DE2452997B2 - Verfahren und anordnung zur funkuebertragung von binaeren informationssignalen - Google Patents
Verfahren und anordnung zur funkuebertragung von binaeren informationssignalenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Funkübertragung von binären Informationssignalen,
insbesondere Datensignalen, die aus einer binären Folge von 1- und O-Bits bestehen, wobei jedes
Bit in einem vorbestimmten Bitintervall auftritt.
Ein bekanntes Verfahren zur Übertragung derartiger Signale benutzt ein Frequenzsprungmodulationssystem
bzw. FSK-System mit zwei Signalfrequenzen, die die genannten 0-und 1-Bits vertreten.
Bei der Funkübertragung derartiger Datensignale treten jedoch oft verschiedene Störungsquellen auf, von
denen die wichtigsten Mehrwegausbreitung und frequenzselektivem Schwund zuzuschreiben sind.
Bei Kurzwellenübertragung ist das größte Problem die genannte Mehrwegausbreitung, d.h., daß in einem
Datenübertragungskanal vom betreffenden Typ Echosignale nach dem eigentlichen Informationssignal
erscheinen. Insbesondere bei Übertragung binärer Information über derart gestörte Übertragungskanäle
und in denjenigen Fällen, wo die Anforderungen, die an die Sicherheit der Übertragung gestellt werden, streng
sind, führen diese Echosignale zu schweren Problemen, die der Tatsache zuzuschreiben sind, daß die genannten
Echosignale bei Empfang einem nachfolgenden Informationsbit überlagert werden und dadurch den Informationsinhalt
der übertragenen Datensignale verzerren können.
Ein anderes bekanntes Verfahren zur Funkübertragung von binären Datensignalen benutzt dazu zwei
FSK-Systeme, die je eine für das betreffende zu übertragende Bit repräsentative Frequenz liefern,
welche Frequenzen mit einem Zeitunterschied von beispielsweise 2 Sekunden untereinander ausgestrahlt
werden. Da dasselbe Informationsbit dabei zweimal über verschiedene Frequenzkanäle und mit einer
gegenseitigen Verzögerung um etwa 2 Sekunden ausgestrahlt wird, wird bei Anwendung dieses Verfahrens
die Störempfindlichkeit gegen Schwunderscheinungen wesentlich verringert; der Einfluß jedoch der
Mehrwegausbreitung wird auf diese Weise nicht
schaltet da dieses bekannte Verfahren korrelierte
SSimesquelien nicht unterdrückt.
Π e Erfindung, bezweckt nun, ein Verfahren und eine
dnung z"r Anwendung dieses Verfahrens zu
Ah°ffen wobei nicht nur die Störung* empfindlichkeit
η nicht korrelierte Störung wie die, die durch
Schwunderscheinungen verursacht wird, wesentlich
ngert wird, sondern wobei außerdem der Einfluß
Selierter Störung, wie die, die die Folge von
Liehrwegausbreitung ist, unterdrückt wird. ,
Nach der Erfindung weist das erfindungsgemäße Verfahren zur Funkübertragung von Datensignalen
H 7U das Kennzeichen auf, daß wenigstens zwei ρςΚ Systeme angewandt werden mit je zwei verschieben
Signalfrequenzen, die die genannten 0- bzw. ι ι Bits vertreten und zwar derart, daß bei der
übertragung einer bestimmten Bitinformation die für Hebetreffende Bitinformation repräsentativen 1- oder
η qignalfrequenzen unmittelbar nacheinander ausgetrahlt
werden und zwar je während eines vorbestimmlen Teils des Bitintervalls und daß empfangsseitig jede
Her ausgestrahlten Signalfrequenzen zeitselektiv empfangen und detektiert wird und zwar innerhalb eines
7e:tintervalls mit einer Dauer entsprechend der Dauer des genannten vorbestimmten Teils des Bitintervalls.
