-
-
"Nachrichtenübertragungsverfahren"
-
Zusatz zu DBP . ... ...
-
(Patentanmeldung P 26 53 9?0.8> Die Erfindung betrifft ein Nachrichtenübertragungsverfahren,
insbesondere für den Kurzwellenbereich, bei dem die Nachricht in Form von Datenrahmen
übertragen wird, wobei jeder Datenrahmen zwischen einem ersten und einem zweiten
Nachrichtenblock eine Testfolge enthält, bei dem auf der Empfangs seite bei jedem
Datenrahmen der erste Nachrichtenblock zwischengespeichert wird, bis mit Hilfe der
Testfolge des betreffenden Datenrahmens die aktuelle Impulsantwort des Übertragungskanals
ermittelt und eine Adaptation der
Entzerrerfilterparameter an diese
Impulsantwort erfolgt ist, und bei dem der erste und zweite Nachrichtenblock des
betreffenden Datenrahmens dann bei der adaptierten Einstellung der Entzerrerfilterparameter
entzerrt werden, nach DBP . ... ... (Patentanmeldung P 26 53 970.8).
-
Das Hauptpatent löst die Aufgabe, ein Nachrichtenübertragungsverfahren
insbesondere für den Kurzwellenbereich zu schaffen, bei dem eine hinreichend genaue
Anpassung an die jeweils aktuelle Impulsantwort des Übertragungskanals gewährleistet
ist.
-
Die Erfindung nach dem Hauptpatent besteht darin, daß die Nachrichten
in Form von Datenrahmen übertragen werden, daß jeder Datenrahmen zwischen einem
ersten und einem zweiten Nachrichtenblock eine Testfolge enthält, daß auf der Empfangsseite
bei jedem Datenrahmen der erste Nachrichtenblock zwischengespeichert wird, bis mit
Hilfe der Testfolge des betreffenden Datenrahmens die aktuelle Impulsantwort des
Übertragungskanals ermittelt und eine Adaptation der Entzerrer-Filterparameter an
diese Impulsantwort erfolgt ist, und daß der erste und der zweite Nachrichtenblock
des betreffenden Datenrahmens dann bei der adaptierten Einstellung der Entzerrer-Filterparameter
entzerrt werden.
-
Es hat sich gezeigt, daß die bei dem Verfahren nach dem Hauptpatent
vorzugsweise ins Auge gefaßte Einbettung der Testfolge in den Datenrahmen mit je
einer Energiepause zu dem ersten bzw. zweiten Nachrichtenblock, durch die das Auffinden
der Testfolgen auf der Empfangs seite an sich wesentlich erleichtert wird, sich
aufgrund der Energiepausen ungünstig auf das Regelverhalten insbesondere des Senders
sowie gegebenenfalls auch des Empfängers auswirkt. Würden die Energiepausen nun
ohne besondere Maßnahmen einfach
weggelassen, so hätte das andererseits
zur Folge, daß die starken Energieechos der NachrichtenbLöcke unmittelbar die Testfolge
überlagern würden, so daß dann eine einwandfreie Bestimmung der Impulsantwort des
Übertragungskanals nicht mehr möglich wäre.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Nachrichtenübertragungsverfahren
der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß es den Regeleigenschaften
des Senders und des Empfängers förderlich ist und daß es zugleich eine sichere Erkennung
der Testfolgen sowie eine einwandfreie Ermittlung der Impulsantwort ermöglicht.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß aufeinanderfolgende
Datenrahmen einer zu übertragenden Nachricht sowie bei jedem Datenrahmen einerseits
der erste Nachrichtenblock und die Testfolge und andererseits die Testfolge und
der zweite Nachrichtenblock jeweils ohne eine Energiepause unmittelbar aneinander
anschließend übertragen werden, daß jede Testfolge zur Entkopplung gegenüber Energieechos
des ersten und zweiten Nachrichtenblocks jeweils aus einer Anzahl Vorlauf-Bits,
einer optimal komprimierbaren eigentlichen Testfolge und einer Anzahl Nachlauf-Bits
besteht und daß die Testfolgen empfangsseitig mittels einer Anordnung bestehend
aus einem inneren Korrelationsfilter mit einer der Bit-Anzahl der eigentlichen Testfolge
entsprechenden Anzahl von Filtergewichten sowie einem äußeren Korrelationsfilter,
bei dem die Anzahl der Filtergewichte der Bit-Anzahl der gesamten Testfolge gleich
ist, und einer Koinzidenzschaltung als solche erkannt werden.
