DE2706616C1 - Funksystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Funksystem zur störresistenten wechselseitigen digitalen Informationsübertragung zwischen wenig­ stens zwei Stationen, bei dem die Funkverbindung zumindest wäh­ rend der Informationsübermittlung mit sich sprungweise zu vorge­ gebenen Zeiten in einem größeren Frequenzbereich ändernder Ra­ diofrequenz betrieben wird und bei dem zum Aufbau der Funkver­ bindung von der rufenden Station auf einer der für einen Ruf vor­ gesehenen Radiofrequenzen die andere Station mittels eines eine Synchronisierinformation enthaltenden Rufsignals gerufen wird.

Funksysteme, die für die Übertragung von Informationen von einem Frequenzsprungverfahren Gebrauch machen, sind beispielsweise durch die DE-PS 2 40 982 und die AT-PS 54 873 bekannt.

Für den Einsatz von taktischen Funkgeräten im militärischen Be­ reich ist eine hohe Widerstandskraft gegen absichtliche Störungen aller Art von entscheidender Bedeutung. Die Technik von Stör­ sendern ist soweit fortgeschritten, daß sich schnelle Störer bereits innerhalb kürzester Zeit, bezogen auf den Zeitpunkt der Feststellung eines Funkbetriebs, auf die entsprechende Betriebs­ frequenz aufschalten können und dann diese Frequenzen für die Informationsübermittlung durch Störsignale praktisch unbrauchbar machen.

Bei der Anwendung eines schnellen Frequenzsprungverfahrens beim Truppenfunk muß davon ausgegangen werden, daß insgesamt nur eine begrenzte Anzahl von Radiofrequenzen in der Größenordnung von etwa fünfhundert hierfür zur Verfügung stehen. Von diesen fünf­ hundert Radiofrequenzen können dann beispielsweise einem von mehreren Funkkreisen eine Auswahl von rund hundertzwanzig Ra­ diofrequenzen zur Verfügung gestellt werden. Eine übergeordnete Steuerung mehrerer Funkkreise zur Realisierung eines synchronen Sprungverfahrens ist aus vielen Gründen praktisch nicht möglich. Aus Gründen der Frequenzverfügbarkeit ist es ebenso ausgeschlos­ sen, jedem Funkkreis ein reserviertes Kanalbündel fest zuzutei­ len. Es ist also damit zu rechnen, daß die Funkkreise weder in der Sprungphase noch im Sprungfrequenzprogramm synchron laufen und es deshalb mit kalkulierbarer Wahrscheinlichkeit zu Über­ deckungen variabler Breite der von verschiedenen Funkgeräten verschiedener Funkkreise abgestrahlten Informationsblöcken gleicher Frequenz kommt.

Bei redundanzmindernder Übertragung von Sprache mittels eines Semivocoders ergibt sich noch eine akzeptable Sprachqualität, wenn weniger als 2% aller Übertragungsblöcke gestört sind, falls die Blocklänge genügend klein ist und der Sprachsynthesi­ zer von der Störung Kenntnis erhält. Bei einem Kollektiv von einhundertundachtundzwanzig Radiosprungfrequenzen wäre diese Störungsmenge schon bei simultanem Betrieb von mehr als drei Funkkreisen innerhalb des störenden Feldstärkebereiches über­ schritten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei einem Funk­ system der einleitend beschriebenen Art auftretenden Eigenstö­ rungen durch geeignete Maßnahmen wesentlich herabzusetzen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die im Zeitraster des Radiofrequenzwechsels aufeinanderfolgen­ den Informationsbursts hinsichtlich ihres Nachrichteninhaltes wiederholt übertragen und in mehrere, jeweils mit einer Fehler­ sicherung versehenen Informationsabschnitte unterteilt sind.

Bei der Erfindung wird davon ausgegangen, daß taktische Funk­ geräte im Truppeneinsatz üblicherweise im Simplex-Betrieb ar­ beiten. Eine Quittungsgabe mit Aufforderung zur Wiederholung gestörter Bursts ist daher nicht möglich. Mit gestörten Bursts muß jedoch gerechnet werden, wenn bei der Anwendung des Fre­ quenzsprungverfahren auf eine übergeordnete Synchronisation einander benachbarter Funkkreise im taktischen Einsatz verzichtet werden muß. Aus diesem Grunde müssen die Informationsbursts hinsichtlich ihres Nach­ richteninhaltes wiederholt übertragen werden. Die Redundanz wird hier also gleichsam "blind" eingesetzt.

