DE3415032A1

DE3415032A1 - Verfahren zur stoerresistenten funkuebertragung

Info

Publication number: DE3415032A1
Application number: DE19843415032
Authority: DE
Inventors: Andries 8000 München Herold
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-04-27
Filing date: 1984-04-19
Publication date: 1984-11-08
Also published as: DE3415032C2

Description

Verfahren zur störresistenten Funkübertraqung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur blockweisen Übertragung von Nachrichten bzw. Daten über Funk zwischen zwei miteinander synchronisierten Stationen, bei dem die signalmodulierten Radioträgerfrequenzen im Rhythmus eines oder eines Mehrfachen der zu übertragenden Signalblöcke pseudozufällig innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbandes sprunghaft wechseln.
Bei der Signalübertragung über eine Funkstrecke, beispielsweise eine Kurzwellenfunkstrecke, kann die Qualität der Übertragung nicht nur durch atmosphärische Störungen sondern auch durch unbeabsichtigte oder gar beabsichtigte Störungen erheblich beeinträchtigt oder gar die Übertragung völlig unmöglich gemacht werden. Um insbesondere beabsichtigten Störern das Stören zu erschweren, d.h. die Störresistenz der Übertragungsstrecke zu verbessern, ist es beispielsweise durch die US-PS 3 696 306 bekannt, den signalmodulierten radiofrequenten Träger innerhalb eines relativ breiten Frequenzbandes pseudozufällig sprunghaft zu ändern. Je schneller der Wechsel der aufeinander folgenden Sprungfrequenzen vorgenommen wird, desto schwerer hat es ein intelligenter Störer, sich auf die gerade vorhandene Sendefrequenz zu deren wirksamen Störung einzustellen. Wie die Praxis jedoch zeigt, kann hierbei die wirksame Störleistung innerhalb eines solchen den Sprungfrequenzen zugewiesenen-Frequenzbandes noch relativ groß sein. Dies ist dann der Fall, wenn innerhalb des den Sprungfrequenzen zugeordneten Frequenzbandes noch relativ viele Signale da sind, die mit den durch die einzelnen Sprungfrequenzen gegebenen Signalkanälen interferrieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei Anwendung eines Frequenzsprungverfahrens erreichbare Störresistenz im Hinblick auf innerhalb des verfügbaren Frequenzbereiches vorhandene zu Interferrenzen Anlaß gebende Signale wesentlich zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch Anwendung eines adaptiven Frequenzspringens in der Weise gelöst, daß empfangsseitig innerhalb eines periodischen Meßzyklus die hierin in Erscheinung tretenden Sprungfrequenzen daraufhin überwacht werden, ob und gegebenenfalls wie oft sie bei ihrem wiederholten Auftreten gestört sind und daß am Ende eines und vor Beginn eines neuen Meßzyklus die eine vorgegebene tolerierbare obere Störhäufigkeitsgrenze überschreitenden Sprungfrequenzen durch entsprechende synchrone Änderung des Frequenzsprungprogramms auf beiden Stationen von einer weiteren Verwendung ausgeschlossen werden.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich die Störresistenz eines mit Frequenzsprung arbeitenden Funkübertragungsverfahrens wesentlich verbessern läßt, wenn mittels einer während des Übertragungsablaufs leicht durchzuführenden Signalanalyse des verwendeten Frequenzbandes über die Erfassung gestörter Sprungfrequenzen das Sprungfrequenzprogramm so an die vorherrschenden Signalverhältnisse angepaßt wird, daß die Signalübertragung durch die im Frequenzband weiterhin vorhandenen Signale möglichst wenig gestört wird.
Besonders günstig gestalten sich in diesem Zusammenhang die Verhältnisse, wenn die ungestörte Signalübertragung jedes der aufeinander folgenden Signalblöcke von der sendenden zu der empfangenden Station der sendenden Station von der empfangenden Station durch Rücksendung eines Quittungssignals bestätigt wird. In diesem Falle werden auf beiden Stationen in gleicher Weise gestörte durch die Sprungf-requenzen gegebenen Signalkanäle erfaßt. Diese Erfassung ermöglicht es, ohne zusätzliche Maßnahmen jeweils am Ende eines Meßzyklus die gegebenenfalls erforderliche Änderung des Frequenzsprungprogramms synchron durchzuführen. Erfolgt die Erfassung der gestörten Kanäle lediglich auf einer Stationsseite, ist es erforderlich, am Ende eines Meßzyklus entsprechend dem Meßergebnis die gegebenenfalls durchzuführende Änderunge des Frequenzsprungprogramms auf der fernen Station durch eine zu ihr zu übertragende Mitteilung zu ermöglichen.