-
Dabei besteht die Testfolge vorzugsweise aus einem 7-Bit-Vorlauf der
Form +++-+-+, einer optimal korrelierenden eigentlichen 25-Bit-Testfolge der Form
+--+--+-+-+------+++ --+++ und einem 7-Bit-Nachlauf der Form +-++--+. Des wei-
teren
ist gemäß einer günstigen Ausführungsform vorgesehen, daß die Anordnung zur Erkennung
der Testfolgen für das innere und das äußere Korrelationsfilter ein gemeinsames
Schieberegister aufweist, dessen Zellenanzahl der Bitanzahl der Testfolge entspricht,
daß bei dem äußeren Korrelationsfilter alle Zellen des Schieberegisters über je
einen Anzapf und je einen für alle Anzapfe gleichen, mit einem Fußpunktwiderstand
jeweils einen Spannungsteiler bildenden Widerstand nach Maßgabe der Vorzeichen der
zeitinversen Testfolge mit einem nichtinvertierenden bzw. invertierenden Eingang
eines ersten Operationsverstärkers verbunden sind, daß bei dem inneren Kompressionsfilter
alle Zellen des Schieberegisters abzüglich einer der Anzahl der Vorlauf- bzw. Nachlauf-Bits
der Testfolge entsprechenden Anzahl von Zellen am Anfang bzw. Ende des Schieberegisters
über je einen weiteren Anzapf und je einen in Betrag und Vorzeichen hinsichtlich
der lmpulsantwortmessung optimierten, mit einem weiteren Fußpunktwiderstand jeweils
einen Spannungsteiler bildenden weiteren Widerstand nach Maßgabe der Vorzeichen
der auf die Impulsantwortmessung hin optimierten Filter-Gewichte an einen nichtinvertierenden
bzw. invertierenden Eingang eines weiteren Operationsverstärkers angeschlossen sind,
an dessen Ausgang die Impulsantwort abnehmbar ist, und daß der Operationsverstärker
des äußeren Kompressionsfilters und der weitere Operationsverstärker des inneren
Kompressionsfilters ausgangsseitig mit einer Koinzidenzschaltung verbunden sind.
-
Die Koinzidenzschaltung stellt jeweils bei Erfüllung der folgenden
Kriterien fest, daß eine Testfolge vorliegt: a) Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers
des äußeren Kompressionsfilters und die Ausgangsspannung des weiteren Operationsverstärkers
des inneren Kompressionsfilters sowohl im Sinus- als auch im Cosinuskanal eines
kohärenten Empfängers sind höher als die mittlere Kanal spannung am Eingang der
beiden Kompressionsfilter.
-
b) Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers des äußeren Kompressionsfilters
weist die gleiche Polarität auf wie die Ausgangsspannung des weiteren Operationsverstärkers
des zugehörigen inneren Kompressionsfilters.
-
c) Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers des äußeren Kompressionsfilters
ist höher als die Ausgangsspannung des weiteren Operationsverstärkers des zugehörigen
inneren Kompressionsfilters.
-
Durch die Anwendung eines Schwung~radmechanismus-Prinzips wird die
Dauer der Geltung der Koinzidenz der Testfolgenerkennung durch das äußere und das
innere Kompressionsfilter jeweils auf die Dauer einer Torzeit beschränkt, deren
Periodendauer mit der Übertragungszeit für einen Datenrahmen übereinstimmt.
