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Synchronisationsschaltung für eine FunkUbertragungs-
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strecke Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ubertragung von
Nachrichten über Funk, insbesondere eine Kurzwellenfunkübertragungsstrecke, die
zur Erhöhung der Betriebssicherheit gegen Ausbreitungsstörungen von einem periodischen
Wechsel der Frequenz des mit der Nachricht modulierten Trägers Gebrauch macht.
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Die Ubertragung von Nachrichten im Kurzwellenbereich zeichnet sich
bekanntlich durch ihre sehr hohe Reichweite aus. Während beispielsweise im Frequenzbereich
über 100 MHz nahezu nur Funkverbindungen mit Sichtweite durchzuführen sind (Richtfunk),
gelingt es im Kurzwellenbereich mit gewissen Einschränkungen jeden Punkt der Erde
zu erreichen. Doch ist im Kurzwellenbereich stets die Möglichkeit vorhanden, daß
- je nach Frequenzlage, Tageszeit usw. - mehrere Ausbreitungswege vom Sende- zum
Empfangsort möglich sind. Diese Mehrwegeausbreitung (Echos hat zur Folge, daß die
bertragbaren Datenraten bei einer vorgegebenen maximalen Fehlerhäufigkeit in ihrer
Geschwindigkeit nach oben hin begrenzt sind. Um dennoch Daten höherer Geschwindigkeit
übertragen zu können, sind besondere Verfahren, wie e z.B. das Frequenzsprungverfahren
entwickelt worden, bei dem empfangsseitig von einem periodischen Wechsel der Trägerfrequenz
Gebrauch gemacht wird. Ein derartiges Frequenzsprungverfahren ist z.b. in der DE-PS
50 05 28 beschrieben.
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Von entscheidender Bedeutung für die Qualität des Frequenzsprungverfahrens
ist hierbei die Herstellung
einer vollständigen Synchronisierung
zwischen Sender-und Empfängerfrequenz, wobei ein sicheres Regelkriterium aus dem
Empfangssignal abgeleitet werden soll.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Funkübertragungsstrecke
im Kurzwellenbereich, die mit Frequenzwechseltechnik arbeitet und bei der als Modulationsart
vorzugsweise die Frequenzmodulation angewendet wird, eine Synchronisationsschaltung
anzugeben, bei der das Regelkriterium zur Herstellung der Synchronisation fortlaufend
aus dem Empfangssignal erzeugt wird wid das Auffinden des Frequenzwechseltaktes
auch bei vorhandenen Echosignalen möglich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Kompensation
von durch Mehrwegeausbreitung auf der Empfangsseite auftretenden störenden Echos
bei der Ubertragung von dem Träger aufmodulierten Datensignalen hoher Bitrate die
Frequenzwechselperiode kleiner gewählt ist als die Echoabstände und daß hierbei
die Grobsynchronisation des Empfängers aus dem ankommenden modulierten Datensignal
mittelbar über eine Auswertung einer der trägerfrequenzbezogenen Signalspuren zur
Spureinphasung in Verbindung mit einem Vergleich jeder trägerfrequenzbezogenen Signalspur
mit einem zugehörigen empfangsseitig erzeugten Vergleichmustersignal in einer Korrelatoranordnung
und die Feinsychronisation mit Hilfe der aus den Nulldurchgängen des demuiierten
Datensignals abgeleiteten Steuersignalen herbeigeführt sind.
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Der Erfindung liegt die. Erkenntnis zugrunde, daß das Auffinden des
Frequenzwechseltaktes bei vorhandenen Echo signalen nur mit einer mehrstufigen Synchronisationsschaltung
möglich ist.
