DE3227261A1 - Radio relay transmission system - Google Patents
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Abstract
Description
RichtfunkübertraguIlgssystemDirectional radio transmission system
Die Erfindung bezieht sich auf ein Richtfunkübertragungssystem, dessen zueinander ausgerichtete Sende-und Empfangsantenne im Bereich der optischen Sicht liegen.The invention relates to a directional radio transmission system, the mutually aligned transmitting and receiving antenna in the area of optical sight lie.
Auf Richtfunkstrecken findet die Signalübertragung über mehrere Wege s.tatt. Innerhalb der Fresnelzonen führen Reflexionen an der Erdoberfläche, an Hindernissen sowie an meteorologisch bedingten Inversionsschichten dazu, daß die Empfangsantenne ein dispersives Signal erreicht.Signal transmission takes place over several routes on radio links instead of. Within the Fresnel zones, reflections lead to the surface of the earth, to obstacles as well as meteorologically conditioned inversion layers to the fact that the receiving antenna a dispersive signal is achieved.
Die im Mehrwegeübertragungsfall mit unterschiedlichen Laufzeiten bei der Empfangsantenne eintreffenden Signale sind demnach durch eine Ubertragungsfunktion charakterisierbar, die mit Amplituden- und Laufzeitverzerrungen behaftet ist Diese Tatsache bewirkt, daß die übertragung - insbesondere von schnellen Daten - gestört wird. Im Extremfall kommt es zum Ausfall der Funkstrekke. Bei einem solchen Extremfall erfolgt ein im Vergleich zur Ubertragungsbandbreite breitbandiger Pegeleinbruch, der an sich prinzipiell durch ausreichende Leistungsreserven kompensierbar ist. Sind die Pegeleinbrüche im Ubertragungsband mit großen Amplituden- bzw.In the case of multipath transmission with different transit times The signals arriving at the receiving antenna are therefore through a transfer function characterizable, which is afflicted with amplitude and time-of-flight distortions This The fact that the transmission - especially of fast data - is disturbed will. In extreme cases, the radio link fails. In such an extreme case there is a broadband level drop compared to the transmission bandwidth, which in principle can be compensated for by sufficient power reserves. Are the level drops in the transmission band with large amplitude or
Gruppenlaufzeitverzerrungen verbunden, bringen Leistungsreserven keinen Vorteil, so daß die Funkstrecke zwangsläufig gestört wird.Group delay distortions connected, do not bring any power reserves Advantage, so that the radio link is inevitably disturbed.
Aus der DE-PS 835 908 ist ein Verfahren zur Optimierung der Betriebeigenschaften einer Richtfunkübertragungsstrecke bekannt, bei der die Strahlrichtung der im Bereich der optischen Sicht gegeneinander ausgerichteten Antennen, und zwar die jeweils empfangende Antenne, in 7 Ausfertigungen /.Ausfertigung kurzen Abständen oder kontinuierlich automatisch und fortlaufend durch Schwenken des Antennendiagramms in der Hauptachse in vertikaler Richtung von der Hauptstrahlrichtung, vorzugsweise in kleinen Winkeln im Vergleich zur Halbwertsbreite geändert und mittels Signalauswertung ein Antennensteuerkriterium für maximalen Empfang abgeleitet wird. Es ist in diesem Zusammenhang auch bekannt, die Richtantennen in Richtung des Minimums der Funkfelddämpfung auszurichten. Wie die Praxis jedoch zeigt, führt eine solche Ausrichtung nicht in allen Fällen zu einer Optimierung der Übertragungseigenschaften der Strecke. Dies wirkt sich insbesondere dann störend aus, wenn die Ubertragung der Nachricht in digitalisierter Form vorgenommen wird.From DE-PS 835 908 a method for optimizing the operating characteristics is a radio link known in which the beam direction is in the area the optical view of mutually aligned antennas, namely the respective Receiving antenna, in 7 copies /. copy short intervals or continuously automatically and continuously by panning the antenna diagram in the main axis in the vertical direction from the main beam direction, preferably Changed in small angles compared to the half width and by means of signal evaluation an antenna control criterion for maximum reception is derived. It is in this Connection also known, the directional antennas in the direction of the minimum of the radio field attenuation align. However, as practice shows, such an alignment does not lead to in all cases to an optimization of the transmission properties of the route. this has a particularly disruptive effect when the transmission of the message in digitized form is made.
