DE3539494A1 - Funkuebertragungsanordnung fuer datensignale - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, daß die Datenübertragung über Funkkanäle, insbesondere über Mobilfunkkanäle, durch Fading infolge von Mehrwegeinterferenzen erheblich gestört werden kann, da derartige Interferenzen zu einer Auslöschung des empfangenen Funksignals führen können. Zur Unterdrückung dieser Störungen werden, wie z. B. in W. C. Jakes "Microwave Mobile Communications", John Wiley + Sons, 1974 beschrieben, die Diversity-Verfahren Ortsdiversity, Polarisationsdiversity, Winkeldiversity, Frequenzdiversity und Zeitdiversity benutzt, wobei die Empfangsleistung der einzelnen Diversitypfade evtl. gewichtet summiert wird, oder aber der Pfad mit der größten Empfangsleistung ausgewählt wird. Nachteilig an den bekannten Diversity-Verfahren, insbesondere für mobile Anwendungen, ist die Notwendigkeit, mehrere Antennen (bei Ortsdiversity) oder mehrere Sender (bei Frequenzdiversity) benutzen zu müssen, sowie die Störung des Empfangssignals beim Umschalten zwischen mehreren Übertragungspfaden.

Es ist ferner bekannt, zur Verschleierung von Funkübertragungen ständig zwischen wechselnden Frequenzen umzuschalten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die einen Schutz des Übertragungskanals gegen Mehrwegeausbreitungsstörungen, unter Benutzung von nur einem (frequenzumschaltbaren) Sender, einer Sendeantenne, einer Empfangsantenne und einem (mehrkanaligen) Empfänger, ermöglicht.

Die Erfindung ist im Anspruch 1 gekennzeichnet. Die weiteren Ansprüche beinhalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Die Erfindung wird im folgenden näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung der Sendeseite für die erfindungsgemäße Übertragungsanordnung, Fig. 2 das dazugehörige Zeitdiagramm. Bei dieser Ausgestaltung wird von zwei Trägerfrequenzen Gebrauch gemacht. Die auszusendenden Datensignale DAT werden im Flipflop FF 1 um eine halbe Taktperiode des Sendetaktes CLS verzögert zur Datenfolge DATS und modulieren den Modulationsoszillator OSZ mit einer Winkelmodulation, z. B. durch Frequenzumtastung (FSK). Der Sendetakt CLS wird im Flipflop FF 2 geteilt und ergibt den Frequenzwechseltakt HCL, der die Umschaltung zwischen zwei Trägerfrequenzen f′ ₁ und f′ ₂ bewirkt (symbolisch durch die Schalter S dargestellt). Der Frequenzabstand f′ ₁-f′ ₂ wird so groß gewählt, daß Fadingeinbrüche auf dem Übertragungsweg auf den beiden Sendefrequenzen unkorreliert erfolgen.

Die Trägerfrequenzen f′ ₁ bzw. f′ ₂ werden mit dem Ausgangssignal des Modulationsoszillators OSZ gemischt in Mischern M und erforderlichenfalls mit Hilfe eines Kanaloszillators mit der Frequenz f _k in die Sendefrequenzlage umgesetzt. Das Sendesignal wird im Sendeverstärker SV verstärkt und über die Sendeantenne ANT abgestrahlt. Dabei werden alternierend jeweils zwei halbe Bits der Sendedaten auf der Frequenz f ₁ abgestrahlt (DAT 1), danach jeweils die folgenden zwei halben Bits auf der Frequenz f ₂ (DAT 2). Ein auf die Frequenz f ₁ abgestimmter Empfänger empfängt somit den Frequenzwechseltakt als Amplitudenmodulationsanteil und die Daten als Winkelmodulationsanteil, letztere für die Hälfte der Zeit und mit der doppelten Bitrate, vgl. DAT 1 in Fig. 2. Entsprechendes gilt für einen auf die Frequenz f ₂ abgestimmten Empfänger. Zu den in Fig. 2 schraffierten Zeitabschnitten findet auf f ₁ bzw. f ₂ keine Übertragung statt; ein Winkeldemodulator liefert für diesen Zeitabschnitt Rauschen.

Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung der Empfängerseite für die erfindungsgemäße Übertragungsanordnung, Fig. 4 das zugehörige Zeitdiagramm. Das Empfangssignal wird über die Antenne ANT empfangen und enthält abwechselnd die Datensignale DAT 1 auf der Trägerfrequenz f ₁ und DAT 2 auf f ₂ wie beschrieben. Nach einer (optionalen) HF- Vorverstärkung und einer gemeinsamen Abmischung auf zwei erste Zwischenfrequenzen f″ ₁ und f″ ₂ mit Hilfe des ersten Empfangsoszillators LO 1 erfolgt die Aufspaltung des Signalpfades in zwei Kanäle für die Datensignale DAT 1 und DAT 2. Durch die parallelen ZF-Züge ist es möglich, zwischen den Kanälen umzuschalten, ohne die Datenübertragung zu stören und zur Übertragung laufend den Kanal mit dem momentan größeren Pegel zu benutzen. Hierdurch wird vermieden, daß die Bitfehlerrate durch das Umschalten zwischen den beiden Kanälen oder Verharren auf dem Kanal mit geringerem Pegel ansteigt.

Alternativ ist die Übertragungsanordnung auch mit einem einzigen ZF-Zug realisierbar, wobei die Kanalumschaltung dann in der ZF-Lage durch Umschalten der Frequenz, z. B. des zweiten Empfängeroszillators, bei Unterschreiten einer Pegelschwelle in der ZF erfolgt.

Mit Hilfe der beiden zweiten Empfangsoszillatoren LO 21, LO 22 erfolgt die Abmischung der beiden Kanäle auf die zweite Zwischenfrequenz. Hinter der Hauptselektion mit den Filtern FI 3 und FI 4 werden die Signale in logarithmischen ZF-Verstärkern ZFV 1, ZFV 2 verstärkt. Ihre begrenzten ZF-Ausgangssignale ZF 1, ZF 2 werden in einem FSK-Demodulator demoduliert, ihre Videoausgangssignale Vid. 1, Vid. 2 sind Signale, deren Frequenz der Frequenzwechseltakt HCL und deren Amplitude jeweils proportional zum Pegel der Trägerfrequenzen f ₁ bzw. f ₂ ist. Durch phasenrichtige Summation der Signale Vid. 1, Vid. 2, Bandpaßfilterung und Digitalisierung in einer Komparatorschaltung KOMP 1 wird der Frequenzwechseltakt HCL extrahiert. Durch Spitzenwertgleichrichtung von Vid. 1 und Vid. 2, Differenzbildung und Digitalisierung in einem zweiten Komparator KOMP 2 wird ein Signal gebildet, das angibt, in welchem der beiden Übertragungskanäle momentan der größere Empfangspegel vorhanden ist; dieses Signal wird über ein Flipflop FF 3 mit dem Takt HCLR als Daten-gültig-Signal DAV ausgetaktet. Das Signal DAV gibt an, aus welchem der beiden Kanäle die Daten zu übernehmen sind und steuert entsprechend den Diversity-Umschalter Div. Der Übernahmetakt HCLR ist der invertierte regenerierte Frequenzwechseltakt, also so gebildet, daß eine Umschaltung von Kanal 2 auf Kanal 1 flankensynchron zu Beginn der Übertragung in Kanal 1 und eine Umschaltung von Kanal 1 auf Kanal 2 flankensynchron zu Beginn der Übertragung in Kanal 2 erfolgt; hierdurch werden Übertragungsfehler durch das Umschalten unterbunden.