-
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind insbesondere darin
zu sehen, daß es zu einem günstigen Verhalten der automatischen Regelung in Sendern
und Empfängern führt, Störungen und Rauschen bei der Messung der Impulsantwort des
Ubertragungskanals stark unterdrückt und ein sicheres und eindeutiges Auffinden
der Testfolgen im übertragenen Bit-Strom ermöglicht. Hinzu kommt noch eine für den
Kurzwellenbereich hohe Meßgenauigkeit von besser als 3 % je Echo.
-
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.
-
Fig. 1 zeigt den zeitlichen Ablauf der Datenaussendung gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel des Hauptpatents. Die digitale Nachricht wird in
Form von Datenrahmen übertragen.
-
Jeder Datenrahmen enthält eine Testfolge zur Bestimmung der Impulsantwort
des Übertragungskanal sowie einen ersten Nachrichtenblock vor und einen zweiten
Nac}irichtenbiock hinter der Testfolge. Zwischen aufeinanderfolgenden Datenrahmen
sowie bei den einzelnen Datenrahmen zwischen der Testfolge und den Nachrichtenblöcken
sind Energiepausen vorgesehen, in denen Energieechos abklingen können. Erster und
zweiter Nachrichtenblock eines Datenrahmens umfassen jeweils die gleiche Anzahl
von binären Telegraphieschritten für die Nutzinformation und einige Redundanzbits
zur empfangsseitigen Fehlererkennung.Die Übertragungsdauer für einemDatenrahmen
einschließlich der Energiepause zum vorangehenden Datenrahmen beträgt 100 msec.
Da im Kurzwellenbereich Energieechos mit einer Laufzeitdifferenz von bis zu 2 msec
(hängt von der Entfernung ab, kann auch mehr sein) zu erwarten sind, sind für die
Energiepausen jeweils 3 msec vorgesehen. Bei einer Streckentelegraphiegeschwindigkeit
von 3000 Bd entspricht dieses je 9 Bit, so daß auf einen Datenrahmen mit seinen
drei Energiepausen jeweils 27 Pausen-Bits entfallen. Als Testfolge wird eine binar
phasengetastete 13-Bit-Barkerfolge mit einer Übertragungszeit von rund 4 msec verwendet.
Abzüglich der Energiepausen und der Testfolge verbleiben für den ersten und zweiten
Nachrichtenblock jeweils J msec Ubertragungszeit bzw. jeweils 120 Bit für die zu
iibertragende Information und je 10 Bit für die Redundanz.
-
Durch die Zweiteilung des Datenrahmens in einen ersten und einen zweiten
Nachrichtenblock und die Zwischenspeicherung des ersten Nachrichtenblocks erreicht
man - da die Testfolge ja zwischen den Nachrichtenblöcken in der Mitte des Datenrahmens
angeordnet ist - vorteilhafterweise eine "Alterungsperiode" der Entzerrereinstellung
von ungefähr nur 50 msec pro Datenrahmen, obwohl die Impulsantwort-Bestimmung und
die Einstellung der Entzerrerfilterparameter tatsächlich
in einem
Abstand von jeweils 100 msec vorgenommen wird.
-
Für die so gewonnene Genauigkeit der Fil tereins te llung muß allerdings
zusätzliche Verarbeitungszeit im Prozessor in Kauf genommen werden, weil durch die
Zwischenspeicherung des ersten Nachrichtenblocks etwa 50 msec zusätzliche Durchlaufzeit
beim Prozessor anzusetzen sind. Die Gesamtdurchlaufzeit des Quasi-Echtzeit-Entzerrerprozessors
gemessen vom Eintreffen des Anfangs eines Datenrahmens bis zur Ausgabe des ersten
Nachrichtenbits dieses Rahmens an die Datensenke liegt wesentlich unter 100 msec.
Wie erwähnt, beeinflussen die Energiepausen das Regelverhalten des Senders und des
Empfängers ungiinstig.