Bei Anwendung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens können die gegebenenfalls infolge von Mehrwegausbreitung
auftretenden Echosignale praktisch keinen Einfluß auf die augenblicklich empfangene unmittelbar
übertragene Signalfrequenz ausüben; zwar können die
augenblicklich empfangene unmittelbar übertragene qignalfrequenz und die infolge der Mehrwegausbreitung
verzögerte vorhergehende Signalfrequenz (Echo) emDfangsseitig gleichzeitig auftreten, aber dadurch, daß
diese vorhergehende Signalfrequenz von der unmittelbar übertragenen Signalfrequenz abweicht und der
Empfang zeitselektiv ist, wird die verzögerte Signalfrequenz nicht detektiert.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren w;rd ebenfalls der genannte frequenzselektive Schwund vermieden
(Zeitstreuung), d.h, daß die Impulsform eines übertragenen Impulssignals während der Übertragung
verzerrt wird wodurch eine erhöhte Zeitverteilung und weiter kombinierte Effekte von Mehrwegausbreitung
und Zeitstreuung auftreten. In diesem Zusammenhang sei erwähnt daß eine Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens sich nicht auf Kurzwellenübertragung beschränkt und daß entsprechende Vorteile auf allen
relevanten Schwundkanälen erhalten werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden ein erE'es und ein
7weites FSK-System mit einer untereinander guten Frequenztrennung angewandt, die abwechselnd je
während der Hälfte des Bitintervalls wirksam sind und wobei jedes 1-Bit durch Übertragung der für ein 1 -Bit
repräsentativen Signalfrequenz des ersten FSK-Systems während der ersten Hälfte des Bitintervalls
übertragen wird, wonach die für ein 1-Bit repräsentative Signalfrequenz des zweiten FSK-Systems während der
zweiten Hälfte des Bitintervalls übertragen wird und
jedes O-Bit durch Übertragung der für ein O-B.t
repräsentativen Signalfrequenzen der FSK-Systeme wahrend entsprechenden Hälften des B.t.ntervalls
übertragen wird und die Signalfrequenzen werden innerhalb eines /.eiiinicrvan» mn ν-i..v.. ~~..β~ —i-r- chend
der Hälfte des Bitintervalls empfangen, während die Bitinformation des vollständigen Bitintervalls durch
Überlagerung der Bitinformationsbeiträge der zwei FSK-Systeme zurückgewonnen wird und die Entscheidung
in bezug auf das übertragene Bit auf Basis der zurückgewonnenen vollständigen Bitinformation getroffen
wird.
> Für die obengenannte Avjsführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens kann eine einfache und zuverlässige Sende- und Empfangsapparatur angewandt
werden, wobei die nachfolgenden Vorteile erhalten werden.:
) a) Eliminierung des Einflusses der Mehrwegausbreitung
und Zeitstreuung,
b) effektiver Gebrauch der übertragenen Senderleistung, da pro Signalfrequenz die volle Leistung benutzt
werden kann,
c) Anwendung einer sehr einfachen Senderkonstruktion, da während des Zeitintervalls (das in der
bevorzugten Ausführungsform der ersten Hälfte des Bitintervalls entspricht) nur eine Signalfrequenz übertragen
wird und
ίο d) Anwendung eines Empfängers einer einfachen
Konstruktion, da dieser zwei FSK-Demodulatoren enthalten kann und da die Kombination der Information
aus jedem der Demodulatoren mit einfachen Mitteln erhalten werden kann.
Eine Anordnung nach der Erfindung ist insbesondere für langsame Datenübertragung nützlich, d.h. Übertragungsgeschwindigkeiten
in der Größenordnung von 100 bis 300 Bit/s über einen Sprachkanal mit einem Nutzfrequenzband von etwa 2500 Hz. Eine Anordnung
dieser Art ist unempfindlich gegen Störung, die durch lineare Verzerrung auf dem Kanal erzeugt wird, da die
Signalfrequenzen einzeln detektiert werden.