Weiterhin liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß die in ihrer Länge durch die Frequenzsprungphase vorgegebenen, mit einer Fehlersicherung versehenen Informationsbursts auch dann bereits auf der Empfängerseite als gestört und damit als un­ brauchbar angesehen werden müssen, wenn nur eine geringfügige Überdeckung mit einem frequenzgleichen Informationsburst eines anderen Funkkreises auftritt. Durch die erfindungsgemäße Unter­ teilung der Informationsbursts in mehrere, jeweils mit einer Fehlersicherung versehenen Informationsabschnitte ergibt em­ pfängerseitig die Möglichkeit, lediglich die Informationsab­ schnitte von der Informationsauswertung auszuschließen, die durch die ihnen eigene Fehlersicherung als gestört erkannt werden. Somit wird bei dem eingangs erwähnten Beispiel die zu­ lässige Störungsmenge erst bei einer Zahl von in Simultanbetrieb befindlichen Funkkreisen erreicht, die wesentlich größer als drei ist.

In diesem Zusammenhang ist es von wesentlicher Bedeutung, daß sich die Informatonsbursts gleichen Nachrichteninhalts vonein­ ander durch die zeitliche Rangordnung ihrer Informationsabschnit­ te unterscheiden. Auf diese Weise kann nämlich sichergestellt werden, daß bei teilweiser Überdeckung frequenzgleicher Infor­ mationsbursts verschiedener Funkkreise in jedem der informa­ tionsgleichen Informationsbursts andere Informationsabschnitte gestört werden, also die Information im Endergebnis empfangs­ seitig doch vollständig zur Verfügung steht.

Bei der Übertragung von jeweils zwei Informationsbursts glei­ chen Nachrichteninhalts unterscheiden sich beide Informations­ bursts zweckmäßig durch eine gegensinnige zeitliche Rangfolge ihrer Informationsabschnitte voneinander, da hierdurch im Hin­ blick auf mögliche Teilüberdeckungen das beste Übertragungser­ gebnis erzielt wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, die Informationsbursts einschließlich der Fehlersicherung ver­ schlüsselt zu übertragen und dabei das Schlüsselgerät zugleich für die Steuerung der quasizufälligen Änderung der Radiofre­ quenz vorzusehen. Durch die Verschlüsselung wird nicht nur der Geheimhaltungsgrad der übertragenen Informationen weiter er­ heblich erhöht, sondern durch die gleichzeitige Mitverschlüs­ selung der Fehlersicherung sichergestellt, daß empfängerseitig ein als gut erkannter jedoch aus einer fremden Verbindung stammender Informationsabschnitt mit deshalb falschem Nachrich­ teninhalt nicht ausgewertet wird.

Die Mitverschlüsselung der Fehlersicherung bietet auch ein ho­ hes Maß an Sicherheit gegen eine fehlerhafte Synchronisation der empfangenden Station durch überdeckende, sendende Stationen, wenn in vorteilhafter Weise die Phasenablagekriterien nur aus den Informationsabschnitten der empfangenen Informationsbursts abgeleitet werden, die als fehlerfrei erkannt sind.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispie­ les soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeuten

Fig. 1 ein Fehlerratendiagramm,

Fig. 2 eine Sende-Empfangsstation,

Fig. 3 ein nähere Einzelheiten aufweisendes Blockschalt­ bildes eines Kompressors in einer Sende-Empfangs­ station nach Fig. 2,

Fig. 4 ein nähere Einzelheiten aufweisendes Blockschalt­ bild eines Expanders einer Sende-Empfangsstation nach Fig. 2,

Fig. 5 ein Frequenzsprungdiagramm.

Im Diagramm der Fig. 1 ist in Abhängigkeit der Zahl der akti­ ven Funkkreise eines Funksystems AFu, die von einem einhundert­ undachtundzwanzig Radiofrequenzen umfassenden Frequenzkollektiv Gebrauch machen, die mittlere Informationsburstfehlerrate BFv in Prozent aufgetragen, und zwar für den Fall, daß sich diese Funk­ kreise in einer gegenseitig noch störenden Entfernung voneinan­ der befinden. Hierbei ist davon ausgegangen, daß die Informa­ tionsbursts gleichen Nachrichteninhalts nacheinander zweimal auf verschiedenen Frequenzen übertragen werden. Die gemäß der Erfindung in fehlergesicherte Informationsabschnitte, und zwar Jeweils zehn Informationsabschnitte pro Informationsburst, wer­ den dabei in zwei den gleichen Nachrichteninhalt aufweisenden aufeinanderfolgenden Informationsbursts in umgekehrter Reihen­ folge übertragen. Wie das Diagramm zeigt, werden bei redundanz­ mindernder Sprachübertragung mittels Semivocodern die für eine akzeptable Sprachqualität gerade noch zulässigen Störungen der Informationsbursts in Höhe von 2% durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen erst bei einem Simultanbetrieb von sechsundzwanzig Funkkreisen erreicht.

