DE3432648C1 - Verfahren zur störresistenten Funksignalübertragung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur störresistenten Übertragung digitaler Signale über Funk, beispielsweise Ultrakurzwellenfunk, bei dem die gege­ benenfalls verschlüsselten und/oder mit einer Fehler­ sicherung versehenen digitalen Signale im Burstbetrieb unter Anwendung eines schnellen pseudozufälligen Springens der Radioträgerfrequenz in einem größeren Frequenzbereich (Frequenzsprungverfahren) von einer sendenden zu wenigstens einer empfangenden Funk­ station übertragen werden.

Verfahren dieser Art sind beispielsweise durch die DE 32 30 726 A1 bekannt. Wie die Praxis zeigt, läßt sich bei Anwendung eines Fre­ quenzsprungverfahrens auch dann noch ein sicherer Funkverkehr gewährleisten, wenn der Funkverkehr einer gezielten selektiven Störung ausgesetzt ist. Die Brauchbarkeit des Frequenzsprungverfahrens zum Schutz einer Funkverbindung gegen gezielte Störung ist jedoch dann in Frage gestellt, wenn die Störung ein breitban­ diges leistungsstarkes Störspektrum darstellt.

Es ist zwar bekannt, zum Schutz gegen eine massive breitbandige Störung von einer Richtungsselektion Gebrauch zu machen. Hierzu wird, wie die Literatur­ stelle Siemens Forschungs- und Entwicklungsbereiche, Bd. 6 ( 1977) Nr. 5, Seiten 300 bis 306, angibt, unter Verwendung von wenigstens zwei Empfangsantennen eine elektronische Nullabstimmung der Empfangsantenne in Richtung der Störsignalquelle durchgeführt und auf diese Weise das auf die Antennenanordnung einstrah­ lende Störsignal hinsichtlich des gewünschten zu empfangenden Nutzsignals weitgehend unterdrückt. Die gleichzeitige Anwendung einer solchen elektronischen Nullpunktssteuerung von Antennen in Verbindung mit einem Frequenzsprungverfahren ist jedoch außerordent­ lich aufwendig und schafft darüber hinaus eine ganze Reihe neuer technischer Probleme. Ein Verzicht auf die Anwendung eines Frequenzsprungverfahrens zu­ gunsten der erwähnten elektronischen Nullsteuerung von Antennen kommt aber auch nicht in Frage, weil dann der Funkverbindung kein ausreichender Schutz gegen gezielte selektive Störung zur Verfügung steht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die störresistente Übertragung von digitalen Signalen der einleitend beschriebenen Art unter Verwendung eines schnellen Frequenzsprungverfahrens eine Lösung anzu­ geben, die einen weitgehenden Schutz nicht nur gegen gezielte selektive Störung, sondern auch gegen massive Breitbandstörung bietet, und zwar bei relativ geringem technischen Aufwand.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei Anwendung eines ultraschnellen Frequenzsprungverfah­ rens, bei dem die Signalbursts jeweils nur eine Modu­ lationseinheit des zu übertragenden digitalen Signals aufweisen, wegen der Kürze der hier aufeinander fol­ genden Zeitintervalle zwischen Signalpause und Signalburst, in außerordentlich vorteilhafter Weise die Möglichkeit gegeben ist, ein in einer Signalpause erfaßtes Störsignal dadurch zur Störsignalkompensation zu verwenden, daß es dem nachfolgenden störsignalbe­ hafteten Nutzsignal gegensinnig beigefügt wird. Bei einer pseudozufällig wechselnden Radioträgerfrequenz im Rhythmus von 16 kHz ergeben sich hier Zeitdiffe­ renzen zwischen der Erfassung des Störsignals und dem Auftreten des nachfolgenden störsignalbehafteten Nutz­ signals in der Größenordnung von 80 µsec. Dieser Zeit­ raum ist so gering, daß mit hoher Wahrscheinlichkeit nur sehr geringe Änderungen des Störsignals eines Störers innerhalb dieses Zeitintervalls zu erwarten sind.