Die Takterzeugungsschaltung "Takt" regeneriert den empfangenen Frequenzwechseltakt HCL mit einer Phasenregelschleife und bildet daraus den Übernahmetakt HCLR, die Bittaktfrequenz CLE, die doppelte Taktfrequenz 2CL sowie mit Hilfe von DAV den Abtasttakt RCL, mit dem die Daten DATD vom Diversityumschalter Div. in Flipflop FF 4 abgetastet werden. Der Abtasttakt RCL ist gebildet nach der Vorschrift RCL = (HCL DAV) ∧ 2CL. Damit wird berücksichtigt, daß die Daten DATD je nach Stellung des Diversityschalters Div. aus wechselnden Kanälen stammen, also zu unterschiedlichen Zeitpunkten anliegen und daß während der Hälfte der Zeit Rauschen anliegt, vgl. DAT 1 und DAT 2 in Fig. 4. Das Ausgangssignal DATR von Flipflop FF 4 weist noch Phasenverschiebungen in den Flanken auf. Ein weiteres Flipflop FF 5 regeneriert die Daten DATR mit dem regenerierten Datentakt CLE und liefert sie als Empfangsdaten DATE zum Ausgang.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung werden der Frequenzwechseltakt und der Pegel in jedem Empfangszug statt mit einem logarithmischen Verstärker mit einem Hüllkurvendetektor ermittelt.

Anstelle der Umschaltung auf den Empfangszug mit dem jeweils höchsten Pegel kann das Empfangssignal auch durch Kombination der Ausgangssignale der Demodulatoren der einzelnen Empfangszüge in der NF-Signallage gewonnen werden, wobei die Kombination durch Summation der mit dem Empfangspegel in den Empfangszügen gewichteten Ausgangssignale erfolgt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Datensignale in Blöcke von jeweils n Bits eingeteilt. Jeder Block wird nacheinander auf mehreren verschiedenen Frequenzen ausgesendet, bevor der nächste Block von n Bits gesendet wird.

Claims (12)

1. Funkübertragungsanordnung für Datensignale, welche auf wechselnden Frequenzen ausgestrahlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß senderseitig zu jedem Zeitpunkt nur ein Träger von wechselnder Frequenz ausgesendet wird, daß der Frequenzwechseltakt zum Bittakt der zu übertragenden Datensignale synchron und in einem rationalen Verhältnis zu diesem gewählt ist, und daß empfangsseitig der Bittakt aus dem Frequenzwechseltakt abgeleitet wird.

2. Funkübertragungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hochfrequente Träger mit den Datensignalen winkelmoduliert wird.

3. Funkübertragungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß von zwei wechselnden Frequenzen f ₁ und f ₂ Gebrauch gemacht ist, und daß jeweils eine Hälfte eines Datenbits auf der Frequenz f ₁ und die andere Hälfte auf der Frequenz f ₂ ausgesendet wird.

4. Funkübertragungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzwechseltakt gleich der halben Bitrate ist.

5. Funkübertragungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Block von n Bits jeweils nacheinander auf mehreren verschiedenen Frequenzen ausgesendet wird, bevor ein nächster Block von n Bits ausgesendet wird.

6. Funkübertragungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß empfangsseitig für jede benutzte Frequenz ein eigener Empfangszug vorgesehen ist, wobei die Aufspaltung in die Empfangspfade vor der Hauptselektion in der HF- oder der ZF-Lage erfolgt.

7. Funkübertragungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Empfänger das Empfangssignal durch Kombination der Ausgangssignale der Demodulatoren der einzelnen Empfangszüge in der NF-Signallage gewonnen wird, wobei die Kombination durch Summation der mit dem Empfangspegel in den Empfangszügen gewichteten Ausgangssignale erfolgt.

8. Funkübertragungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Empfänger das Empfangssignal durch Umschalten auf den Empfangszug mit dem höchsten Pegel in der NF- oder Digitalsignallage gewonnen wird.

9. Funkübertragungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung zwischen den Empfangszügen bittaktsynchron erfolgt.

10. Funkübertragungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzwechseltakt und der Pegel in jedem Empfangszug durch einen Hüllkurvendetektor ermittelt wird.

11. Funkübertragungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzwechseltakt und der Pegel in jedem Empfangszug durch einen logarithmischen ZF-Verstärker ermittelt werden.

12. Funkübertragungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der logarithmische ZF-Verstärker zugleich als Begrenzerverstärker für die mit Winkelmodulation übertragenen Datensignale benutzt wird.