DE2262702C1 - Nachrichtenübertragungssystem mit empfangsseitiger Pulskompression - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Nachrichtenübertragungssystem mit empfangsseitiger Pulskompression unter Verwendung von durch Phasenumtastung von Codeelementen gebildeter Codeworte, wobei jedes Codewort aus zwei derart ausgewählten gleich langen Teil-Codeworten gebildet ist, daß die Autokorrelationsfunktionen dieser Teil-Codeworte Hauptmaxima gleichen Vorzeichens und gleich große Nebenmaxima unterschiedlicher Vorzeichen ergeben, wobei letztere sich kompensieren.
Die Autokorrelationsfunktion eines bipolaren Pulstelegramms besteht aus dem erwünschten Hauptmaximum und einer Anzahl von unerwünschten Nebenmaxima, deren Amplituden und Polarität codeabhängig sind. So können bei einer Überlappung von zwei oder mehreren Pulstelegrammen, z. B. in der Radartechnik, durch die Nebenmaxima die erwarteten Hauptmaxima verdeckt bzw. zusätzlich vorgetäuscht werden.

Es sind Verfahren bekanntgeworden, die es ermöglichen, bei der Pulskompression entstehende Nebenmaxima weitgehend zu kompensieren. Nach diesem Verfahren (IRE Transaction on Information Theory, 1961, S. 82—87; DE-PS 12 61 907) werden zwei zu einem Codewort gehörende Teil-Codeworte mit gleicher Bitzahl so ausgesucht, daß jeweils die Nebenmaxima ihrer Autokorrelationsfunktionen bei gleichen Amplitudenbeträgen entgegengesetzte Vorzeichen besitzen, während die Hauptmaxima gleiche Polarität aufweisen. Durch die Addition beider Autokorrelationsfunktionen verdoppelt sich die Amplitude des Hauptmaximums, während alle Nebenmaxima verschwinden.

Bei diesem Verfahren ist darauf zu achten, daß die Vorzeichenzuordnung zwischen den zusammengehörenden Teü-Codeworten stets eindeutig bleibt, und zwar unabhängig vom Ausbreitungsweg und dem Demodulationsvorgang. Das läßt sich z. B. in einem mit Frequenzcodierung (FSK) arbeitenden Modulationssystem mit vier Frequenzen erreichen.

In vielen Fällen ist es aber erwünscht, z. B. zur Verringerung der Bandbreite, von einer Phasenumtastung z. B.

in Form der Phasencodierung (PSK) oder der Differenz-Phasencodierung (DPSK) Gebrauch zu machen. Möchte man die obenerwähnten Teil-Codeworte in einem PSK- oder DPSK-Modulationssystem über zwei Frequenzkanäle aussenden (Teil-Codewort I: 0°/180°-Tastung einer Frequenz /1; Teil-Codewort II: 0°/180°-Tastung einer Frequenz /2), so kann es im Empfänger beim Rückmischen, z. B. in bipolares Video, Schwierigkeiten geben. Bei der Rückmischung hängt nämlich bei den phasengetasteten Teil-Codeworten die Phasenlage und damit die Polaritätszuordnung der Codeelemente von der Länge des Signallaufweges und gegebenenfalls auch von kurzzeitigen Phaseninstabilitäten der Verarbeitungsschaltungen ab. So muß beispielsweise bei Radaranwendung (Abfrage-Antwortsysteme) mit veränderlichen Zielentfernungen gerechnet werden. Entsprechend kann auch die Autokorrelationsfunktion ein und desselben Teil-Codewortes wegabhängig unterschiedliche Vorzei-

chenbeziehungen ergeben. Im ungünstigsten Fall können die Autokorrelationsfunktionen zweier zusammengehörender Teil-Codeworte so liegen, daß sich die Nebenmaxima addieren und die erwünschten Hauptmaxima wegheben.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Schwierigkeiten bei der Anwendung der Phasencodierung zu beheben.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß ein Teil-Codewort durch Phasenumtastung einer ersten Frequenz f\ und das andere Teil-Codewort durch Phasenumtastung einer zweiten Frequenz /2 zwischen den Werten 0° undi*° gebildet ist, daß die beiden Frequenzen zueinander im Verhältnis/1 :/"2 = 1 : η stehen, wobei η eine ganze Zahl ist, daß die niedrigere Frequenz /1 mit Phasensprüngen umgetastet wird, die zwischen den

