen

daß Frequenzen mit ansteigender Frequenz-Modula- werden und Nebenmaxima der ersten bzw. zweiten

tionsfunktion (entsprechend z. B. dem ersten Einzel- 5 Kompressionsstufe nicht störend in Erscheinung

element nach Fig. 2a) kompressiv, solche mit abfal- treten.

lender Frequenz-Modulationsfunktion (entsprechend Trifft ein Signal ein, dessen Frequenz-Modula-

z. B. dem vierten Einzelelement nach F i g. 2 a) dage- tionsfunktion nicht die in F i g. 2 a dargestellte Vertei-

gen dispersiv beeinflußt werden. Für derartige Puls- lung aufweist, so ergeben sich andere als die in den

kompressionsfilter gibt es eine Reihe von Ausfüh- »o Fig. 2b und 2c dargestellten Signalverteilungen. So

rungsformen, wobei vor allem dispersive Verzöge- wären z.B., wenn der Code nach Fig. 2a die Vertei-

rungsleitungen angewandt werden, d.h. Einrichtun- lung + 1, + 1, + 1, — 1, — 1, — 1, — 1 hätte, bei B

gen, die eine frequenzabhängige Verzögerung von und in F i g. 2 b nur drei maximale Signale vorhanden,

Signalen bewirken. Da somit von dem Pulskompres- während am Ausgang des Demodulators DII und in

sionsfilter PFI nur die Signale mit ansteigender Fre- «5 Fig. 2c vier maximale (negative) Signale auftreten

quenz-Modulationsfunktion( + 1) kompressiv beein- würden. Dies hätte zur Folge, daß für den bei USl

flußt werden, ergeben sich am Ausgang des und USIl eingestellten Code die vorletzte (sechste)

Demodulators DI, d.h. am Punkt B, die in Fig. 2b Umschalteinrichtung USl das falsche Vorzeichen

dargestellten Signale. Überall dort, wo eine anstei- hätte und somit im Additionsnetzwerk AN nicht siegende Frequenz-Modulationsfunktion bei Fig. 2a »o ben gleiche Amplituden überlagert wurden, sondern

vorhanden war, ergibt sich ein stark ausgeprägtes Ma- nur sechs und eine negative. Das Summensignal AG

ximum.währendindenZwischenbereichen.d.h.dort, nach Fig. 2d würde für das angenommene Beispiel

woe eine abfallende Frequenz-Modulationsfunktion nicht den durch die Schwelle SAG' eingestellten Wert

vorhanden war (- 1), nur sehr kleine Nebenmaxima erreichen und damit zu einer Auswertung nicht zuge-

vorhanden sind. Es treten somit zunächst drei starke »5 lassen werden.

Signale auf, dann fehlen (bei - 1) zwei Signale, es Weitere Möglichkeiten der zusätzlichen Modula-

folgt ein weiteres starkes Signal (+1) und es fehlt tion bestehen in einer Frequenzumtastung oder einer

wiederum ein Signal (—1). Phasensprungmodulation der Einzelelemente des

Für das Pulskompressionsfilter PFII, dessen Auf- Codes, die kompressiv ausgewertet wird,
bau bezüglich der Frequenz-Modulationsfunktion in- 30 In F i g. 3 ist in Abhängigkeit von der Zeit t als weivers zu dem des Filters PFI gewählt ist, ergeben sich teres Beispiel für die zusätzliche Modulation die Modemgemäß stark ausgeprägte Maxima bei abfallender mentanf requenz einer Modulationsfunktion aufgetra-Frequenz-Modulationsfunktion (-1) und nur ge- gen, wobei τ= Γ ist, d.h. jedes Einzelelement des ringe Nebenmaxima bzw. Lücken bei ansteigender Codes während der ganzen Codedauer T vorhanden Frequenzmodulationsfunktion (+1). Die zeitliche 35 ist und insgesamt die Bandbreite b benötigt wird. Der Verteilung dieser Meixima ergibt sich aus F i g. 2 c, wo beim vorliegenden Beispiel verwendete Code hat wiesie unterhalb der Zekachse als negative Signale darge- derum die Verteilung

stellt s^;nd, weil sie in der Subtraktionsstufe S eine +1, +1, +1, -1, -1, +1, -1

Vorzeichenumkehr erfahren haben. Die auf diese wobei + 1 jeweils zeitabhängig einem Frequenzan-

Weise decodierten Signale entsprechen - abgesehen 40 stieg, dagegen - 1 zeitabhängig einem Frequenzabf all

von den Nebenmaxima - einem einfachen aktiven Bi- entspricht. Die Unterscheidung der Einzelelemente ist

närcode, d.h. einer »+ 1, — 1 «-Verteilung. durch einen bestimmten Frequenzabstand b_E sicher-