Die Übertragungssicherheit läßt sich in Weiterbildung der Erfindung noch dadurch verbessern, daß mit Hilfe einer Mehrfachabtastung des Störsignals in einer Signalpause die Störsignalkompensation verfeinert wird und/oder durch Übertragung des Signals mit erhöhter Redundanz die Signalrückgewinnung sicherer gestaltet wird. Zweckmäßige Ausgestaltungen dieser Weiterbildungen sind in den Patentansprüchen 2 und 3 angegeben.

In der Zeichnung zeigt die der näheren Erläuterung der Erfindung dienende

Fig. 1 das Blockschaltbild der Empfangsseite eines vom Verfahren nach der Erfindung Gebrauch ma­ chenden Funksystems,

Fig. 2 eine spezielle Ausgestaltung der Abtasteinrich­ tung nach Fig. 1,

Fig. 3 nähere die Wirkungsweise des Blockschaltbilds der Empfangsseite des Funksystems nach Fig. 1 erläuternde Zeitdiagramme.

Das Ausführungsbeispiel eines Funksystems zur Durch­ führung des Verfahrens nach der Erfindung zeigt in Fig. 1 lediglich dessen Empfangsseite in Blockbilddar­ stellung. Auf die Darstellung eines Blockschaltbildes der Sendeseite wurde verzichtet, da sie an sich nichts Neues mit sich bringt. Das sendeseitige digitale Signal wird einem Oszillatormodulator zugeführt, der in Abhängigkeit der Wertigkeit einer Modulationseinheit dieses Signals, beispielsweise eines binären Bits, be­ züglich seiner Sollfrequenz um einen vorgegebenen ge­ ringen Frequenzbetrag nach oben oder unten verschoben wird. Dieses frequenzverschobene Signal wird anschlie­ ßend in einem von einem Synthesizer gesteuerten Um­ setzer in die radiofrequente Lage umgesetzt und nach seiner Verstärkung über eine Antenne abgestrahlt. Der von einem Frequenzadressengeber gesteuerte Synthesizer sorgt dafür, daß jeder eine solche Modulationseinheit des zu übertragenden digitalen Signals aufweisende ra­ diofrequente Signalburst eine andere Radioträgerfre­ quenz aufweist. Die Radioträgerfrequenzen werden hier­ bei pseudozufällig in einem relativ breiten Fre­ quenzband erzeugt. Die aufeinander folgenden Signal­ bursts sind voneinander durch Signalpausen getrennt, die für das jeweilige Umschalten von einem Synthe­ sizer zum anderen, d. h. für den Frequenzwechsel benö­ tigt werden.

Die auf der Empfangsseite entsprechend Fig. 1 an der Antenne A ankommenden aufeinander folgenden Signal­ bursts werden gleichzeitig zwei Empfangssignalwegen in Form zweier Empfänger E1 und E2 zugeführt. Jeder Empfänger besteht eingangsseitig aus einem von einem Synthesizer SYN mit einer Umsetzschwingung versehenen Umsetzer US, die wechselweise jeweils jeden zweiten Signalburst in eine vorgegebene Zwischenfrequenzlage umsetzen und einem Zwischenfrequenzverstärker ZV zu­ führen. An den Zwischenfrequenzverstärker ZV schließt sich bei beiden Empfängern E1 und E2 ein Frequenzde­ modulator FD mit nachgeschaltetem Tiefpaßfilter TP an. Der Tiefpaßfilterausgang ist bei beiden Empfängern E1 und E2 mit dem ersten Eingang und über die Hinterein­ anderschaltung einer Abtasteinrichtung ATE und eines Inverters I mit einem zweiten Eingang eines Entschei­ ders ES verbunden. Die Ausgänge der Entscheider beider Empfänger E1 und E2 sind mit den beiden Schaltkontakten eines Umschalters UR verbunden, dessen Umschaltkontakt den Signalausgang darstellt.