Werten 0° und -— liegen, daß nach dem Empfang das Teil-Codewort mit der Frequenz /Ί in seiner Frequenz

ver-/7-facht wird, und daß für die empfangsseitige Phasenauswertung für beide Teil-Codeworte die frequenz- und phasenmäßig gleiche Bezugsfrequenz benutzt ist.

a°

Durch die Ver-/j-fachung der Frequenz /1 werden empfangsseitig die Phasensprünge wieder in <x° -Phasensprünge umgewandelt. Die Rückmischung ζ. B. in die Videolage (Zwischenfrequenz 0) kann somit bei beiden Teil-Codeworten mit der Frequenz /2 erfolgen. Unabhängig von der Signallaufzeit haben die Autokorrelationsfunktionen in beiden Kanälen im Verhältnis zueinander immer die gleiche Polarität, und zwar bei den Nebenmaxima entgegengesetzte Vorzeichen, beim Hauptmaximum gleiche Vorzeichen. Dadurch ist sichergestellt, daß auch bei anderen Signallaufzeiten (unterschiedliche Zielentfernung) stets eine Addition der Hauptmaxima erfolgt und Nebenmaxima weitgehend verschwinden.

Die Erfindung sowie Weiterbildungen der Erfindung sind nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig.l den zeitlichen Verlauf phasengetasteter Schwingungen,

F i g. 2 den Sendeteil des Nachrichtensystems nach der Erfindung,

F i g. 3 den Empfangsteil des Nachrichtensystems nach der Erfindung.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise wird zunächst als Beispiel der Zusammensetzung der zu einem Codewort gehörenden Teil-Codeworte angegeben. Dabei ist WTi das Teil-Codewort 1, WTl das Teil-Codewort 2. Nimmt man an, daß jedes Teil-Codewort aus insgesamt acht Codeelementen besteht, so kann folgende Verteilung angesetzt werden:

WTX + + -

Die einzelnen Codeelemente »—« bzw. » + « können in einfacher Weise durch eine Phasensprungcodierung (PSK) oder Differenzphasensprungcodierung (DPSK) realisiert werden. Dabei bedeutet »—« eine bestimmte Phase, z. B. π, und » + « eine andere Phase, z. B. 0°. Die Autokorrelationsfunktion für die Teil-Codeworte WTi und WTl hat folgende Zusammensetzung:

AKF(WTi): +,0,+,0,3 + ,0,-,8 + ,-,0,3 + ,0,+,O₁+

AKF(WTl): -,0,-,0,3-,O, +,8 + , +,0,3-,0,-,O₁-

Wenn sichergestellt ist, daß die bei den beiden Autokorrelationsfunktionen angegebenen Vorzeichen tatsächlich immer erhalten werden, löschen sich die Nebenmaxima bei der Überlagerung der beiden Funktionen aus, und die Hauptmaxima addieren sich vorzeichenrichtig.

Bei Anwendung der Phasencodierung besteht aber die Gefahr, daß durch unterschiedliche Zielentfernungen Veränderungen in der Phaseninformation auftreten, was bei der Rückmischung zur Folge haben kann, daß die Phaseninformation — und damit die zu übertragende Nachricht — verändert wird. Dies kann im extremsten Fall dazu führen, daß sich alle Vorzeichen umkehren und die Hauptmaxima der Autokorrelationsfunktionen AKF (WT 1) und AKF(WTl) gegenseitig auslöschen, während sich die Nebenmaxima aufaddieren.

Da die beiden Teil-Codeworte getrennt verarbeitet werden müssen, werden zur Unterscheidung zwei getrennte Trägerfrequenzen /1 und /2 verwendet und diese in der Phase entsprechend umgetastet.