Zweckmäßig wird eine auszuschließende Sprungfrequenz im Frequenzsprungprogramm durch eine neue bisher nicht vorgesehene Sprungfrequenz ersetzt, so daß die Gesamtzahl der verfügbaren Sprungfrequenzen stets gleichbleibt. Auf diese Weise wird erreicht, daß durch den Wegfall auszuschließender Sprungfrequenzen die Störresistenz der Übertragung gegenüber intelligenten Störern nicht vermindert wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 4 bis 7 angegeben.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeuten Fig. 1 das Blockschaltbild einer aus zwei Stationen bestehenden Funkübertragungsstrecke, die für ein Ubertragungsverfahren nach der Erfindung ausgelegt ist, Fig. 2 das nähere Schaltungsdetails aufweisende Block.-schaltbild einer Station nach Fig. 1, Fig. 3 eine bevorzugte Ausführungsform eines Adressenwandlers der adaptiven Frequenzsprungschaltung nach Fig. 2, Fig. 4 die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 2 näher erläuternde Frequenzsprungprogramme.
Fig. 1 zeigt zwei Stationen St1 und St2, die mit ihren Antennen A über eine Funkstrecke miteinander in Verbindung stehen und für Simplexbetrieb ausgelegt sind. Jede der beiden Stationen St1 und St2 besteht aus einem Endgerät T, das über eine adaptive Frequenzsprungschaltung AH mit dem Tranceiver R/Tx in Verbindung steht. Am prinzipiellen Aufbau der adaptiven Frequenzsprungschaltung AH ändert sich prinzipiell nichts, wenn die beiden Stationen für Halbduplex- oder Duplexbetrieb ausgelegt sind, so daß sich die folgenden Ausführungen auf die Auslegung der Ubertragungsstrecke für Simplexbetrieb entsprechend Fig.
1 beschränken können.
Wie das nähere Schaltungsdetail der adaptiven Frequenzsprungschaltung AH nach Fig. 2 erkennen läßt, weist sie im Verbindungsweg zwischen dem Endgerät T und dem Transceiver R/Tx einen Detektor ID/CD auf, der bei Anwendung des sogenannten ARQ, wie es beispielsweise in der Literaturstelle L. Wiesner, Telegraph and Data Transmission over Shortwave Radio Links, Second edition, Heyden § Son Ltd., Seiten 106 bis 119 ausführlich beschrieben ist, eine ARQ-Einrichtung darstellt, die bei ungestörtem Empfang eines Signalblocks an die sendende Station ein Quittungssignal und ansonsten ein Fehlersignal abgibt. So- fern die Übertragung in einem normalen Simplex- oder Duplexverfahren erfolgt, hat der Detektor ID/CD die Aufgabe, sowohl Betriebsstörungen übertragener Signalblöcke anzuzeigen als auch Mitteilungen der fernen sendenden Station über auf der Sendeseite vorgenommene Änderungen des Frequenzsprungprogramms zu erfassen und an die Rechen- und Steuerschaltung CC weiterzuleiten.
Die in einem Frequenzsprungprogramm festgelegten Änderungen der Radioträgerfrequenzen für den Transceiver R/Tx werden vom Synthesizer SYN erzeugt, der seinerseits von einem Frequenzadressenregister FU angesteuert wird. Die im Rhythmus des Frequenzwechsels dem Synthesizer zugeführten Frequenzadressen werden aus dem Frequenzadressenregister FU von einem Pseudozufallsgenerator PNG aufgerufen, der die pseudozufällige Erzeugung der Radioträgerfrequenzen innerhalb eines Frequenzbereiches gewährleistet, der durch die Gesamtheit der im Frequenzadressenregister gespeicherten Frequenzadressen gegeben ist.