Für die Synchronisation der die Synthesizer SYN, die Abtasteinrichtungen ATE, die Entscheider ES und den Umschalter UR steuernden Systemsteuerung SST wird ein Teil des ankommenden Signals im Empfänger E2 hin­ ter dem Zwischenfrequenzverstärker ZV einem Amplitu­ dendemodulator AD zugeführt, dessen Ausgangssignal von einem Abtaster AT pro Signalburst über der Zeit mehrfach abgetastet wird. Der Abtaster AT ist ebenfalls von der Systemsteuerung SST gesteuert. Die Abtaster­ gebnisse des Abtasters AT werden einem Auswerter AW zu­ geführt, der über mehrere Signalbursts hinweg durch Mittelung der jeweils maximalen Abtastwerte die Burst­ signalphase feststellt und das Ergebnis an die System­ steuerung SST abgibt.

Die Abtasteinrichtungen ATE werden über die Systemsteue­ rung SST so gesteuert, daß sie jweils im Zeitpunkt der einem im Frequenzdemodulator FD demodulierten Signal­ burst vorausgehenden Signalpause eine evtl. vorhandene Signalstörung abtasten und diesen Störsignalwert über den Inverter I dem Entscheider ES am zweiten Eingang zuführen. Der Entscheider stellt zum Ende des Auftre­ tens eines demodulierten Signalbursts fest, ob das Sum­ mensignal am Ausgang des Inverters I und dem Ausgang des Tiefpasses TP eine vorgegebene Entscheiderschwelle über- oder unterschreitet und gibt in Abhängigkeit dieses Ergebnisses eine binäre "1" oder eine binäre "0" über den Umschalter UR an den Signalausgang ab.

Die Entscheidersicherheit der Entscheider ES kann da­ durch noch im Hinblick auf das ausgangsseitige digita­ le Signal verbessert werden, daß sendeseitig der Signalburstinhalt drei- oder mehrfach in aufeinander folgenden Signalbursts wiederholt wird. In diesem Fall ist, wie in Fig. 1 in unterbrochen gezeichneter Linie angegeben, dem Ausgang des Umschalters UR ein Majori­ tätsbewerter MB nachgeschaltet, der die sich wiederho­ lenden Bits gemeinsam überprüft, über eine Mehrheits­ entscheidung die Wertigkeit dieser Bits feststellt und den so ermittelten Binärwert an seinem Ausgang anzeigt.

Der bei der Abtastung eines Störsignals in der einem demodulierten Signalburst voraus gehenden Signalpause ermittelte Wert ist natürlich streng genommen nicht der Wert des Störsignals, der dem nachfolgenden de­ modulierten Signalburst überlagert ist. Wie schon bereits ausgeführt worden ist, kann von einer Gleich­ setzung der Störsignalwerte ausgegangen werden, wenn die Zeitdifferenz zwischen der Abtastung des Stör­ signalwertes und dem Auftreten des demodulierten Signalbursts sehr klein, beispielsweise in der Größenordnung von 80 µsec ist. Ist diese Zeitdiffe­ renz größer, oder aber muß mit einer sehr schnellen Änderung des Störsignals über der Zeit gerechnet werden, dann kann die gewünschte Störsignalkompen­ sation mit der in Fig. 2 angegebenen Abtasteinheit ATE noch erheblich verfeinert werden. Die Abtasteinheit ATE nach Fig. 2 besteht eingangsseitig aus einem Mehrfachabtaster MAT, einem diesem nachgeschalteten Prediktor PK, die beide mittelbar von der System­ steuerung über eine Ablaufsteuerung AST gesteuert werden. Die Mehrfachabtastung eines gegebenenfalls vorhandenen Störsignals in der dem demodulierten Signalburst vorausgehenden Signalpause gibt die Möglichkeit, die zeitliche Änderungstendenz des Störsignals zu erfassen und hieraus im Prediktor PK einen Signalstörwert zu errechnen, der dann im Zeit­ punkt des Auftretens des demodulierten Signalbursts diesem gegensinnig hinzugefügt wird.