Es sei bemerkt, daß das Verfahren und die Anordnung nach der Erfindung durch die Aufspaltung zu parallelen
Datenkanälen und der Grad der dadurch erhaltenen Frequenzdiversität ebenfalls Störungen vom zeitselektiven
Schwundtyp vermeiden (Frequenzstreuung), beispielsweise den Einfluß der Frequenzbereichsverteilung
einer übertragenen Signalfrequenz während der Übertragung ausschaltet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher
beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 ein Signal-Zeitschema mit dem Einfluß von 45 Mehrwegausbreitung auf eine Symbolreihe 1101,
Fig.2 eine Frequenzzeitschaltung eines doppelten
FSK-Systems nach der Erfindung,
F i g. 3 eine Ausführungsform eines Empfängers zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
50 F i g. 1 zeigt ein Signal-Zeitschema mit dem Einfluß von Mehrwegausbreitung, der in dieser Figur durch
einen ersten und einen zweiten Signalmodus dargestellt wird, auf eine übertragene Bitreihe 1101 und bei einer
vorausgesetzten Länge des genannten ersten und 55 zweiten Modus von Zeitverschiebung, der der Hälfte
der Bitlänge entspricht. Wie aus der Figur hervorgeht wird der zweite 1-Signalmodus dem ersten 1-Signalmodus
nach der Hälfte eines Bitintervails hinzugefügt und verursacht dadurch einen »1-Schwanz«, der sich bis zur
60 Häflte des O-Bitintervalls erstreckt, während der zweite
0-Signalmodus auf entsprechende Weise einen »0-Schwanz« verursacht, der sich bis zur Hälfte des
Bitintervalls des für ein 1-Bit repräsentativen ersten 1-Signalmodus (viertes Bit) erstreckt. Diese »Schwanes
ze« und Überlagerungseffekte werden selbstverständlich eine Störung beim Empfang einer Bitreihe
herbeiführen, wodurch die übertragene Information fehlerhaft interpretiert werden kann.
Da nach der Erfindung der Empfang zeitselektiv in Synchronisation zu der empfangenen Bit-Reihe durchgeführt
wird; werden die genannten Störungen und der Effekt der genannten »Schwänze« eliminiert. In diesem
Zusammenhang sei bemerkt, daß diese Effekte ebenfalls durch Anwendung eines einfachen FSK-Systems ausgeschaltet
werden können, wobei die Signalfrequenzen nur während der ersten Hälfte jedes Bitintervalls
übertragen werden und während der zweiten Hälfte jedes Bitintervalls keine Information übertragen wird, ι ο
Dadurch, daß in diesem Fall der Empfang zeitselektiv durchgeführt wird während der ersten Hälften der
Bitintervalle kann der zweite Signalmodus während der zweiten Hälften der Bitintervalle frei abnehmen. Ein
Übertragungssystem dieser Art weist jedoch wesentliehe Nachteile auf und zwar dadurch, daß die
Sendeanordnung während der genannten zweiten Hälften der Bitintervalle ausgeschaltet werden müssen,
wodurch eine verwickeitere Sendekonstruktion notwendig wird, und dadurch, daß die verfügbare und
meistens auf den Spitzenwert beschränkte Sendeleistung nicht optimal benutzt wird.
Fig.2 zeigt ein Frequenz-Zeitschema einer bevorzugten
Ausführungsform nach der Erfindung, wobei ein doppeltes FSK-System mit einer guten Frequenztrennung
angewandt wird und wobei die Frequenztrennung zwischen den Signalfrequenzpaaren jedes Systems dem
inversen Wert des halben Bitintervalls entsprechend gewählt ist. Die Figur zeigt ebenfalls die Zeittrennting
zwischen den zwei Systemen.