Die Sende-Empfangsstation nach Fig. 2 für ein Funksystem nach der Erfindung weist sendeseitig ein Mikrofon Mi auf, das mit dem Eingang eines Analog-Digital-Wandlers D/A verbunden ist. Die codierten Informationen werden über den Ausgang des Analog- Digital-Wandlers dem Kompressor Ko zugeführt der von der Zeit­ programmsteuereinrichtung ZP kontrolliert wird. Der Kompressor, dessen Aufbau in Fig. 3 noch näher beschrieben wird, bildet aus dem kontinuierlichen digitalen Signalfluß Informations­ bursts, die wiederum in mehrerer, hier vier Informationsab­ schnitte, unterteilt sind. Jedem Informationsabschnitt wird im Kompressor ein digitales Fehlererkennungssignal beigefügt. Aus­ gangsseitig ist der Kompressor mit der einen Modulo-2-Addierer M2 darstellenden Verschlüsseler verbunden, der das Schlüsselsignal vom Quasizufallsgenerator QZG erhält. Vom Ausgang des Modulo-2-Addierers M2 werden die Informationsbursts mittels des Modula­ tors Mod zunächst in eine Zwischenfrequenzlage und anschließend im sendeseitigen Umsetzer Us in die Radiofrequenzlage umgesetzt.

Dem Umsetzer Us ist der Sendeverstärker V nachgeschaltet, der ausgangsseitig über den Sende-Empfangsumschalter As mit der An­ tenne An verbunden ist. Wie der von Hand bedienbare Sende-Em­ pfangsumschalter As deutlich macht, ist die Sende-Empfangssta­ tion für Simplexbetrieb ausgelegt, bei dem wahlweise gesendet oder empfangen werden kann.

Empfangsseitig ist die Antenne An über den Sende-Empfangsum­ schalter As an den Bandpaß BP angeschaltet, der praktisch eine Rauschbegrenzung darstellt. Auf der Ausgangsseite des Bandpas­ ses BP folgt der empfangsseitige Umsetzer Ue. Das im empfangs­ seitigen Umsetzer Ue in die Zwischenfrequenzlage umgesetzte em­ pfangene Signal wird im Zwischenfrequenzverstärker ZV verstärkt, anschließend im Demodulator Dem demoduliert und für die Entschlüs­ selung dem empfangsseitigen Modulo-2-Addierer M2 zugeführt, der wiederum das Entschlüsselungssignal von Quasizufallsgenerator QZG erhält. Die entschlüsselten Informationsbursts werden anschließend im Expander Ex vom digitalen Fehlersicherungssignal befreit, auf Übertragungsfehler überprüft und die als fehlerfrei erkannten Informationsabschnitte der Informationsbursts unter Aufhebung der sendeseitigen Zeitkomprimierung zum ursprünglichen Digital­ signal zusammengesetzt. Das in dieser Weise rückgewonnene di­ gitale Signal wird über den Analog-Digital-Wandler D/A dem Hö­ rer Ho zugeführt.

Zur Durchführung des Frequenzsprungverfahrens weist die Sende-Empfangsstation nach Fig. 2 eine zentrale Frequenzaufbereitung ZFA in Gestalt eines Synthesizers auf, dem ein Frequenzadressenspei­ cher FAS zugeordnet ist. Das Abrufen der Frequenzadressen aus dem Frequenzadressenspeicher FAS erfolgt durch Quasizufallsfol­ gen aus dem Quasizufallsgenerator QZG. Ausgangsseitig ist die zentrale Frequenzaufbereitung mit den zweiten Eingängen des sende- und des empfangsseitigen Umsetzers Us und Ue verbunden. Während der Umstimmzeit des Synthesizers der zentralen Frequenz­ aufbereitung wird zur Vermeidung von Störungen der Sendeverstar­ ker deaktiviert. In Fig. 2 ist dies durch die Verbindungslei­ tung von der zentralen Frequenzaufbereitung ZFA zum Sendever­ stärker V angedeutet.