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In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß im
synchronisierten Zustand des Empfängers lediglich die Feinsynchroniaation wirksam
ist.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß die im Kurzwellenbereieh erzielbare hohe Reichweite ausgenutzt werden kann,
gleichzeitig aber die damit verbundene störende Mehrwegeausbereitung kompensiert
und eine schnelle Datenübertragung (2400 bit/s) bei einer geringen Fehlerhäufigkeit
(<10-3) erzielt wird. Darüber hinaus ist die Synchronisationsschaltung gemäß
der Erfindung gegenüber Funkstörungen unempfindlich.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen: Figur 1 das Blockschaltbild der Synchronisationsschaltung
auf der Empfangsseite gemäß der Erfindung.
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Figur 2 Zeitdiagramme der in der Synchronisations schaltung näch Figur
1 auftretenden Spannungsverläufe.
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Vor dem Aufbau der Datenübertragung ist eine sogenannte Startprozedur
notwendig, die von der Empfangsseite aus zu steuern ist. Hierin wird auf der Empfangsseite
die Echozeit E ermittelt und der Sendeseite mitgeteilt.
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Daran anschließend wird entsprechend dem Frequenzsprungverfahren ein
Frequenzwechsel (Spurwechsel) auf der Sendeseite eingestellt. Auf diese Weise erhält
man Zeitabschnitte, in denen das übertragene Datensignal nicht durch Echos gestört
ist. Die Frequenz des Spurwechsels auf der Sende seite wird der EmpfangsSeite mit-
geteilt.
Die daran anschließend zu erfolgende Synchronisierung der Empfangs seite wird im
folgenden anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.
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Jedes der Zeitdiagramme nach Figur 2 trägt eine Bezeichnung, die für
den darin dargestellten speziellen Spannungsverlauf steht. Die Hüllkurven Al, A2
und A3 der drei Trägerfrequenzsignale F1, F2 und F3 sind für den Fall dargestellt,
daß der Trägerfrequenzwechsel (Spurwechsel) an die Echozeit E angepaßt ist (E=1,5.T
mit 1/T = Trägerwechselfrequenz). Wie zu erkennen ist, setzt sich jeder Signalzug
aus dem eigentlichen Signalpaket (SP) und dem um die Zeit E versetzten Echosignal
(ES) zusammen. Die zwischen den einzelnen Signalen Al, A2 und A3 gestrichelt eingezeichneten
Pfeile sollen jeweils das Umschalten von einer Trägerfrequenz zur anderen andeuten.
Den Diagrammen Al, A2 und A3 ist zu entnehmen, daß das Empfangssignal nach der Zeit
3 T wieder die ursprüngliche Trägerfrequenz erreicht.
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Die Synchronisation auf der Empfangsseite erfolgt in zwei Schritten,
der Grobsynchronisation und der Feinsynchronisation. Für die Grobsynchronisation
werden die trägerfrequenzbezogenen Signalspuren Al, A2 und A3 benötigt, die über
den Anschluß I in Figur 1 zur Gleichrichtung an den Gleichrichter GL gelangen. Die
Grobsynchronisation erfolgt in zwei Teilschritten, der Spureinphasung und der Spursynchronisation.
Für die Spureinphasung wird eines der drei gleichgerichteten Spursignale (hier zum
Beispiel A1> einer ersten Auswerteschaltung AW1 zugeführt. Diese bewertet mit
einer dynamischen Schwelle die Hüllkurve der Signalpakete SP und Echo signale ES
des Spursignals Al und gibt das Signal E7 ab. Da sich die Schwelle immer auf die
maximale Signalamplitude der größten Signalpakete einstellt,
werden
die Signale mit niedrigerer Amplitude nicht erfaßt.
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Das ausgangsseitige Signal El der ersten Auswerteschaltung AW1 wird
mit einem in der Takterzeugung TE erzeugten Nadelimpuls Pl verglichen. Bei zeitlichem
Zusammenfallen der Signale El und Pl sind die Signalpakete des Spursignals Al im
Fangbereich der Spursynchronisation, die daraufhin aktiviert wird. Ist dies nicht
der Fall, so wird zur Spureinphasung über einen ersten Zähler Z1, der den Synchronmultiplexer
SM nach positivem Vorzeichen und Betrag (V, B) ansteuert, die Zeitbasis durch die
Synchronisationsstufe SS um eine Periode T der Spurwechselfrequenz verschoben. Dieser
Vorgang wiederholt sich so lange, bis Koinzidenz von El und P1 vorliegt. Der Zähler
Zl dient dazu, das Kriterium der Spureinphasung gegenüber Störungen zu sichern.