Die Ursache für die trotzdem wirksamen Schwunderscheinungen, die im Extremfall bis zum Zusammenbruch der Übertragung führen können, ist, wie bereits vorher beschrieben, darin zu sehen, daß Signale auf verschiedenen Wegen vom Sende- zum Empfangsort gelangen und dadurch eine Selbstzerstörung von zumindest Teilen des Nachrichtenspektrums verursachen.The cause of the nonetheless effective shrinkage phenomena that are im Extreme case can lead to the breakdown of the transmission is how already previously described, to see that signals are transmitted in different ways from the get to the place of reception and thereby self-destruction of at least parts of the news spectrum.
Aus der DE-PS 27 24 198 ist ein Verfahren bekannt, das auch bei der Ubertragung digitalisierter Nachrichten zu verbesserten Ergebnissen auch unter Berücksichtigung der durch Mehrwegeausbreitungseinflüsse verursachten Fehler führt. Danach wird als Antennensteuerkriterium zur Schwenkung der Antenne die sogenannte "Augenöffnung" herangezogen. In der Datenübertragungstechnik ist es,wie beispielsweise die Literaturstelle aus "Fernmeldepraxis, Band 46 (1969), Nr. 4, Seiten 150 bis 156 schildert, bekannt, die Güte eines Datenübertragungskanals mittels des sogenannten Augen-Oszillogrammsund zwar über die AugenölrLtng mg" zu beurteilen.From DE-PS 27 24 198 a method is known that is also used in the Transmission of digitized messages to improved results also taking into account which leads to errors caused by multipath propagation influences. After that, as Antenna control criterion for swiveling the antenna, the so-called "eye opening" used. In data transmission technology, it is like the literature reference, for example from "Fernmeldepraxis, Volume 46 (1969), No. 4, pages 150 to 156 describes, known, the quality of a data transmission channel using the so-called eye oscillogram and to judge though about the AugenölrLtng mg ".
Bisher beschränkte man sich in der Ubertragung der Nachrichten auf ein im Vergleich zu den Amplitudenverzerrungen schmales Hochfrequenzband, indem die zu übertragende Datenrate niedrig gewählt wurde oder indem vielstufige Modulationsverfahren mit jedoch erhöhter Störempfindlichkeit zum Einsatz kommen.So far, the transmission of messages has been limited to a high-frequency band that is narrow compared to the amplitude distortions by the data rate to be transmitted was selected to be low or by using a multi-stage modulation method but with increased susceptibility to interference.
Es wurde auch versucht, durch Diversityverfahren eine Umgehung der Probleme zu versuchen. In diesem Zusammenhang wird auf die DE-OS 29 32 896 hingewiesen.Attempts have also been made to circumvent the Problems trying. In this context, reference is made to DE-OS 29 32 896.
Adaptive Entzerrer könnten prinzipiell die Verzerrungen kompensieren, sind jedoch sehr komplex aufgebaut und speziell für militärische Anwendungen sehr störempfindlich (ECM).Adaptive equalizers could in principle compensate for the distortions However, they are very complex and especially for military applications sensitive to interference (ECM).