Weiterhin weist die Sende-Empfangsstation auf der Empfangs­ seite eine Synchronisiereinrichtung Syn auf die das Synchro­ nisiersignal aus dem empfangenen Signal für den Quasizufalls­ gernator QZG und die Zeitprogrammsteuerungseinrichtung ZP ge­ winnt. Sie steht mit der im Expander angeordneten Fehlerer­ kennungseinrichtung in Verbindung über die sichergestellt wird, daß von der Synchronisiereinrichtung für die Aufrechterhaltung der Phasensynchronisation nur die Bits solcher Informations­ abschnitte herangezogen werden, die von der Fehlererkennungs­ einrichtung als fehlerfrei erkannt sind. Der sendeseitige Um­ schalter Um zwischen dem Ausgang des Modulo-2-Addierers M2 und dem Eingang des Modulators Mod gibt die Möglichkeit, vor Be­ ginn einer Sendung an die zu rufenden Stationen eine vom Quasi­ zufallsgenerator QZG erzeugte Synchronisierinformation auszu­ strahlen, mit deren Hilfe die zu empfangenden Stationen sich hinsichtlich ihrer Quasizufallsgeneratoren mit dem Quasizufalls­ generator der Sendestation synchronisieren.

Wie das nähere Einzelheiten des Kompressors nach Fig. 2 dar­ stellende Blockschaltbild in Fig. 3 angibt, besteht der Kom­ pressor im wesentlichen aus einem die Informationsabschnitte eines Informationsbursts aufnehmenden Speicher Sp, der im vor­ liegenden Ausführungsbeispiel vier Doppelspeicherzellen mit einem Ein- und einem Ausgang aufweist. Die Ein- und Ausgänge der Doppelspeicherzellen sind mit den jeweils vier Anschluß­ kontakte aufweisenden rotierenden Schaltern S1 und S2 verbun­ den. Eingangsseitig werden den Doppelspeicherzellen des Spei­ chers Sp nacheinander im Rhythmus der Schaltfunktion des Schal­ ters Si die Informationsabschnitten entsprechenden Informa­ tionsanteile zugeführt. Auf der Ausgangsseite des Speichers wer­ den diese Informationsanteile zeitlich komprimiert nacheinander über den Schalter S2 ausgelesen und dem Eingang des ODER-Gat­ ters OG und dem Eingang des Fehlercodeerzeugers EDC zugeführt. Der Fehlercodeerzeuger EDC leitet aus den ihm zugeführten Infor­ mationsanteilen das digitale Fehlersicherungssignal ab. Die Feh­ lersicherungssignale werden an die zugehörigen aus den Speicher­ zellen des Speichers Sp ausgelesen zeitkomprimierten Informa­ tionsanteile angehängt und bilden mit diesen zusammen die Infor­ mationsabschnitte, aus denen sich die Informationsbursts zu­ sammensetzen. Die Schalter S1 und S2 und der Fehlercodeerzeu­ ger werden von der Zeitprogrammsteuereinrichtung ZP nach Fig. 2 gesteuert. Da jeweils zwei Informationsbursts gleichen Nach­ richteninhalts hintereinander übertragen werden, und zwar in zu­ einander gegensinniger Reihenfolge,wechselt der Schalter S2 nach jedem Durchlauf die Umlaufrichtung. Außerdem ist seine Umlauf­ geschwindigkeit größer als die zweifache Umlaufgeschwindigkeit des Schalters S1. Der Schalter S1 behält dagegen seine Umlauf­ richtung bei der Abfrage immer bei.