In F i g. 1 ist zur Bildung eines ersten Teil-Codewortes für eine Frequenz /1 in Zeile a eine Phasenumtastung zwischen den Werten 0 und ,τ/2 vorgenommen. Das erste, das Vorzeichen »—« wiedergebende Codeelement CEii hat die (Anfangs-)Phase 0°, das zweite Codeelement CEiI, welches das Vorzeichen » + « wiedergeben soll, die (Anfangs-)Phase 90° usw. In der Zeile b ist zur Bildung eines zweiten Teil-Codewortes eine Schwingung mit der Frequenz /2 = 2· /1 dargestellt. Das Codeelement CEIi beginnt mit der Phase 180° und gibt entsprechend den Festlegungen nach Zeile a den Wert » + « wieder, das Codeelement CE11 beginnt mit der Phase 0° und gibt dementsprechend den Wert » —« wieder usw. Die vorstehend genannten Frequenz- und Phasenwerte ergeben besonders einfache Verarbeitungsschaltungen und damit einen kleinen Aufwand.

Allgemein ausgedrückt könnte man folgende Phasenbeziehungen wählen:

fl = η ■ ft,

wobei für die Frequenz /2 der Phasensprung zwischen 0 und λ° erfolgt und bei der Frequenz /1 zwischen 0 und —. Im vorliegenden Beispiel ist somit λ= 180° und η = 2 gewählt.

In Zeile c ist die Schwingung nach Zeile a für den Fall dargestellt, daß eine Verdopplung der Frequenz /1, bevorzugt durch Quadrierung, vorgenommen worden ist. Die (Anfangs-)Phase 0°, wie beim Codeelement CE11, bleibt dabei selbstverständlich auch beim entsprechenden Codeelement CEW erhalten, während die Phase 90° beim Codeelement CE12 in Zeile c beim Codeelement CE12' in die Phase 180° übergeht usw. Allgemein ausgedrückt, tritt bei einer Ver-ji-fachung der Frequenz /1 eine Ver-n-fachung der (Anf angs-)Phasen ein.

Wird nun eine Mischung sowohl der Schwingung nach Zeile a als auch der Schwingung nach Zeile b mit einer gemeinsamen Überlagerungsfrequenz /2 vorgenommen, so hat diese Überlagerungsfrequenz sowohl für die Schwingung nach Zeile b als auch für die Schwingung nach Zeile c dieselbe relative Phasenlage und natürlich auch die gleiche Frequenz. Beide Schwingungen werden somit in einer zwar willkürlichen, jedoch für beide

ίο gleichen Phasenlage demoduliert Dadurch ist sichergestellt, daß unabhängig von der absoluten Phasenlage bei der Demodulation die relative Phasenlage bei den Codeelementen nicht verlorengeht, und zwar auch dann nicht, wenn die Phasenlage der auszuwertenden Signale infolge unterschiedlicher Laufzeiten unterschiedlich ist. Voraussetzung ist allerdings, daß in der Zeit der Aussendung von einem Teil-Codewort bis zur Zeit der Aussendung des zweiten Teil-Codewortes eine ins Gewicht fallende Änderung der Laufzeit nicht eintritt. Da zusammengehörende Teil-Codeworte kurz hintereinander ausgesandt werden, ist das praktisch immer der Fall. Bei der Autokorrelation haben somit die Hauptmaxima stets gleiches, die Nebenmaxima stets entgegengesetztes Vorzeichen, und es tritt eine Auslöschung der Nebenmaxima ein.