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Richtfunkübertragungssystem der eingangs genannten Art so zu optimieren, daß eine extrem breitbandige, d.h. schnelle Daten-Übertragung mit sehr kleiner Fehlerhäufigkeit ermöglicht wird.The object of the invention is to provide a directional radio transmission system To optimize the type mentioned at the beginning so that an extremely broadband, i.e. fast Data transmission is made possible with a very low frequency of errors.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Sende- und/oder Empfangsantenne ein äußerst schmales Vertikalantennendiagramm aufweisen, derart, daß zumindest eine angenäherte Leistungsbewertung zwischen den über den direkten Nutzausbreitungsweg und den über den laufzeitmäßig demgegenüber geringfügig unterschiedlichen Ausbreitungsweg über die Reflexion an der Erdoberfläche bzw. an Fresnelzonen niederer Ordnung übertragenen Signalen möglich ist, und daß das in der Vertikalebene geringfügig schwenkbar ausgebildete Antennendiagramm dieser Antenne bzw dieser Antennen so ausgerichtet wird, daß die sich vektoriell addierenden, einerseits über den direkten Nutzausbreitungsweg und andererseits über den beschrie- benen Reflexionsumweg übertragenen Signale große Amplitudenunterschiede bzw. zumindest angenähert gleiche Phasenlage aufweisen. Die Auflösung der betreffenden Sende- und/oder Empfangsantenne beträgt wenige mrad.According to the invention, this object is achieved in that the transmission and / or receiving antenna have an extremely narrow vertical antenna pattern, such that at least an approximate performance rating between the over the the direct useful propagation path and the over the running time, in contrast, slightly different propagation path via the reflection on the earth's surface or at Fresnel zones of lower order transmitted signals is possible, and that the in the vertical plane slightly pivotable antenna pattern of this antenna or these antennas are aligned so that the vectorially adding, on the one hand via the direct useful propagation path and, on the other hand, via the described benen Reflection detour transmitted signals have large amplitude differences or at least have approximately the same phase position. The resolution of the relevant broadcast and / or Receiving antenna is a few mrad.
Es läßt sich zu diesem Zweck beispielsweise eine sogenannte Interferometerantenne einsetzen.A so-called interferometer antenna, for example, can be used for this purpose insert.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von fünf Figuren erläutert. Es zeigen Fig. 1 die schematische Ansicht eines Dreiwegemodells zur Veranschaulichung der Zusammenhänge im Funkfeld, Fig. 2 ein die Empfangsspannung über der Frequenz darstellendes Diagramm für nur zwei Ausbreitungswege, Fig. 3 ein erstes Vektordiagramm, Fig. 4 ein zweites Vektordiagramm, Fig. 5 ein die Empfangsspannung über der Exquenz darstellendes Diagramm für das Dreiwegemodell nach Fig. 1.The invention is explained below with reference to five figures. 1 shows the schematic view of a three-way model for the purpose of illustration the relationships in the radio field, FIG. 2 shows the received voltage versus frequency Representative diagram for only two propagation paths, FIG. 3 a first vector diagram, FIG. 4 shows a second vector diagram, FIG. 5 shows the received voltage over the sequence illustrative diagram for the three-way model according to FIG. 1.
