DE4326434C1 - System zum Aufbau einer Kurzwellenverbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem System zum Aufbau einer Kurzwellenverbindung laut Oberbegriff des Hauptanspruches.

Kurzwellen-Funksysteme dieser Art sind bekannt (DE-AS 15 91 458). Bei ihrem Einsatz als Weitverkehrs­ verbindungen besteht das größte Problem im Aufbau der Verbindung. Wenn zwei Funkstationen eines Kurzwel­ len-Funknetzes konkret vereinbart haben, zu welchem Zeitpunkt und auf welcher Frequenz sie in Verbindung treten wollen, ist dies relativ leicht, da dann beide Stationen zu diesem Zeitpunkt andere Verbindungen unter­ brechen, ihre Empfänger auf die vereinbarte Frequenz abstimmen und ihre Sende- und Empfangs-Richtantennen aufeinander ausrichten können. Wenn jedoch eine Funk­ station eine andere anrufen will, die von diesem Anruf nichts weiß, ist ein Verbindungsaufbau sehr schwierig. Die Empfangs-Richtantenne der gerufenen Station wird wahrscheinlich in eine andere Richtung gedreht sein und möglicherweise wird die gerufene Station gerade selbst senden und so den Anruf überhören. Es kann auch vorkommen, daß zwei Stationen gleichzeitig und ohne Kenntnis von­ einander versuchen, eine dritte Station anzurufen, so daß sich bei der angerufenen Station beide Anrufe überlagern und gegenseitig stören. Bei den bisher bekannten Kurzwellen-Verbindungssystemen kann deshalb der Aufbau einer Verbindung oftmals sehr lange dauern und die Zeit eines Verbindungsaufbaus ist nicht kalku­ lierbar.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein System zum Aufbau von Kurzwellenverbindungen zu schaffen, das auch ohne individuelle vorherige Zeitvereinbarung zwischen zwei Stationen einen schnellen und sicheren Verbindungs­ aufbau ermöglicht.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem System laut Ober­ begriff des Hauptanspruches durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Beim erfindungsgemäßen System sind alle Stationen stets empfangsbereit, und zwar mit Empfangs-Richtantennen, die einen großen Signal/Störabstand und einen hohen Gewinn gewährleisten. Damit kann jederzeit auch eine Kurzwellen­ verbindung mit einer Funkstation aufgebaut werden, die im Moment vom Wunsch einer anderen Station nach Verbin­ dungsaufbau keine Kenntnis hat. Dies ist in kürzester Zeit und infolge der Richtwirkung der Empfangsantennen auch sehr sicher durchführbar, indem jede Station das Richtdiagramm ihrer Empfangsantenne in einem allen anderen Stationen bekannten Ablaufschema über den Azimut rotieren läßt, so daß jede Station aus der Kenntnis ihrer eigenen geographischen Position und der Position der anzurufenden Station den Großkreis auf der Erdkugel bestimmen kann, der beide Stationen passiert, aufgrund der Kenntnis des Ablaufschemas, nach dem die anzurufende Station ihre Antenne in verschiedene Richtungen richtet, den Zeitpunkt ermittelt, zu dem die Empfangsantenne auf die rufende Station gerichtet sein wird, und zu diesem Zeitpunkt ihren Anruf sendet. In diesem Moment wird die Richtwirkung der Empfangsantenne der angerufenen Station den Empfangs­ pegel dieses Anrufes verstärken, während sie die Pegel von Sendungen aus anderen Richtungen bedämpft. Durch den so gewonnenen höheren Störabstand können Kurzwellen­ verbindungen über große Entfernungen schnell und sicher aufgebaut und anschließend zum Kommunikationsaustausch zwischen den Stationen betrieben werden.

Nach Aufbau einer Verbindung kann der eigentliche Kommu­ nikationsbetrieb über übliche Sende- und Empfangs-Richt­ antennen durchgeführt werden, indem jede Station sowohl ihre Sende- als auch Empfangs-Richtantenne, beispielsweise breitbandige logarithmisch periodische Antennen, jeweils auf die Gegenstation (vorbestimmter Azimutwinkel gegenüber Nord) ausrichtet. Eine solche zusätzliche breitbandige Empfangs-Richtantenne für den Kommunikationsbetrieb kann jedoch auch gegebenenfalls gespart werden, wenn für den Kommunikationsbetrieb gleichzeitig auch die Empfangsan­ tenne benutzt wird, die mit winkelsynchron rotierendem Richtdiagramm für den Verbindungsaufbau benutzt wird, in diesem Fall ist es nur nötig, während des Kommunika­ tionsbetriebes die Rotation des Richtdiagramms zu unter­ brechen und das Richtdiagramm stationär auf den Azimut­ winkel der Gegenstation auszurichten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Kurzwellen-Funknetz bestehend aus drei Sende-Empfangs-Stationen A, B und C, die einige hundert oder tausend Kilometer voneinander entfernt aufgestellt sind, solche meist über Telegraphie miteinander kommuni­ zierenden Kurzwellen-Funknetze bestehen meist aus einer Vielzahl von Einzelstationen, im Ausführungsbeispiel sind der Übersichtlichkeit halber nur drei Stationen gezeigt. Jede einzelne Sende-Empfangs-Station A, B und C besitzt einen Aufbau nach Fig. 2, d. h. sie besteht aus einem Kurzwellensender 1, der mit einer Sendeantenne S, beispielsweise einer logarithmisch periodischen Sende­ antenne, verbunden ist und über ein Steuergerät 2 ge­ steuert ist. Jede Station besitzt außerdem einen Kurz­ wellenempfänger 3, der mit einer Empfangsantenne E ver­ bunden ist und der ebenfalls über das Steuergerät 2 gesteuert ist. Die Empfangsantenne E besteht aus einer Gruppe von vorzugsweise aktiven Einzelantennen 4, die mit einem Netzwerk 5 verbunden sind, durch das auf elektronischem Wege in bekannter Weise ein drehbares Richtempfangsdiagramm R erzeugbar ist. Solche Empfangs­ antennen mit elektronisch rotierbarem Richtdiagramm sind beispielsweise beschrieben in Rudolf Grabau: "Funküber­ wachung und elektronische Kampfführung", Franckh′sche Verlagshandlung, Stuttgart 1986, Seite 160 ff.