In F ΐ g. 2 ist im Blockschaltbild der Aufbau einer Sendestation für das Nachrichtenübertragungssystem nach der Erfindung dargestellt. Es enthält einen Oszillator GO, der eine Frequenz /1, z. B. von 90 MHz, erzeugt. Diese Frequenz /1 wird zwei Phasentasteinrichtungen TEia und TEXb zugeführt, wobei durch einen Phasenschieber PS 1 eine Phasenverschiebung von 90° derjenigen Signale vorgenommen ist, welche der Phasentasteinrichtung TEia zugeführt werden. Von einer Codespeicher- und Steuereinrichtung CSS wird die Steuerung der Phasenumtastung bei den Einrichtungen TEia und TEib vorgenommen. Hierzu sind in dieser Codespeicher- und Steuereinrichtung CSS die Teil-Codeworte TWl, TW2 und gegebenenfalls weitere Teil-Codeworte TW3, TW4 usw. gespeichert. Die jeweils zusammengehörenden Teil-Codeworte, z. B. TWi und TW2, haben die Eigenschaft, daß ihre Autokorrelationsfunktionen im Hauptmaximum übereinstimmen und Nebenmaxima sich bei der Überlagerung auslöschen. Die Zuordnung ist so getroffen, daß die Phasentasteinrichtungen TEia und TE ib von den Teil-Codeworten mit ungeradzahliger Indexzahl (7Wl, TW3) gesteuert werden. Die Phasentasteinrichtung TEia ist dann auf Durchlaß (Durchlaßdämpfung O) geschaltet, wenn das Teil-Codewort TWi an einer bestimmten Stelle den Wert» + « hat (z. B. Codeelement CE12). Die Phasentasteinrichtung TEib ist dann auf Durchlaß geschaltet, wenn das Teil-Codewort 7Wl an einer bestimmten Stelle (z. B. Codeelement CEH) den Wert»—« hat. Ausgangsseitig sind beide Phasentasteinrichtungen zusammengeschaltet, und der Additionsstufe ASS wird somit eine phasengetastete Schwingung der in F i g. 1 in Zeile a dargestellten Art zugeführt. Die Codespeicher- und Steuereinrichtung hat somit auch die Funktion eines Taktgebers und legt Länge und Folge der Codeelemente fest.

Die Frequenz /1 wird außerdem einer Vervielfacherstufe SVzugeführt, welche sie in den doppelten Wert /2 = 2 · /1 umwandelt. Zur Unterdrückung irgendwelcher Nebenfrequenzen ist ein Bandfilter BFS vorgesehen, dessen Durchlaßbereich im vorliegenden Beispiel um 180 MHz liegt. Über einen Verstärker VS werden die bei der Frequenzvervielfachung entstehenden Verluste ausgeglichen. Die Frequenz /2 gelangt sodann zu zwei parallelgeschalteten Phasentasteinrichtungen TE 2a und TE 2b, die ebenfalls von der Codespeicher- und Steuereinrichtung CSS gesteuert werden. Bei der Phasentasteinrichtung TE 2b ist ein Phasenschieber PS 2 eingeschaltet, der eine Phasenverschiebung von 180° liefert. Hier werden die Teil-Codeworte mit den geradzahligen Indexzahlen (TW2, 7W4) usw. zur Steuerung herangezogen. Zur Erzeugung der Phase 0° wird die Einrichtung 72?2a, zur Erzeugung der Phase 180° die Einrichtung TE2b durchlässig gemacht. Das Codeelement C£22 nach Fig. 1 Zeile b steuert somit die Einrichtung TE2a auf Durchlaß, das Codeelement CE21 die Einrichtung TE2b. Die Umschaltung der Durchlaßbereiche erfolgt zweckmäßig immer bei einem Nulldurchgang. Am Ausgang der beiden zusammengeschalteten Phasentasteinrichtungen 72? 2a und TE 2b liegt somit ein Signal nach Zeile b von F i g. 1 vor. Dieses Signal wird der Additionsschaltung ASS zugeführt, welche im einfachsten Fall eine Frequenzweiche ist, deren einer Durchlaßbereich der Frequenz /1 und deren zweiter Durchlaßbereich der Frequenz /2 entspricht. Dadurch ist es möglich, die beiden Signale, da sie frequenzmäßig entkoppelt sind, gleichzeitig über die Sendeantenne AS abzustrahlen.