Erst das in Fig. 1 dargestellte Dreiwegemodell gibt die Zusammenhänge im Richtfunkfeld ausreichend genau wieder. Hierin ist P1 der direkte Nutzausbreitungsweg, auf welchem im Normalfall die Signalübertragung von einer Sendeantenne 1 zu einer Empfangsantenne 2 stattfindet. P2 ist der Weg eines Umwegsignals, welches durch Reflexionen an der Erdoberfläche 3 bzw. Fresnelzonen niederer Ordnung mit geringem Laufzeitunterschied gegenüber dem Nutzausbreitungsw.eg Pl die Empfangsantenne 2 erreicht. P3 soll den Signalpfad eines weiteren Umwegsignals andeuten, welches einen relativ großen Laufzeitunterschied zum direkten Nutzausbreitungsweg P1 aufweist und beispielsweise - wie im dargestellten Fall - durch Reflexion an höheren Luftschichten 4, z.B. Inversionsschichten oder auch an der Erdoberfläche entstehen kann. Aufgrund des Ausbreitungsmechanismus sind die Abstrahlrichtungen über den Weg P1 und über den Weg P2 an der Sendeantenne 1 nahezu gleich, so daß die Empfangssignale dieser Pfade P1 und P2 bei Totalreflexion des über dem Weg P2 laufenden Signals an de4Erdoberfläche 3 etwa gleiche Amplituden in der Empfangsantenne 2 erreichen. Diese beiden Signale können bei einer bestimmten Umweglänge bzw. bei einer bestimmten Radiofrequenz gegenphasig werden und zu einer Totalauslöschung an der Stelle der Empfangsantenne 2 führen.Only the three-way model shown in FIG. 1 gives the relationships again with sufficient accuracy in the directional radio field. Here P1 is the direct useful propagation path, on which in the normal case the signal transmission from a transmitting antenna 1 to a Receiving antenna 2 takes place. P2 is the path of a detour signal which passes through Reflections on the earth's surface 3 or Fresnel zones of lower order with low Runtime difference compared to the useful propagation path Pl the receiving antenna 2 achieved. P3 is intended to indicate the signal path of a further detour signal, which is a has a relatively large difference in transit time to the direct useful propagation path P1 and for example - as shown Fall - through reflection at higher air layers 4, e.g. inversion layers or on the earth's surface can arise. Due to the propagation mechanism, the radiation directions are on the path P1 and on the path P2 at the transmitting antenna 1 almost the same, so that the received signals of these paths P1 and P2 in the case of total reflection of the via path P2 running signal on the surface of the earth 3 approximately the same amplitudes in the receiving antenna 2 reach. These two signals can with a certain detour length or with become out of phase with a certain radio frequency and result in total extinction at the location of the receiving antenna 2.
Wie aus dem in Fig. 2 dargestellten Diagramm der beiden vektoriell summierten, über die Pfade Pl und P2 kommenden Empfangsspannungen U (P1+P2) über der Frequenz f hervorgeht ist jedoch aufgrund des geringen Wegeunterschiedes zwischen den beiden Pfaden P1 und P2 die Kohärenzbandbreite BK, d.h. der Abstand zweier derartiger Minimalpegelfrequenzen sehr groß und errechnet sich nach der Formel K t > wobei 7 der Laufzeitunterschied zwischen den Signalen über den Weg P1 und über den Weg P2 ist. Bei LOS(Line of Sight) Richtfunkstrecken, d.h. bei solchen Richtfunkstrecken, bei denen die zueinander ausgerichteten Sende- und Empfangsantennen 1 und 2 im Bereich der optischen Sicht liegen, bewegt sich die Kohärenzbandbreite BK in der Größenordnung von mehreren 100 MHz, so daß selbst bei breitbandigen Funkstrecken keine Amplitudenverzerrungen, sondern nur breitbandige Pegeleinbrüche festgestellt werden können. Das dritte Signal über den Pfad P3 erreicht die Empfangsantenne 2 auf- grund lediglich partieller Reflexion mit kleiner Amplitude, jedoch wegen der erheblich größeren Weglänge mit großem Laufzeitunterschied gegenüber den Signalen, die über die beiden Pfade Pl und P2 laufen. Das über den Pfad P3 von der Sendeantenne 1 zur Empfangsantenne 2 übertragene Signal UP3 bleibt unwirksam, solange es klein gegenüber