Die Zeitdiagramme nach Fig. 3 zeigen über der Zeit t von oben nach unten das an der Antenne A nach Fig. 1 ankommende Burstsignal Sig sowie den zeitlichen Ablauf der Signalverarbeitung in den Empfängern E1 und E2. Das Burstsignal Sig zeigt die aufeinander folgenden Signalbursts mit den Radioträgerfrequenzen F1, F2, F3 und F4. Unter der Voraussetzung, daß das sendeseitige digitale Signal ein binäres Signal ist und jedem Signalburst eine der beiden Wertigkeiten eines Bits in Form einer Frequenzverschiebung der ge­ nannten Art aufgeprägt ist, sind die Radioträgerfre­ quenzen der aufeinander folgenden Signalbursts F1, F2, F3 und F4 jeweils geringfügig gegen eine Radioträger­ sollfrequenz nach oben oder unten verschoben. Die Länge eines Signalbursts ist mit B bezeichnet und die zwischen zwei aufeinander folgenden Signalbursts vorhandene Signalpause mit BP.

Die Empfänger E1 und E2 empfangen wechselseitig jeweils nur jeden zweiten Signalburst. Im Zeitintervall t10 bis t11 führt der Empfänger E1 einen Nutzsignalempfang NE durch, während der Empfänger E2 gerade noch dabei ist, seinen Synthesizer für den Empfang des auf den Signalburst mit der Radioträgerfrequenz F1 folgenden Signalburst mit der Radioträgerfrequenz F2 abzustimmen. In der Signalpause zwischen den beiden Signalbursts mit den Radioträgerfrequenzen F1 und F2 beginnt der Empfän­ ger E1 mit der Umstimmung U : F1 → F3 im Zeitintervall t11 bis t20 seines Synthesizers für den Empfang des nachfolgenden Signalbursts mit der Radioträgerfrequenz F3. Dieser Umstimmvorgang hält an bis zum Ende des Signalbursts mit der Radioträgerfrequenz F2 im Zeit­ punkt t21. Der Empfänger E2 führt in der Signalpause BP zwischen den Signalbursts mit den Radioträgerfre­ quenzen F1 und F2 im Zeitintervall t11 bis t20 einen Störsignalempfang STE und im Anschluß daran im Zeit­ intervall t20 bis t21, in dem der Signalburst mit der Radioträgerfrequenz F2 auftritt, einen Nutzsignal­ empfang NE durch. Im Zeitintervall t21 bis t30 führt der Empfänger E1 einen Störsignalempfang STE und im Zeitin­ terfall t30 bis t31 einen Nutzsignalempfang NE durch.

Über beide Zeitintervalle hinweg hat der Empfänger E2 Zeit, sich vom Empfang der Radioträgerfrequenz F2 auf den Empfang der Radioträgerfrequenz F4 umzustimmen. Im Zeitinter­ vall t31 bis t40 führt der Empfänger E2 dann wiederum einen Störsignalempfang STE und im darauffolgenden Zeitintervall t40 bis t41 einen Nutzsignalempfang NE durch. Über beide Zeitintervalle hinweg hat der Empfänger E1 wiederum Zeit, sich vom Empfang der Radiofrequenz F3 auf den Empfang der Radiofrequenz F5 umzustellen.

Funksystemen, die einen störresistenten Betrieb sowohl bei gezielter selektiver Störung als auch bei massiver Breitbandstörung durchführen können, kommt in zuneh­ mendem Maße bei mobilen Funksystemen im taktischen Einsatz Bedeutung zu. Hierbei macht es keinen Unter­ schied, ob es sich um Funkverbindungen handelt, die zwischen Bodenstationen, Boden-Luftstationen oder Luft­ stationen durchzuführen sind.