Bei der Empfangsstation nach F i g. 3 werden die Signale der Sendestelle nach F i g. 2 von der Empfangsantenne aufgenommen und gelangen zu einem Eingangsverstärker VE. Mittels Bandfiltern BF1 und BF2 werden die Frequenzen /1 und /2 voneinander getrennt, so daß im oberen Zweig die Teil-Codeworte mit den ungeradzahligen Indexzahlen (7Wl, 7W3 usw.) und im unteren Zweig die Teil-Codeworte mit den geradzahligen Indexzah- · len (TW2, TW4 usw.) übertragen werden. Nach dem Bandfilter 5Fl folgt eine Frequenzvervielfacherstufe EV, welche die Frequenz /1 in die Frequenz 2 · /1 umwandelt, z. B. durch Quadrieren. Zum Ausgleich der dabei entstehenden Verluste kann ein Nachverstärker NVe vorgesehen werden. Mittels eines weiteren Bandfilters 5Fe werden unerwünschte Nebenprodukte der Frequenzvervielfachung unterdrückt und nur die Frequenz 180 MHz = 2 · /1 durchgelassen.

Die Signale des oberen Übertragungsweges gelangen nach einer Mischstufe M1 zu einer Pulskompressionseinrichtung PK1, deren Referenzcode von einer Codespeicher- und Steuereinrichtung CSE geliefert wird. Der Inhalt dieser Einrichtung entspricht dem der Einrichtung CSS auf der Sendeseite. Als Referenzcode werden der Kompressionseinrichtung PK1 die Teil-Codeworte mit den ungeradzahligen Indexzahlen zugeführt (z. B. TW1,

7W3 usw.). Dadurch ist sichergestellt, daß es zu einer Autokorrelation dieser Teil-Codeworte kommt. Die Teil-Codeworte mit den geradzahligen Indexzahlen werden nach einer Mischstufe M2 der dem zweiten Übertragungsweg zugeordneten Pulskompressionseinrichtung PK 2 zugeleitet. Der zugehörige Referenzcode wird aus der Codespeicher- und Steuereinrichtung CSE entnommen und entspricht den dort enthaltenen Teil-Code-

worten mit den geradzahligen Indexzahlen (TW2, TWA usw.). An der Klemme c treten somit Autokorrelationsfunktionen (AKF) 1 und an der Klemme d Autokorrelationsfunktionen (AKF) 2 auf, deren Hauptmaxima stets gleiche Vorzeichen haben und deren Nebenmaxima bei gleichen Amplitudenbeträgen entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen. Bei Überlagerung dieser beiden nur schematisch angedeuteten Autokorrelationsfunktionen (AKF) 1 und (AKF) 2 in einer Additionsschaltung ASE ergibt sich ein nebenmaximafreier großer Hauptimpuls, der in üblicher Weise in der Anzeige- bzw. Auswerteeinrichtung AE verarbeitet werden kann. Hierzu ist beispielsweise eine Decodierung und numerische Anzeige möglich oder eine Verarbeitung der erhaltenen Nachricht in einem Rechner.

Für die Mischstufen MX und M2 ist ein gemeinsamer Oszillator EO vorgesehen, der auf einer Frequenz (Bezugsfrequenz) von 180 MHz frequenz- und phasenstarr schwingt. Durch eine Synchronisationseinrichtung SKkann die Frequenz- und Phasenstabilität verbessert werden. Optimale Verhältnisse lassen sich erzielen, wenn der Sendeoszillator GO und der Empfangsoszillator EO miteinander synchronsiert sind, was z. B. durch Synchronisationstelegramme vor oder nach den Codeworten erfolgen kann.

Da bei den Codeworten mit der Frequenz /1 wegen der Frequenzverdopplung in der Vervielfacherstufe EV eine Verringerung des Geräuschabstandes auftritt, ist es zweckmäßig, diesen Verlust bereits dadurch auszugleichen, daß die Codeworte mit der Frequenz /2 bereits sendeseitig mit entsprechend größerem Pegel abgestrahlt werden als die Codeworte mit der Frequenz /2.