Die auf der Ausgangsseite des Frequenzadressenregisters FU auftretenden Frequenzadressen werden gleichzeitig einem Frequenzadressenspeicher FSR zugeführt, der in Form eines Schieberegisters ausgeführt sein kann und für eine ausreichende Anzahl von aufeinander folgenden Frequenzadressen ausgelegt ist, die durch die Größe eines noch.
näher zu erläuternden Meßzyklus und die Anzahl der während eines Meßzyklus auftretenden Frequenzen bestimmt ist.
Die Rechen- und Steuerschaltung CC ist mit dem Frequenzadressenspeicher FSR verbunden und ermittelt im Frequenzadressenspeicher FSR jeweils diejenige Frequenzadresse, die der Trägerfrequenz eines vom Detektor als gestört empfangenen Signalblocks entspricht. Diese Frequenzadresse wird dann über die Rechen- und Steuerschaltung CC in den Fehlerspeicher FS eingegeben und dort festgehalten.
Gleichzeitig wird die Fehlerzahl der Frequenzadresse eines als gestört gemeldeten Signalblocks jeweils um eine Einheit im Fehlerspeicher FS erhöht, wenn innerhalb eines durch die Rechen- und Steuerschaltung vorgegebenen Meßzyklus P diese Frequenzadresse wiederholt vom Detektor ID/CD in Form eines gestörten Signalblockes der Rechen-und Steuerschaltung gemeldet wird.
Am Ende eines Meßzyklus werden die ermittelten, verschiedenen Frequenzadressen zugeordneten und im Fehlerspeicher gespeicherten Fehler von der Rechen- und Steuerschaltung CC aus dem Fehlerspeicher FS ausgelesen und einem Vergleicher SK zugeführt, an dessem zweiten Eingang die noch zu tolerierende obere Grenze der Störhäufigkeit in Form eines Schwellwertes ansteht. Dieser Schwellwert kann eine Funktion der Frequenz sein, sofern die tolerierbare Störhäufigkeit, beispielsweise für Frequenzen im unteren Bereich des den Sprungfrequenzen verfügbaren Frequenzbereichs größer sein darf als bei Frequenzen in dessen oberem Bereich. Wird diese Schwelle für die eine oder andere Frequenzadresse überschritten, dann wird für diese Frequenzadresse über den Entscheider SK der Adressenwandler AC aktiviert. Diese Aktivierung bedeutet, daß der Adressenwandler AC über seinen Ausgang hinweg die ihm angegebene Frequenzadresse im Frequenzadressenregister FU mit einer anderen Frequenzadresse überschreibt und damit die als gestört erkannte Radioträgerfrequenz für den weiteren Betrieb blockiert wird. Gleichzeitig werden diese Frequenzadressen wiederum der Rechen- und Steuerschaltung gemeldet.
Die Rechen- und Steuerschaltung multipliziert nunmehr den Inhalt des Fehlerspeichers FS, soweit die Inhaltsangabe des Fehlerspeichers FS nicht zur Blockierung einer Frequenzadresse geführt haben, mit einem Faktor k < 1 und speichert diese Ergebnisse dann wiederum für den weiteren Meßzyklus in den Fehlerspeicher FS ein. Weiterhin wird, falls dies erforderlich sein sollte - bei ARQ besteht dieses Erfordernis nicht - die überschriebene Frequenzadresse vom Frequenzadressenregister FU über eine Änderungsmeldeschaltung CN dem Tranceiver R/Tx zur Übertragung dieser Information an die ferne Station zugeführt.
Um diese Vorgänge bei normalen Arbeitsgeschwindigkeiten üblicher Rechen- und Steuerschaltungen durchführen zu können, dürfte es zweckmäßig sein, zwischen dem Ende eines Meßzyklus P und dem Beginn eines weiteren Meßzyklus ein signalblockfreies Zeitintervall auf der Übertragungsstrecke vorzusehen, in dem dann auch die evtl. erforderliche Änderungsinformation für das Frequenzadressenregister FU zur fernen Station übertragen und dort für die entsprechende Änderung des Frequenzadressenregisters FU ausgewertet werden kann.