Der Zähler Z1 gibt nur dann ein Steuersignal ab, wenn z.B.
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viermal unmittelbar nacheinander (jeweils nach t=3T) ein Kriterium
der Spureinphasung am Eingang des Zählers Zl auftritt, Nach einer Zeit von z.B.
t=12T wird der Zähler Zl rückgesetzt.
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Für die Spursynchronisation erfolgt die Auswertung der Signale Al,
A2 A3 in drei Korrelatoren. Aus Gründen der besseren uebersicht ist in Figur 1 anstelle
aller drei Korrelatoren eine einzige Korrelatoranordnung KR dargestellt. Sie besteht
aus einem Multiplexer MP mit einem nachgeschalteten Integrator II. Die Signale Al,
A2 und A3 werden in der Korrelatoranordnung KR mit einem in der Takterzeugung TE
gewonnenen Korrelationsmuster Ml, M2 und M3 verglichen. Der Multiplikator MP ist
hier als Umpolschalter ausgeführt und polt abhängig vom Korrelationsmuster M1, M2,
M3 die gleichgerichteten Signale Al, A2 und A3 um. Der Integrator I1
verarbeitet
das Multiplikatorsignal und integriert bei gleicher Phasenbeziehung von Signal M1
zu Signal Al innerhalb des Zeitbereiches t=0 bis t=T/2 nach positiven Werten und
innerhalb des Zeitbereiches t=22 bis t=T um den gleichen Betrag wieder auf 0 Volt.
Das Echosignal ES mit der Echozeit E erzeugt ebenfalls ein Korrelatorsignal K1,
aber mit geringerer Spitzenampli tude. Es wird jedoch %yEt~ausgewertetr da in Figur
2 w< SP ist.
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Eilt jedoch das Signal A7 gegenüber dem Signal M1 z.B.
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um t=T/4 vor, so ergibt sich am Ausgang der Korrelatoranordnung KR
das Signal KIV. Wie aus dem Diagramm KIV zu erkennen ist, erfolgt in diesem Fall
die Aufladung des Kondensators im Integrator I1 auf einen wesentlich niedrigeren
Spitzenwert. Nach dem Entladevorgang hat daher der Spannungswert am Kondensator
einen negativen Betrag. Ein positiver Betrag stellt sich ein, wenn das Signal Al
gegenüber dem Signal M1 nacheilt. Für die anderen Signale A2 bzw. A3 und M2 bzw.
M3 ergeben sich analoge Verhältnisse, die nur zeitlich entsprechend versetzt sind.
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Die der Korrelatoranordnung KR nachgeschaltete zweite Auswerteschaltung
AW2 beurteilt anschließend die gespeicherten Analogsignale der Korrelatoranordnung
KR nach Betrag und Vorzeichen. Darauf hin wird der Integrator II wieder auf 0 Volt
rückgestellt. Das Vorzeichen der Signale K1, K2 und K3 gibt an, in welcher Richtung
zu synchronisieren ist. Der Betrag zeigt an, ob eine Synchronisation notwendig ist.
Das Betragssignal erhält man dadurch, daß ein Fensterdiskriminator das Korrelatorsignal
K1, K2, K3 untersucht, ob dieses innerhalb oder außerhalb seiner beiden Diskriminatorschwellen
liegt. Diese Vorzeichen - und Betragssignale am Ausgang der zweiten Auswerteschaltung
AW2 steuern
einen weiteren Zähler Z2 an, der zur Störsicherheit
den arithmetischen Mittelwert der drei Signale K1, K2, K3 bildet und vorzeichen
- und betragsmäßig (V, B) über den Synchronsultiplexer SM die Synchronisationsstufe
SS beeinflußt. In ihr wird eine Verschiebung der Zeitbasis um Bruchteile von T bewirkt,
und zwar solange, bis die Mehrheit der Korrelatorausgangssignsle innerhalb des Fensters
des Fensterdiskriminators in der Auswerteschaltung AW2 liegen. Durch diese Funktion
ist die Spursynchronisation vollständig zu erreichen.