-
Fig. 2a zeigt den zeitLichen Vorlauf der Nachrichtenübertragung beim
Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem die Datenrahmen ohne eine Energiepause
aneinander anschließen und bei dem auch die Energiepausen zwischen der Testfolge
und den Nachrichtenblöcken fehlen. Wegen der Energieechos der in der Nähe der Datenrahmengrenze
liegenden Bits des benachbarten Datenrahmens, die in den Datenrahmen hineinragen,
müssen bei der Auswerteprozedur im Entzerrer so viele Bitschritte vom benachbarten
Datenrahmen berücksichtigt werden, wie in den Entzerrerfiltern (oder Algorithmen)
Filtergewichte enthalten sind, Dieses gilt bei jeweils einer Abtastung pro Bitschritt,
bei mehrfacher Abtastung pro Bitschritt gilt entsprechendes für die zu berücksichtigende
Anzahl von Abtastwerten.
-
Fig. 2b zeigt den Aufbau der neuen Testfolge, die aus einem 7-Bit-Vorlauf
A, einem optimal korrelierenden 25-Bit-Code B als eigentlicher Testfolge und einem
7-Bit-Nachlauf C besteht. Diesem Aufbau der Testfolge liegt die Überlegung zugrunde,
daß das Kompressionsfilter zur Reduzierung des
Einflusses der Energieechos
der Nachrichtenblöcke bei der Impulsantwortmessung kürzer sein sollte als die Testfolge
selbst. Im vorliegenden Fall wird ein Kompressionsfilter mit 25 Gewichten verwendet,
während die Testfolge aus 39 Bit besteht. Beim Aufbau der Testfolge wird von einem
optimal korrelierenden 25-Bit-Code B als eigentlicher Testfolge, deren Länge mit
der Länge des Kompressionsfilters übereinstimmt, ausgegangen. An diese eigentliche
Testfolge werden dann die je 7 Füllbits des Vor- und Nachlaufs angehängt, die darauf
optimiert sind, daß bei der Impulskompresion möglichst geringe Nebenwerte entstehen.
Die Fiillbits des Vor- und Nachlaufs dienen der Entkopplung der eigentlichen Testfolge
B von den angrenzenden Bits der Nachrichtenblöcke, deren Energieechos in den Vor-
und Nachlauf hineinragen. Der Einfluß der Energieechos von Bits der Nachrichtenblöcke
auf die Meßgenauigkeit bei der Impulsatwortbestimmung ist unter diesen Bedingungen
vernachlässigbar.
-
Bei der Impulsantwortmessung mit dem kurzen 25-Gewichte-Kompressionsfilter
sind die Echos zwar noch im Ausgangssignal der Filterprozedur vertreten, infolge
der geringen Anzahl der sie enthaltenden Bit schritte sind sie jedoch so schwach
ausgeprägt, daß die die gültige Impulsantwort bestimmende Auswahlprozedur diese
Echos erkennt und ausscheidet. Nach der Festlegung der Füllbits des Vor- und Nachlaufs
wird das Kompressionsfilter durch Iteration optimiert. Dabei werden 7 Nebenwerte
auf beiden Seiten des Hauptwerts der Kreuzkorrelationsfunktion der 39-Bit-Testfolge
mit den optimierten Gewichten des Kompressionsfilters soweit reduziert, daß die
mittlere Meßgenauigkeit für jedes Echo auf einem Nebenwertschritt besser als 3 %
ist.