Fig. 3 zeigt eine besondere Ausführung eines Adressenwandlers AC nach Fig. 2, dem die Vorstellung zugrundeliegt, daß als gestört erkannte Radioträgerfrequenzen, sofern sie nicht nur gelöscht, sondern durch neue Radioträgerfrequenzen zu ersetzen sind, die neuen Radioträgerfrequenzen einen möglichst großen (Frequenzversatz) Frequenzabstand von den ursprünglichen gestörten Radioträgerfrequenzen haben sollen. Um dies zu verwirklichen, weist der Adressenwandler AC einen oberen und einen unteren Versatzzähler OEZ und UEZ auf, die ein- und ausgangsseitig über Umschalter S1 und S2 wahlweise an den eigentlichen Ein- und an den eigentlichen Ausgang des Adressenwandlers anschaltbar sind. Die Stellung der Umschalter S1 und 52 wird vom Ausgang einer Frequenzvergleichsschaltung FC gesteuert, deren erster Eingang dem Eingang des Vergleichers SK parallel geschaltet ist und deren zweiter Eingang mit einem Frequenzspeicher FM in Verbindung steht, der die der Mittenfrequenz des den Sprungfrequenzen verfügbaren Frequenzbereiches entsprechende Frequenzadresse enthält.
Meldet der Vergleicher SK eine Frequenzadresse als gestört, dann schalten die Umschalter S1 und S2 Ein- und Ausgang dann an den oberen Versatzzähler OEZ, wenn die dieser Frequenzadresse zugehörige Radioträgerfrequenz unterhalb der im Frequenzspeicher FM gespeicherten, der Mittenfrequenz entsprechenden Frequenzadresse liegt.
Entspricht die gestörte Frequenzadresse dagegen einer Radioträgerfrequenz oberhalb der Mittenfrequenz des verfügbaren Frequenzbereiches, dann schalten die Umschalter S1 und S2 Ein- und Ausgang auf den unteren Versatzzähler UEZ. Der obere und der untere Versatzzähler OEZ und UEZ haben eine Grundstellung, die jeweils einer Frequenzadresse entspricht, die unmittelbar an die unterste bzw.
oberste Frequenzadresse des Frequenzadressenbereichs anschließen. Bei einer Aktivierung geben sie ihren Wert an den Frequenzadressenregister FU zur Überschreibung der betreffenden als gestört gemeldeten Frequenzadresse ab und erhöhen anschließend ihren Wert um Eins. Auf diese Weise wird erreicht, daß als gestört gemeldete Frequenzadressen im unteren und im oberen Frequenzbereich bei Ersatz durch neue Frequenzadressen den Frequenzbereich nach oben und unten erweitern. Damit wird erreicht, daß die Gesamtbreite des den Sprungsfrequenzen verfügbaren Frequenzbereichs und die Zahl der verfügbaren Sprungfrequenzen in wünschenswerter Weise unabhängig'von der Anzahl der durchgeführten Frequenzänderungen konstant bleiben.
Zum besseren Verständnis der adaptiven Frequenzsprungschaltung nach den Figuren 2 und 3 sind in den Figuren 4 noch einige Frequenz-Zeitdiagramme a, b, c, d und e dargestellt. Im Zeitdiagramm a bedeutet die Zahlenkette, die vom Pseudozufallsgenerator PNZ nach Fig. 2 in zeitlicher Folge erzeugten Zufallszahlen 52, 3, 24, 5 denen im Diagramm b die entsprechenden Frequenzen F52, F3, F24, F5, F1 ... zugeordnet sind. Im Diagramm b sind einige der Frequenzen, und zwar die Frequenzen F3, F5 und Fr mit einem Sternchen versehen. Die Sternchen sollen andeuten, daß bei Auftreten dieser Frequenzen eine Störung registiert wird. Im Zeitpunkt t1 ist für die Frequenz F3, im Zeitpunkt t2 für die Frequenz F5 und im Zeitpunkt t3 für die Frequenz Fr, wobei r irgendeine Zahl darstellt, eine Fehlerhäufigkeit erreicht, bei der der Vergleicher SK nach Fig. 2 anspricht und demzufolge diese Frequenzen durch neue Frequenzen zu ersetzen sind.