Das Signal nach Fig. 2cgelangt zu dem Verzöge- gestellt. Der Aufbau der Kompressionseinrichtung

rungsglied VG, welches sieben, jeweils um r zeitlich entspricht dem in F i g. 1 gezeigten Beispiel, wobei die verschobene Anzapfungen aufweist. Dies bedeutet, +5 Kompressionsfilter PFI und PFII mindestens die

daß die sieben Einzelsignale nach Fi g. 2 c alle gleich- Bandbreite B möglichst linear zu verarbeiten haben,

zeitig an den Anzapfungen anliegen (Serien-Parallel- Dementsprechend ergeben sich nach der Kompres-

umwandlung). Wenn der vom Codegeber SC gelie- sion bei B Impulse der in Fig. 2b dargestellten Art,

ferte und von der Schaltsteuerung SU entsprechend während bei C eine Verteilung nach Fig. 2c auftritt, umgeformte Code die gleiche Codierung aufweist wie 50 Die weitere Verarbeitung erfolgt in der im Zusam-

die Codierung des Signals nach Fig. 2c, dann lassen menhang mit Fig. 1 erläuterten Weise,

die ersten drei sowie die sechste Umschalteinrichtung Bei der in F i g. 4 dargestellten Abwandlung dieses

USl, welche mit »1« bezeichnet sind, Signale ohne Prinzips der zusätzlichen Modulation sind τ und T

Vorzeichen durch, während die vierte, fünfte und ungleich gewählt, d. h. die zusätzliche Modulation ist siebte Umschalteinrichtung USH die Signale im Vor- 55 nicht während der ganzen Zeitdauer T eines Codes

zeichen ändern. Die Signalverteilung nach Fig. 2c wirksam. Dabei ist allerding noch vorausgesetzt, daß

entspricht somit genau dem vom Codegeber SC ein- die einzelnen zusätzlichen Modulationsfunktionen

gegebenen Code, und bei D, d.h. am Ausgang des zeitlich nacheinander beginnen und enden* so daß eine

Additionsnetzwerks AN tritt ein einzelner stark aus- Art Zeitmultiplex entsteht.

geprägter Impuls AG auf. Dieser in Fig. 2d darge- 60 Die Erfindung ist von besonderem Vorteil dort anstellte Impuls hat theoretisch die siebenfache Größe wendbar, wo große Codemengen benötigt werden, um eines Maximalimpulses der Fig. 2 b bzw. 2 c, weil durch einen raschen Codewechsel gezielten Störungen durch die Umschalteinrichtungen USU (vierte, fünfte, und Nachahmungen zu entgehen. Hierzu gehören nesiebte) die negativen Signalspitzen nach Fig. 2c um- ben dem Gebiet des geheimen Nachrichtenverkehrs gepolt werden. Die weiterhin auftretenden Nebenma- 65 vor allem die Kennsysteme, insbesondere die xima (dies gilt auch für die Signale nach Fi g. 2 b und Freund-Feind-Identifizierung im Zusammenbang mit 2 c) können zweckmäßig durch entsprechende Ein- Sekundärradargeräten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Nachrichtenübertragungssystem unter Verwendung von Puls-Code-Modulation und empfangsseitiger Pulskompression, wobei zur zeitlichen Änderung der Codierung die Codes aus wechselnden, in sich zusätzlich eine weitere Modulation in Form einer Frequenzfunktion aufweisenden Einzelelementen zusammengesetzt sind und empfangsseitig eine zweifache Kompression vorgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Einzelelement als zusätzliche Modulationsfunktion eine stetig zeitabhängig ansteigende oder zeitabhängig abfallende Modulationsfunktion aufweist, daß empfangsseitig in einer ersten Verarbeitungsstufe die Einzelelemente mittels zweier parallelgeschalteter Pulskompressionsfilter (PFI, PFII) mit inverser Frequenzkompressionsfunktion komprimiert sind, wobei den ansteigenden und abfallenden Frequenzfunktionen jeweils umgekehrte Vorzeichen zugeordnet werden und daß in einer zweiten Verarbeitungsstufe ( VG, AN) die Decodierung zusammen mit der zweiten Kompression auf Grund der durch die beiden unterschiedlichen Frequenzfunktionen bedingten unterschiedlichen Vorzeichen vorgenommen ist.

2. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompression der Einzelelemente vor der Demodulation vorgenommen ist.

3. Nachrichtenübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelelemente eine Modulation aufweisen, deren Frequenzspektren jeweils um einen bestimmten Wert (b_E) entsprechend der Stellung des Einzelelements innerhalb des Codes variiert sind (Fig. 3).

4. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Modulation während der Gesamtdauer (Γ) eines Codes anhält.

5. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, daß die Modulation der Einzelelemente je nach deren Stellung innerhalb des Codes zu verschiedenen Zeiten beginnt und endet und nur während einer kürzeren Zeit (τ) anhält als die Zeitdauer des Codes (T) (Fig. 4).

6. Nachrichtenübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Empfangsseite ein Codegeber (SC) vorgesehen ist, der die Vorzeichenverteilung in der zweiten Verarbeitungsstufe (VG, AN) so steuert, daß dort die passende Codierung für den jeweils erwarteten Code eingestellt wird.

7. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verarbeitungsstufe ein Verzögerungsglied ( FG), vorzugsweise in Form eines Schieberegisters, aufweist, dessen Anzapfungen Überwachungsschaltungen (USl, USU) nachgeschaltet sind, für deren Einstellung eine vom Codegeber (SC) gesteuerte Schaltersteuerung (SU) vorgesehen ist.

8. Nachrichtenübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang der zweiten Verarbeitungsstufe (VG, AN) eine Schwellwertstufe (SAG) vr-gesehen ist.

9. Nachrichtenübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anwendung bei Kennsystemen, insbesondere zur Freund-Feind-Kennung bei Sekundärradargeräten.