Ein Empfänger zum Durchführen der genannten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird in F i g. 3 dargestellt. Der Empfänger enthält Demodulatoren 1 und 2 eines bekannten Typs
für jedes FSK-System. Das übertragene Signal wird dem Emfpänger nach Demodulation des Trägerfrequenzpegels
auf den Signalfrequenzpegel zugeführt, wobei die Demodulatoren 1 und 2 das Signal über
Bandfilter 3 und 4 in der richtigen Form zum Weiterleiten des Signalfrequenzpaares der jeweiligen
FSK-Systeme empfangen, jeder Demodulator 1, 2 ist
mit zwei Ausgängen 5,6 bzw. 7,8 versehen.
Die Demodulatoren 1,2 können beispielsweise an der Eingangsseite einen Amplitudenbegrenzer 9 bzw. 10
enthalten, dessen Ausgang an die Kreise 11 bzw. 13 angeschlossen ist, die auf die 1-Signalfrequenz des
FSK-Systems abgestimmt sind, und an die Kreise 12 bzw. 14, die auf die entsprechenden O-Signalfrequenzen
abgestimmt sind. Der Ausgang jedes der abgestimmten Kreise U, 12,13 und 14 ist über Gleichrichter 15,16,17
bzw. 18 an einen der Demodulatorausgänge 5,6,7 bzw. 8 angeschlossen, jeder Ausgang Hefen ein impulsförmiges
Ausgangssignal, wenn die entsprechende Signalfrequenz demoduliert wird.
Jeder der Ausgänge 5, 6, 7, 8 ist an einen entsprechenden Eingang 19, 20, 21 bzw. 22 einer
Entscheidungsschaltung 23 angeschlossen und zwar über einen Schalter 24,25,26 bzw. 27.
Die Schalter 24, 25, 26, 27 werden durch eine Bit-Synchronisationsanordnung 28 geregelt, die mittels
mit der Dateninformation mitgesandten Synchronisationsinformation synchronisiert ist. Die Steuerfunktion
wird derart durchgeführt, daß die Schalter 24,25, die an den Demodulator 1 des ersten FSK-Systems angeschlossen
sind, während der ersten Hälfte des Bitintervalls geschlossen sind, wenn die Schalter 26, 27
geöffnet sind. Während der zweiten Hälfte des Bitintervalls sind die Schalter 30,31 geschlossen und die
Schalter 24,25 geöffnet.
Die Ausgänge der Schalter 24, 26 sind an das erste Eingangspaar 19,20 der Entscheidungsschaltung 23 und
die Schalter 25, 27 an das zweite Eingangspaar 21, 22 der Entscheidungsschaltung 23 angeschlossen.
Die Entscheidungsschaltung 23 enthält für jedes der genannten Eingangspaare Verstärker 29 bzw. 30 die
über Tiefpaßfilter 31 bzw. 32 an den Eingang eines Differenzverstärkers 33 angeschlossen sind.
Während der ersten Hälfte jedes Bitintervalls empfangen die Tiefpaßfilter 31,32 über die Schalter 24,
25 Information und während der zweiten Hälfte des Bitintervalls empfangen sie diese Information über die
Schalter 26, 27. Abhängig vom Signalpegel, der durch die Tiefpaßfilter 31, 32 integriert ist, liefert der
Differenzverstärker 33 ein positives oder negatives Ausgangssignal, das ein empfangenes 0-Bil bzw. 1-Bit
angibt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Verfahren zur Funkübertragung von binären Informationssignale, insbesondere Datensignalen,
die aus einer binären Folge von 1- und O-Bits bestehen, wobei jedes 3itt während eines vorbe
stimmten Bitintervalls auftritt, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens zwei FSK-Systcme angewandt werden mit je zwei verschiedenen
Signalfrequenzen, die die genannten 0- bzw. 1 -Bits vertreten und zwar derart, daß bei der Übertragung
einer bestimmten Bitinformation die für die betreffende Bitinformation repräsentativen 1- oder 0-Signalfrequenzen
unmittelbar nacheinander ausgestrahlt werden und zwar je während eines vorbestimmten Teils des Bitintervalls und daß
empfangsseitig jede der ausgestrahlten Signalfrequenzen zeitselektiv empfangen und innerhalb eines