der Vektorsumme U(P1+P2) der über die Pfade P1 und P2 laufenden Signale bleibt. Dieser Zusammenhang geht aus Fig. 3 hervor. Die resultierende Gesamtvektorsumme ist hierbei mit R bezeichnet und entspricht der Vektorsumme der über die drei Pfade Pl, P2, P3 laufenden Empfangssignalspannungen UP1, UP2 und UP3.As from the diagram of the two vectorially shown in FIG summed received voltages U (P1 + P2) coming via the paths Pl and P2 however, the frequency f is due to the small path difference between the two paths P1 and P2 the coherence bandwidth BK, i.e. the distance between two such Minimum level frequencies very large and is calculated using the formula K t> where 7 the difference in transit time between the signals via route P1 and via route P2 is. For LOS (Line of Sight) radio links, i.e. for such radio links, in which the mutually aligned transmitting and receiving antennas 1 and 2 in the area the optical view, the coherence bandwidth BK moves in the order of magnitude of several 100 MHz, so that even with broadband radio links no amplitude distortions, but only broadband level drops can be detected. The third signal Via the path P3, the receiving antenna 2 reaches reason only partial reflection with a small amplitude, but because of the considerably larger ones Path length with a large difference in transit time compared to the signals via the two Paths Pl and P2 run. That via the path P3 from the transmitting antenna 1 to the receiving antenna 2 transmitted signal UP3 remains ineffective as long as it is small compared to the vector sum U (P1 + P2) remains the signals running on paths P1 and P2. This connection is evident from FIG. 3. The resulting total vector sum is denoted by R. and corresponds to the vector sum of the received signal voltages running over the three paths P1, P2, P3 UP1, UP2 and UP3.
Die vorstehende Bedingung ist jedoch dann nicht mehr erfüllt, wenn die Empfangsspannung UP2 des über den Pfad P2 laufenden und an der Erdoberfläche 3 total reflektierten Signals gegenphasig gegenüber der Empfangsspannung UP1 des über den direkten Weg Pl zur Empfangsantenne 2 laufenden Signals eintrifft. Dieser Fall ist im Vektordiagramm nach Fig. 4 dargestellt. In diesem Fall können die über den Pfad P3 laufenden Signale aufgrund der großen Laufzeitunterschiede zu kleinen Kohärenzbandbreiten BK' und damit auch zu großen Amplituden- bzw. Gruppenlaufzeitverzerrungen führen.However, the above condition is no longer met if the received voltage UP2 of the running over the path P2 and at the earth's surface 3 totally reflected signal in phase opposition to the received voltage UP1 of the via the direct path P1 to the receiving antenna 2 the current signal arrives. This The case is shown in the vector diagram of FIG. In this case, the over The signals running on path P3 are too small due to the large differences in transit time Coherence bandwidths BK 'and thus too large amplitude or group delay distortions to lead.
Ein solcher Fall läßt sich aus dem in Fig. 5 dargestellten Diagramm entnehmen, in welchem über der Frequenz f die vektoriell summierte Empfangsspannung U(P1+P2+P3) der über die drei Wege P1, P2 und P3 kommenden Signale dargestellt ist. In den betroffenen Frequenzbereichen 5 und 6 ist dann eine breitbandige, d.h. schnelle Datenübertragung mit kleiner Fehlerhäufigkeit nicht möglich. Dort sind die Empfangsspannungen UP7 und UP2 im gegenphasigen Bereich, so daß sich die Empfangsspannung UP3 stark auf die Gesamtempfangsspannung U(P1+P2+P3) auswirkt.Such a case can be seen from the diagram shown in FIG in which above the frequency f the vectorially summed received voltage U (P1 + P2 + P3) the signals coming via the three paths P1, P2 and P3 are shown. In the affected frequency ranges 5 and 6 there is then a broadband, i.e. fast Data transmission with a low frequency of errors is not possible. There are the receiving voltages UP7 and UP2 are in phase opposition, so that the receiving voltage UP3 is strong affects the total received voltage U (P1 + P2 + P3).