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Sowohl Spureinphasung als auch Spursynchronisation wirken nur zu Beginn
eines Neusynchronisationsvorganges.
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Schließlich wird die Feinsynchronisation mit Hilfe der aus den Nulldurchgängen
des demodulierten Datensignales abgeleiteten Steuersignalen herbeigeführt (Taktregeneration).
Das für die Feinsynchronisation benotigte demodulierte Datensignal wird an Anschluß
II in Figur 1 abgenommen.
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Zur Herstellung eines vollständigen Synchronismus auf der Empfangsseite
ist es erforderlich, die verschiedenen Steuerkriterien nach bestimmten Regeln auf
die Synchronisationsstufe SS einwirken zu lassen. Diese Aufgabe übernimmt im wesentlichen
die aus der Synchronisationsauswahlschaltung SA und dem Synchronmultiplexer SM bestehende
Synchronisationssteuerschitnng SST.
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Die Synchronisationsauswahlschaitung SA schaltet zuerst die Regelsignale
der Spureinphasung auf die Synchronisationsstufe SS. Danach überprüft die Synchronisationsauswahlschaltung
SA die von der Auswerteschaltung AW2 ausgewerteten Korrelatorsignale. Zeigt eines
oder mehrere der Betragssignale B an, daß die Signale Al, A2 und A3 mit den Korrelationsmustern
M1, M2 und M3 nicht jeweils phasengleich sind, so schaltet die Syn-
chronisationsauswahlschaltung
SA die Spursynchronisationskriterien über den Synchronmultiplexer SM auf die Synchronisationsstufe
SS, wo entsprechende Phasenkorrekturen vorgenommen werden. Dies erfolgt in der Form,
daß man je nach dem Vorzeichensignal V in einem in der Synchronisationsstufe SS
befindlichen Frequenzteiler Flanken ein - oder ausblendet. Während über die Synchronisationsstufe.
SS - durch Ein - oder Ausblenden von Impulsen - die Spursynchronisation arbeitet,
wird gleichzeitig der zum Spurtakt phasenstarre Datentakt erzeugt und dem Taktregenerator
TR zugeführt. Den phasenstarren Zusammenhang zwischen Datentakt und Spurtakt auf
der Empfangsseite erreicht man beispielsweise durch einen gemeinsamen Oszillator
OS. Eine Taktregeneration ist erst dann möglich, wenn die Spursynchronisation gefunden
ist und somit das an Anschluß II in Figur 1 ankommende demodulierte Datensignal
ausreichend von den Auswirkungen des Spurwechsels befreit ist.
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Daraufhin schaltet der Synchronmultiplexer SM das Steuersignal des
Taktregenerators TR auf die Synchronisationsstufe SS.
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Zur Vermeidung von Fehlsynchronisierungen ist eine Pegelüberwachungseinrichtung
PÜ für das modulierte Datensignal und eine Qualittsprüfung QP für das demodulierte
Datensignal vorgesehen. Die Ausgangsimpulse der Pegelüberwachungseinrichtung PU
und der Qualitätsprüfung QP sind der Synchronisationsstufe SS über ein ODER-Gatter
zugeführt.
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Die Synchronisationssteuerschaltung SST sowie die dem Synchronmultiplexer
SM vorgeschalteten beiden Zähler Z7 bzw Z2 und der Taktregenerator TR sind in Form
eines Mikroprozessor - Bausteins MP verwirklicht.
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7 Patentansprüche 2 Figuren