Liste der in den Figuren der Zeichnung verwendeten Bezugszeichen

E1 Empfänger 1
E2 Empfänger 2
Sig Burstsignal
A Antenne
US Umsetzer
SYN Synthesizer
ZV Zwischenfrequenzverstärker
TP Tiefpaß
ES Entscheider
ATE Abtasteinrichtung
I Inverter
FD Frequenzmodulator
AD Amplitudendemodulator
AT Abtaster
AW Auswerter
UR Umschalter
MB Majoritätsbewerter
SST Systemsteuerung
MAT Mehrfachabtaster
PK Prediktor
AST Ablaufsteuerung
B Länge eines Signalburst
BP Signalburstpause
NE Nutzsignalempfang
STE Störsignalempfang
U Umstimmung
F_i Radioträgerfrequenz
t_ii Zeitpunkt

Claims (3)

1. Verfahren zur störresistenten Übertragung digitaler Signale über Funk, beispielsweise Ultrakurzwellenfunk,bei dem die gegebenenfalls verschlüsselten und/oder mit einer Fehlersicherung versehenen digitalen Signale im Burst­ betrieb unter Anwendung eines schnellen pseudozufäl­ ligen Springens der Radioträgerfrequenz in einem größe­ ren Frequenzbereich (Frequenzsprungverfahren) von einer sendenden zu wenigstens einer empfangenden Funkstation übertragen werden, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zu übertragenden digitalen Signale auf der sendenden Funkstation den Sender in Form einer FEK (Frequency Exchange Keying) modulieren, bei der die Sendefrequenz in Abhängigkeit des Wertes einer Modulationseinheit des digitalen Signals, bezogen auf eine Sollfrequenz in vorgegebenen Schritten hiergegen nach oben oder unten verschoben wird und dabei zur Durchführung eines ultraschnellen Frequenzspringens vorzugsweise jedem lediglich einen digitalen Signalwert aufweisenden radiofrequenten Signalburst eine andere Radiofrequenz zugeordnet wird, daß ferner die radiofrequenten, empfangsseitig ankommenden Signalbursts in ihrer zeitlichen Aufein­ anderfolge über eine gemeinsame Antenne hinweg wechsel­ weise in zwei Signalempfangswegen in eine Zwischenfre­ quenzlage umgesetzt, demoduliert, regeneriert und im Anschluß hieran wiederum zum ursprünglichen digi­ talen Signal vereinigt werden und daß im Zuge der Regenerierung jedes digitalen Signalwertes eines demodulierten Signalbursts der Wert eines gegebenen­ falls vorhandenen ihn verfälschenden Störsignals in der dem demodulierten Signalburst vorausgehenden Signalpause ermittelt und im Sinne einer Kompensation des Störsignals dem nachfolgenden demodulierten mit dem Störsignal behafteten Signalburst invertiert hinzugefügt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß empfangsseitig das gegebenenfalls vorhandene Störsignal in der einem demodulierten Signalburst vorausgehenden Signalpause nacheinander mehrfach abgetastet und aus dieser Folge von Abtastwerten des Störsignals über die hierdurch erkennbare zeitliche Änderungstendenz des Störsignals derjenige Signalstörwert ermittelt wird, der mit hoher Wahrscheinlichkeit im Zeitpunkt des Auftretens des nachfolgenden demodulierten Signalbursts vorhanden ist und daß dieser so ermittelte Signalstörwert zur Störsignalkompensation herangezogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wert einer Modulationseinheit des digitalen Signals drei- und mehrfach durch eine entsprechende Zahl von aufeinander folgenden Signalbursts von der Sende- zur Empfangsseite übertragen wird und daß empfangsseitig im Anschluß an die Wiedervereinigung der demodulierten Signal­ bursts diese Signalredundanz des digitalen Signals durch eine Majoritätsbewertung wiederholter Signal­ teile beseitigt wird.