Anstelle der in Fi g. 3 angewandten Phasendetektion mittels einer Mischung auf die Zwischenfrequenz 0 und Bildung bipolarer Videosignale, deren Vorzeichen die Phasenbeziehungen wiedergeben, können im Rahmen der Erfindung auch andere Phasenauswertungen angewandt werden. Beispielsweise lassen sich auch Verzögerungsleitungen der in Kapitel 20—21 des »Radar Handbook« von Skolnik beschriebenen Art verwenden. Die Mischung in eine entsprechende ZF-Lage, in der die Auswertung erfolgt, wird dabei ebenfalls mit einer frequenz- und phasenstarren Überlagerungsfrequenz in der vorbeschriebenen Art vorgenommen.

Die Erfindung kann bevorzugt bei Kennungssystemen, insbesondere Kennungssystemen im Zusammenhang mit der Sekundärradartechnik Verwendung finden, weil sie ein hohes Maß an Störungssicherheit bietet. Außerdem bieten sich günstige Verschlüsselungsmöglichkeiten. Hierzu kann es vorteilhaft sein, von Zeit zu Zeit die Codeworte zu ändern, was sende- und empfangsseitig gleichzeitig mittels einer Uhr US bzw. UE erfolgt, die auf die sende- bzw. empfangsseitigen Codespeicher- und Steuereinrichtungen CSS bzw. CSEeinwirkt und auch die Referenzcodes mit ändert.

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Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

- Leerseite -

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Nachrichtenübertragungssystem mit empfangsseitiger Pulskompression unter Verwendung von durch Phasenumtastung von Codeelementen gebildeter Codeworte, wobei jedes Codewort aus zwei derart ausge-

wählten gleich langen Teil-Codeworten gebildet ist, daß die Autokorrelationsfunktionen dieser Teil-Codeworte Hauptmaxima gleichen Vorzeichens und gleich große Nebenmaxima unterschiedlicher Vorzeichen ergeben, wobei letztere sich kompensieren, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil-Codewort durch Phasenumtastung einer ersten Frequenz /1 und das andere Teil-Codewort durch Phasenumtastung einer zweiten Frequenz /2 zwischen den Werten 0° und <z° gebildet ist, daß die beiden Frequenzen zueinander im Verhältnis /1 :/2 = 1 : η stehen, wobei η eine ganze Zahl ist, daß die niedrigere Frequenz /1 mit Phasensprüngen umgetastet wird, die zwischen den Werten 0° und -^- liegen, daß nach dem Empfang das Teil-Codewort mit der Frequenz /1 in seiner Frequenz ver-/?-facht wird, und daß für die empfangsseitige Phasenauswertung für beide Teil-Codeworte die frequenz- und phasenmäßig gleiche Bezugsfrequenz benutzt ist.

2. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von /1 :/2 = 1:2 gewählt ist und daß die Phasensprünge den Codeelementen des Teil-Codewortes mit der Frequenz /1 zu 0°/90° und die bei den Codeelementeh des Teil-Codewortes mit der Frequenz /2 zu 0*7180° gewählt werden.

3. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdopplung der Frequenz /1 beim Empfang durch Quadrieren vorgenommen ist.

4. Nachrichtenübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig beide Frequenzen /1 und /2 von einem gemeinsamen Oszillator (GO) durch Frequenzteilung und/oder Frequenzvervielfachung abgeleitet sind.

5. Nachrichtenübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß empfangsseitig ein gemeinsamer Oszillator (EO) vorgesehen ist, der die Überlagerungsschwingung für die Träger beider Teil-Codeworte liefert und daß die Mischung nach der Ver-n-fachung der Frequenz f\ auf die Zwischenfrequenz Null (bipolares Video) erfolgt.

6. Nachrichtenübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Phasen- und Frequenzsynchronisation zwischen dem sendeseitigen (GO) und dem empfangsseitigen (EO) Oszillator vorgesehen ist.

7. Nachrichtenübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine empfangsseitig bei der Ver-n-fachung der Frequenz /1 auftretende Verschlechterung des Geräuschabstandes sendeseitig durch einen gegenüber der Frequenz /2 entsprechend angehobenen Sendepegel erfolgt.