Das entsprechend der Erfindung ausgebildete Richtfunkübertragungssystem verhindert nun die Entstehung der Amplitudenverzerrungen niedriger Kohärenzbandbreite durch folgende Maßnahmen: Die Sende-und/oder Empfangsantenne 1 bzw. 2 weist ein äußerst schmales Antennendiagramm auf, welches eine ausreichende Bewertung zwischen dem Ubertragungspfad P1 und dem Pfad P2 zuläßt. Das Antennendiagramm soll eine Auflösung von nur wenigen mrad aufweisen. Als Antenne läßt sich beispielsweise eine Interferometerantenne verwenden. Das Antennendiagramm dieser Antenne soll geringfügig schwenkbar sein. Ist das Richtfunkübertragungssystem wie vorstehend ausgebildet, so läßt sich der störende Einfluß des Signalpfades P3 umgehen, indem die über die Pfade P7 und P2 übertragenen Signalanteile derart amplituden- und phasenmäßig bewertet werden, daß der Signalanteil über den Pfad P3 wirkungslos bleibt. Wie Fig. 5 zeigt, ist das der Fall, wenn die mit der dünnen Linie gezeichnete Vektorsumme U(P1+P2) der Signale über die Pfade P7 und P2 nahezu gleiche PhasenlageU1undUP2aast,wasin einem mittleren Bereich 7 der Fall ist. In diesem Bereich stimmt der Verlauf der Gesamtvektorsumme U(P1+P2+ P3) aller drei Empfangssignalspannungen mit der Vektorsumme U(P1+P2) der Empfangsspannungen der beiden über die Pfade Pl und P2 kommenden Signale weitgehend überein. Das Steuerkriterium zum Nachstellen der schwenkbaren Antenne kann daher beispielsweise aus dem Empfangspegel gewonnen werden. Ein weiteres Kriterium läßt sich durch die Augenöffnung des empfangenen Digitalsignals ableiten. Ein Digitalsignal weist dann die größte Augenöffnung auf, wenn der Summenpegel der über die Pfade Pl und P2 übertragenen Signale groß gegenüber dem Störpegel des über den Pfad P3 kommenden Signals sind, so daß das über den Pfad P3 einfallende Signal unwirksam wird. Für die Ermittlung der "Augenöffnung" sind die an sich bekannten Verfahren vorgesehen, vergleiche beispielsweise hierzu die "NTZ", 1971, Heft 4, Seiten 213 bis 216.The directional radio transmission system designed according to the invention now prevents the occurrence of amplitude distortions with a low coherence bandwidth by the following measures: The transmitting and / or receiving antenna 1 or 2 shows extremely narrow antenna pattern, which shows a sufficient evaluation between the transmission path P1 and the path P2 allows. The antenna diagram is intended to provide a resolution of only a few mrad. An interferometer antenna, for example, can be used as the antenna use. The antenna diagram of this antenna should be slightly pivotable. If the directional radio transmission system is designed as above, the Avoid the disturbing influence of the signal path P3 by using the paths P7 and P2 transmitted signal components are evaluated in terms of amplitude and phase that the signal component via path P3 remains ineffective. As Fig. 5 shows, this is the case when the vector sum U (P1 + P2) of the signals drawn with the thin line Almost the same phase position U1 and UP2aast via the paths P7 and P2, which is a mean Area 7 is the case. The course of the total vector sum is correct in this area U (P1 + P2 + P3) of all three received signal voltages with the vector sum U (P1 + P2) of Receiving voltages of the two signals coming via the paths Pl and P2 largely match. The control criterion for readjusting the pivotable antenna can therefore for example, can be obtained from the reception level. Another criterion leaves can be derived through the eye opening of the received digital signal. A digital signal then has the largest eye opening when the sum level is above the paths Pl and P2 transmitted signals large compared to the interference level of the path P3 incoming signal, so that the signal arriving via path P3 ineffective will. The methods known per se are used to determine the "eye opening" provided, see, for example, the "NTZ", 1971, No. 4, pages 213 to 216.
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| DE3227261A1 true DE3227261A1 (en) | 1984-01-26 |
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
| Country | Link |
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| DE (1) | DE3227261A1 (en) |
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