Der Expander Ex, dessen nähere Einzelheiten aufweisendes Block­ schaltbild in Fig. 4 angegeben ist, besteht seinerseits im we­ sentlichen aus dem Speicher Sp mit den vier Speicherzellen und den beiden ein- und ausgangsseitigen rotierenden Schaltern S1 und S2. Der speichereingangsseitige Schalter S2 kehrt im Rhyth­ mus der empfangenen Informationsbursts seine Umlaufrichtung um und hebt auf diese Weise die sendeseitig vorgenommene Umkehr der Reihenfolge der Informationsabschnitte in aufeinanderfol­ genden Informationsbursts gleichen Nachrichteninhalts wiederum auf. Die empfangenen demodulierten und entschlüsselten Informa­ tionsbursts werden auch der Fehlererkennungseinrichtung EDC′ des Expanders Ex zugeführt, der jeden Informationsabschnitt eines Informationsbursts auf fehlerfreie Übertragung über­ prüft und über seine vier, mit den vier Doppelspeicherzellen des Speichers Sp verbundenen Ausgänge immer dann einen Lösch­ impuls an die betreffende Speicherzelle gibt, wenn die Fehler­ auswertung zu einem positiven Ergebnis geführt hat. Liegt beim Empfang des zweiten, den gleichen Nachrichteninhalt aufweisen­ den Informationsabschnitts der entsprechende Informationsabschnitt des vorausgegangenen Informationsbursts bereits fehlerfrei vor, dann bleibt dieser zweite Informationsabschnitt unbeachtet.

Der Vollständigkeit halber ist im Diagramm nach Fig. 5 über der Zeit in Millisekunden ein Ausschnitt der Frequenzsprung­ funktion angegeben, wie sie bei der Sende-Empfangsstation nach Fig. 2 bis 4 durchgeführt wird. Das Frequenzraster ist hier aus Gründen der Vereinfachung auf fünfzehn Radiofrequenzen f1 bis f15 begrenzt. Der Ausschnitt der Frequenzsprungfunktion umfaßt fünf Informationsbursts I, II, III, IV und V die jeweils aus vier In­ formationsabschnitten mit sicher daran anschließendem Fehler­ sicherungssignal bestehen. Das Fehlersicherungssignal ist je­ weils durch den schraffierten Bereich und die Informationsan­ teile durch einen unschraffierten Bereich markiert. Die Infor­ mationsabschnitte der einzelnen Informationsbursts sind durch Zahlen 1, 2, 3 und 4 ausgewiesen. Die Informationsbursts I und II einerseits und III und IV andererseits weisen jeweils den gleichen Nachrichteninhalt auf und unterscheiden sich, wie be­ reits erläutert worden ist, dadurch, daß ihre Informationsab­ schnitte 1, 2, 3 und 4 gegensinnig übertragen werden. Die In­ formationslücke zwischen zwei aufeinanderfolgenden Informations­ bursts ist durch die Umstimmzeit des Synthesizers der zentralen Frequenzaufbereitung ZFA bedingt.

Claims (5)

1. Funksystem zur störresistenten wechselseitigen digitalen Informationsübertragung zwischen wenigstens zwei Stationen, bei dem die Funkverbindung zumindest während der Informa­ tionsübermittlung mit sich sprungweise zu vorgegebenen Zei­ ten in einem größeren Frequenzbereich ändernder Radiofre­ quenz betrieben wird und bei dem zum Aufbau der Funkverbin­ dung von der rufenden Station auf einer der für einen Ruf vorgesehenen Radiofrequenzen die andere Station mittels eines eine Synchronisierinformation enthaltenden Rufsig­ nals gerufen wird, dadurch gekennzeich­ net, daß die im Zeitraster des Radiofrequenzwechsels aufeinanderfolgenden Informationsbursts (I, II, III, IV, V) hinsichtlich ihres Nachrichteninhalts wiederholt übertragen und in mehrere, jeweils mit einer Fehlersicherung ver­ sehenen Informationsabschnitte (1, 2, . . ., 4) unterteilt sind.

2. Funksystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich Informationsbursts (I, II, . . ., V) gleichen Nachrichteninhalts voneinander durch die zeitliche Rangordnung ihrer Informationsabschnitte (1, 2, 3, 4) unter­ scheiden.

3. Funksystem nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei der Übertragung von jeweils zwei Informationsbursts (I, II, . . ., V) gleichen Nachrichteninhalts sich beide Informationsbursts durch eine gegensinnige zeit­ liche Rangfolge ihrer Informationsabschnitte (1, 2, 3, 4) voneinander unterscheiden.

4. Funksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Infor­ mationsbursts (I, II, . . ., V) einschließlich der Fehlersi­ cherung verschlüsselt übertragen werden und daß das Schlüs­ selgerät zugleich für die Steuerung der quasizufälligen Än­ derung der Radiofrequenz (f₁, f₂, . . ., f₁₅) vorgesehen ist.

5. Funksystem nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Phasenablagekriterien nur aus den Informationsabschnitten der empfangenen Informationsbursts (I, II,. . ., V) abgeleitet werden die als fehlerfrei erkannt sind.