Zeitintervalls mit einer Dauer entsprechend der Dauer des genannten vorbestimmten Teils des
Bitintervalls detektiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes und ein zweites FSK-System
mit untereinander guter Frequenztrennung angewandt werden, die abwechselnd je während der
Hälfte eines Bitintervalls wirksam sind und wobei jedes 1 -Bit durch die Übertragung der für ein 1 -Bit
repräsentativen Signalfrequenz des ersten FSK-Systems während der ersten Hälfte des Bitintervalls
übertragen wird, wonach unmittelbar die für ein 1 - Bit repräsentative Signalfrequenz des zweiten
FSK-Systems während der zweiten Hälfte des Bitintervalls übertragen wird und wobei jedes O-Bit
durch Übertragung der O-Signaifrequenzen der
FSK-Systems während entsprechenden Hälften des Bitintervalls übertragen wira und die Signalfrequenzen
zeitselektiv innerhalb eines Zeitintervalls mit einer Länge, die der Hälfte des Bitintervalls
entspricht empfangen werden, während die Bitinformation des vollständigen Bitintervalls durch Überlagerung
der Bitinformationsbeiträge der zwei FSK-Systeme zurückgewonnen wird And daß eine
Entscheidung in bezug auf das übertragene Bit auf Basis der zurückgewonnenen vollständigen Bitinformation
getroffen wird.
3. System mit einem Sender und einem Empfänger zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Sender eine erste und eine zweite FSK-Modulationsanordnung enthält
und Schaltmittel um abwechselnd je während der Hälfte eines Bitintervalls die genannten FSK-Modulationsanordnungen
wirksam zu machen und daß der Empfänger eine erste und eine zweite FSK-Demodulationsanordnung
enthält, die das Signalfrequenzpaar der ersten und zweiten FSK-Modulationsan-Ordnung
über frequenzspaltende Bandfilter (3, 4) empfängt und wobei jede FSK-Demodulationsanordnung
(1, 2) mit einem 1-Bit-Ausgang (6 bzw. 8) und einem O-Bit-Ausgang (5 bzw. 7) versehen ist, die
ein Ausgangssignal bei Detektion der 1-Signalfrequenz
bzw. O-Signalfrequenz des FSK-Systems liefern und einen Schalter (24,25 bzw. 26, 27) in der
Verbindungsleitung jedes der Ausgänge (5, 6, 7, 8) mit dem entsprechenden Eingang (19, 20, 21: 22)
einer darauffolgenden Entscheidungsschaltung (23) zur Entscheidung an das empfangene Bit angeschlossen
ist und daß eine Bit-Synchronisationsanordnung (28) zum Steuern des Schalters (24, 25, 2ö,
27) vorgesehen ist.
4. Empfänger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entscheidungsschaltung aus einer
ersten Integrationsanordnung (32) zum Zurückgewinnen der Bitinformation aus dem vollständigen
Bitintervall durch Überlagerung der 1-Bit-Informationsbeiträge der zwei FSK-Systeme sowie aus einer
zweiten Integrationsanordnung (31) zum Überlagern der O-Bit-Inforrnationsbeiträge und daß die
genannten Integrationsanordnungen (31, 32) an einen Entscheidungskreis (33) zum Liefern von 1-
und O-Ausgangssignalen abhängig von der gelieferten Information angeschlossen sind.
5. Empfänger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Entscheidungskreis (33) einen
Differenzverstärker enthält, dessen positiver Eingang
( + ) mit der Integrationsanordnung (31) der O-Bit-Inforrnaiionsbeiträge und dessen negative
Eingang (—) mit der Integrationsanordnung (32) der 1-Bit-Informationsbeiträge angeschlossen ist und
zwar derart, daß der Differenzverstärker (33) ein positives Ausgangssignal bei einer O-Bit-Entscheidung
liefert und ein negatives Ausgangssignal bei einer I-Bit-Entstheidung
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