-
Fig. 2c zeigt ein konkretes Beispiel für den Aufbau der binären 39-Bit-Testfolge
aus +1 und -1-Bitwerten, bei dem der Vorlauf A aus der Bitfolge +++-+-+, die eigentliche
Testfolge B aus der optimal korrelierenden Bitfolge
-----+++--+++
der Nachlauf C aus der Bitfolge +-++--+ besteht, wobei (wegen des konstanten Bitbetrages)
jeweils nur das Bitvorzeichen angegeben ist. In Tabelle 1 am Ende der Beschreibung
sind in der linken Spalte die 39-Bit-Testfolge, in der mittleren Spalte die 25 Gewichte
eines durch drei Iterationen optimierten Kompressionsfilters (mit einem derartigen
Filter wird bei der Impulskompression für sieben Nebenwerte vor und nach dem Hauptwert
ein Haupt-zu-Nebenwertverhältnis von zumindest 30 erreicht) und in der rechten Spalte
eine Folge von Kreuzkorrelationswerten, die man am Ausgang eines solchen Kompressionsfilters
bei der Kompression der 39-Bit-Testfolge erhält, aufgeführt.
-
Da in dem übertragenen Signal nun keine die Testfolgen markierenden
Energiepausen mehr vorkommen, müssen empfangsseitig besondere Vorkehrungen zur Erkennung
der Testfolgen getroffen werden.
-
Fig. 3 zeigt eine Anordnung zur Impulskompression und Erkennung der
Testfolgen. Die Grundidee besteht dabei in einer gleichzeitigen Verwendung eines
"äußeren" Kompressionsfilters für die gesamte Testfolge und eines "inneren" Kompressionsfilters
für die eigentliche Testfolge B in Verbindung mit einer Koinzidenzschaltung. Für
beide Filter ist ein gemeinsames (analoges) Schieberegister mit einem Eingang E
und 39 Zellen 1 bis 39 vorgesehen. Die 39 Gewichte des "äußeren Kompressionsfilters
haben den Wert +1 oder -1, wobei die Vorzeichen der einzelnen Gewichte der Vorzeichenfolge
der zeitinversen 39-Bit-Testfolge entsprechen. Die hinsichtlich der Impulsantwortmessung
optimierten 25 Gewichte des "inneren" Kompressionsfilters sind in Tabelle 1 angegeben.
Die Gewichte des "äußeren" Kompressionsfilters sind durch ohmsche Widerstände R
realisiert, die einerseits mit je einem Anzapf einer der Schieberegisterzellen 1
bis 39
und andererseits - mit einem Fußpunktwiderstand R einen
o als Multiplizierer wirkenden Spannungsteiler bildend -je nach dem Vorzeichen des
zugehörigen Gewichts mit einem nichtinvertierenden oder einem invertierenden Eingang
+ bzw.
-
- eines als Summenpunkt fungierenden Operationsverstärkers V verbunden.
Die Gewichtswerte des "inneren" Kompressionsfilters sind durch mit je einem Anzapf
einer der mittleren Schieberegisterzellen 8 bis 32 verbundene ohmsche Widerstände
R1 bis R25 verwirklicht, die mit einem weiteren Fußpunktwiderstand R0 einen Spannungsteiler
bildend nach Maßgabe des Vorzeichens des zugehörigen Gewichts in Tabelle 1 entweder
an einen nichtinvertierenden oder an einen invertierenden Eingang + bzw. - eines
weiteren Operationsverstärkers V' angeschlossen. Die Gewichtswerte sind dabei durch
k .b gegeben, wobei k > 100, n = 1 bis 25 und b n das zugehörige Gewicht in Tabelle
1 ist, d. h. der Gewichtswert der Widerstände R1 bis R wird um so kleiner, je größer
n das zugehörige Gewicht in Tabelle 1 ist. Die in Fig. 3 angegebenen Bedingungen
R#100 R0 und R1 bis R25#100 R0' müssen eingehalten werden, um eine hinreichend genaue
und eindeutige Bemessung der Gewichtswerte der Spannungsteiler zu gedie währleisten,
andernfalls isrSpannungsteiler-Wirkung nämlich zu sehr von der Bit-Kombination der
vom Filter jeweils gerade aufgenommenen Bit-Folge abhängig.