Im Diagramm d sind die möglichen, vom Pseudozufallsgenerator PNZ erzeugbaren Zahlen in der richtigen Reihenfolge geordnet und im Diagramm e wird gezeigt, wie nunmehr mit Hilfe des Adressenwandlers AC nach Fig. 3 im Frequenzadressenregister FU nach Fig. 2 die Zuordnung der Zahlenfolge des Diagramms d zu einer Änderung der Frequenzenfolge aus n Frequenzen im Diagramm e führt. Demnach wird nunmehr der Zahl 3 die Frequenz E3 oberhalb der Frequenz Fn, der Zahl 5 die Frequenz E5 oberhalb der neuen Frequenz E3 und der Zahl r in der oberen Zahlenhälfte des Diagramms d die Frequenz Er unterhalb der Frequenz F1 zugeordnet. Es wird deutlich, daß bei dieser Art der Adressenveränderung auch die Bandmitte bm des den Sprungfrequenzen verfügbaren Frequenzbereiches wenigstens annähernd erhalten bleibt.
Der Fehlerspeicher FS kann auch für die Speicherung der Gesamtzahl der im Frequenzadressenregister FU abspeicherbären Frequenzadressen bemessen sein. In dieser Form kann in ihm über Stunden, Tage und Wochen hinweg durch ständiges Aufaddieren der gestörten Frequenzen während der Betriebszeiten ein Störfrequenz-Häufungsdiagramm für den verfügbaren Frequenzbereich erstellt werden, das wiederum für die Einstellung der frequenzabhängigen Schwelle des Vergleichers SK als Datenbasis zur Verfügung steht.
Zweckmäßig wird hierbei die Schwelle für Frequenzteil- bereiche, die als besonders gestört erkannt sind, niedriger angesetzt als für die übrigen Frequenzteilbereiche des verfügbaren Sprungfrequenzbereiches.
8 Patentansprüche 4 Figuren - Leerseite -

Claims

Patentansprüche Verfahren zur blockweisen Übertragung von Nachrichten bzw. Daten über Funk zwischen zwei miteinander synchronisierten Stationen, bei dem die signalmodulierten Radioträgerfrequenzen im Rhythmus eines oder eines Mehrfachen der zu übertragenden Signalblöcke pseudozufällig innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbandes sprunghaft wechsein, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß empfangsseitig innerhalb eines periodischen Meßzyklus (P) die hierin in Erscheinung tretenden Sprungfrequenzen daraufhin überwacht werden, ob und gegebenenfalls wie oft sie bei ihrem wiederholten Auftreten gestört sind und daß am Ende eines und vor Beginn eines neuen Meßzyklus (P) die eine vorgegebene tolerierbare obere Störhäufigkeitsgrenze überschreitenden Sprungfrequenzen durch entsprechende synchrone Änderung des Frequenzsprungprogramms auf beiden Stationen (St7,St2) von einer weiteren Verwendung ausgeschlossen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die ungestörte Übertragung jedes der aufeinander folgenden Signalblöcke von der sendenden Station von der empfangenden Station durch Rücksendung eines Quittungssignals (ARQ) betätigt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine auszuschließende Sprungfrequenz im Frequenzsprungprogramm durch eine neue bisher nicht vorgesehene Sprungfrequenz ersetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t , daß, wenn eine auszuschliessende Sprungfrequenz im Bereich oberhalb bzw. unterhalb der Mittenfrequenz des den Sprungfrequenzen zugeordneten Frequenzbandes liegt, die neue Sprungfrequenz im Fre- quenzsprungprogramm in einem unmittelbaren Anschlußbereich unterhalb bzw. oberhalb der unteren bzw. oberen Grenzfrequenz dieses Frequenzbandes plaziert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die den Sprungfrequenzen verfügbare Gesamtbreite des Frequenzbandes bei Ersatz von zu blockierenden Sprungfrequenzen durch neue Sprungfrequenzen gleich bleibt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die während eines Meßzyklus erarbeiteten Störhäufigkeitswerte der als gestört erfaßten Sprungfrequenzen, soweit sie nicht die zu tolerierende obere Störhäufigkeitsgrenze überschreiten, jeweils multipliziert mit einem Faktor K < 1 in den folgenden Meßzyklus mit übernommen werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die vorgegebene tolerierbare Störhäufkeitsgrenze eine frequenzabhängige Funktion ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Störhäufigkeitswerte der als gestört erfaßten Sprungfrequenzen über eine Vielzahl von Meßzyklen hinweg zur Gewinnung eines Störfrequenz-Häufigkeitsdiagramms aufaddiert und in gespeicherter Form als Datenbasis für die Einstellung der frequenzabhängigen Funktion einer vorgegebenen tolerierbaren Störhäufigkeitsschwelle zur Verfügung steht.