-
Die durch Impulskompression der eigentlichen Testfolge B gewonnene
Impulsantwort des Übertragungskanals läßt sich an einem Ausgang A' des weiteren
Operationsverstärkers V' des "inneren" Kompressionsfilters abnehmen. Um feststellen
zu können, wann an diesem Ausgang A die gultige Impulsantwort erscheint, die mit
dem Hauptwert der Impulskompression identisch ist, dem - wie sich der rechte Spalte
in Tabelle 1 entnehmen läßt - eine Anzahl von Echos bzw. Nebenwerten vor-
ausgeht
und nachfolgt, sind die Ausgänge des "äußeren" und des "inneren" Kompressionsfilters,
d. h. die Ausgänge des Operationsverstärkers V und des weiteren Operationsverstärkers
V', in einer Koinzidenzschaltung K zusammengeschaltet. Die Koinzidenzschaltung K
zeigt nur bei Erfüllung der folgenden Kriterien das Vorliegen einer Testfolge im
Filter an: a) Die Ausgangsspannung des "anderen" und des "inneren" Kompressionsfilters
ist höher als die mittlere Kanalspannung am Eingang E des Schieberegisters.
-
b) Die Ausgangs spannung des "äußeren" Kompressionsfilters weist die
gleiche Polarität auf wie diejenige des "inneren" Kompressionsfilters.
-
c) Die Ausgangsspannung des "äußeren" Kompressionsfilters ist höher
als die Ausgangsspannung des "inneren" Kompressionsfilters.
-
Diese Bedingungen sind nur bei Vorliegen des Hauptwertes der Impulskompression
zugleich erfüllt.
-
Es bleibt noch darauf hinzuweisen, daß bei empfangsseitiger Verwendung
eines kohärenten Empfängers mit einem Sinus- und einem Cosinuskanal sowohl im Sinus-
als auch im Cosinuskanal eine Anordnung gemäß Fig. 3 vorgesehen wird.
-
TabeLle 1
| Testfolge Filtergewichte Kreuzkorrelationsiunktion |
| +1 + 0,59 + 0,59 |
| +1 + 0,56 + 1,15 |
| +1 + 0,83 + 1,98 |
| -1 - 0,82 - 0,02 |
| +1 - o,gg - 0,95 |
| -1 + 0,92 - 1,75 |
| +1 + 1,00 + 2, 61 |
| +1 + 0,56 + 2,97 |
| -1 - 0,92 + 0,35 |
| -1 - 0,88 - 1,47 |
| +1 - 0,85 - 5,74 |
| -1 - 1,34 - 2,70 |
| -1 - 1,13 - 0,51 |
| +1 - 0,84 - 2,41 |
| -1 + 1,40 - 2,51 |
| +1 - 1,45 - 0,02 |
| -1 + o,g6 - 0,02 |
| +1 - 0,82 - 3,48 + 2,21 |
| -1 + 1,00 + 1,84 - 0,74 |
| -1 - 1,40 - s,74 - 3,04 |
| -1 - o,g6 + 4,52 - 3,31 |
| -1 + o,g3 - 5,39 - 2,59 |
| -1 - 0,68 + 2,93 + 0,77 |
| -1 - 1,41 - 2,26 @ - 0,71 |
| +1 + 1,14 - 0,26 @ - 2,25 |
| +1 - 0,22 @ + 2,39 |
| +1 +0,50 -3,14 |
| -1 +0,12 +1,50 |
| -1 + 0,22 - 3,43 |
| +1 -0,58 +0,27 |
| +1 +0,02 -0,99 |
| +1 +24,44(HW) -3,52 |
| +1 - 0,56 + 0,02 |
| -1 + 0,40 a + 6,22 |
| +1 +0,12 -4,66 |
| +1 -0,36 -1,54 |
| -1 +0,02 +4,22 |
| -1 +0,60 @ -0,41 |
| +1 - 0,36 @ - 2,55 |
| + 1,07 @ + 1,14 |
| (HW = Hauptwert) |
L e e r s e i t e