Die Rotation des Richtempfangsdiagrammes R längs der Pfeile 6 erfolgt wiederum gesteuert über das Steuergerät 2. Die Richtdiagramme R aller Stationen A, B und C rotieren winkelsynchron, d. h. sie sind zu jedem Zeitpunkt um den gleichen Winkel gegenüber Nord N gleich ausge­ richtet. Die winkelsynchrone Rotation der Richtempfangs­ diagramme erfolgt über die Uhrzeit, dazu ist in jeder Station zusätzlich noch ein Zeitzeichenempfänger 7 vorge­ sehen, der vorzugsweise ebenfalls über die Empfangsantenne E die Signale eines Zeitzeichensenders empfängt, daraus wird im Steuergerät 2 die genaue Uhrzeit abgeleitet und davon dann die winkelsynchrone Rotation durch entspre­ chende Steuerung des Netzwerkes 5 der Empfangsantenne E.

Dem Steuergerät 2 ist noch ein elektronischer Speicher 8 zugeordnet, in welchem die geographischen Ortskoordina­ ten aller Stationen A, B und C gespeichert sind, aus denen dann in dem Steuergerät 2 der jeweilige Azimutwinkel gegenüber N bestimmt wird, unter dem die eigene Station die andere Station sieht. Aus diesen im Speicher 8 gespeicherten Daten kann beispielsweise die Station A den Azimutwinkel β_A berechnen, unter dem die Station B anzurufen ist, ebenso den Winkel γ_A, unter welchem die Station C anzurufen ist. In gleicher Weise kennt die Station C die Azimutwinkel α_C und β_C unter denen die Stationen A bzw. B anzurufen sind. In dem Speicher 8 sind neben diesen Ortskoordinaten bzw. diesen berech­ neten Azimutwinkeln auch noch andere Daten abgespeichert, die für einen Verbindungsaufbau zwischen den einzelnen Stationen nötig sind, beispielsweise die Anruffrequenzen bzw. Frequenzkanäle, die je nach Ortszeit und Entfernung für einen Verbindungsaufbau am geeignetsten sind, ferner die Rufzeichen der verschiedenen Stationen, die Zeiten, die für eine bestimmte Station für einen Anruf am günstigsten sind und dergleichen.

Will beispielsweise die Station A eine Verbindung mit der Station B aufbauen, so dreht sie ihre eigene Sende­ antenne S um den Winkel β_A in Richtung Station B. Aus dem Azimutwinkel β_A und der Rotation des eigenen Richt­ empfangsdiagramms R weiß die Station A außerdem, daß das Richtempfangsdiagramm R der Station B dann genau in Richtung der rufenden Station A ausgerichtet ist, wenn die Rotation den Winkel β_A + 180°, also den Winkel α_B aus der Sicht der Station B erreicht. In diesem Zeit­ punkt wird gesteuert über das Steuergerät 2 das Rufsignal über den Sender 1 der Station A und die Richtantenne S zur Station B ausgestrahlt und diese empfängt mit hohem Gewinn über die genau nach A ausgerichtete Richtempfangs­ antenne E das Rufsignal. Damit ist dann die Verbindung aufgebaut.

Der anschließende Kommunikationsbetrieb zwischen den beiden Stationen A und B kann dann in üblicher Weise über breitbandige Richtantennen erfolgen, indem die beiden Stationen sowohl ihre Sende- als auch Empfangs-Richtan­ tenne entsprechend ausrichten. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dafür unmittelbar die Richtwirkung der Empfangsantenne E auszunutzen. Dazu ist es nur erforder­ lich, die Zeit gemäß Fig. 3 in eine Anrufphase und in eine anschließende Kommunikationsphase zu unterteilen. In der Anrufphase unterbrechen alle Stationen ihre even­ tuell momentane Sendetätigkeit und nur noch die rufende Station sendet über die in Richtung gerufene Station gedrehte Sendeantenne S das Rufsignal. Die Richtdiagramme R der Empfangsantennen E aller Stationen rotieren während der Anrufphase wie beschrieben winkelsynchron. Ist dann wie beschrieben eine Verbindung aufgebaut, so kann in der anschließenden Kommunikationsphase das Richtempfangs­ diagramm R der beiden zu kommunizierenden Stationen gesteuert über das Steuergerät 2 und das Netzwerk 5 jeweils stationär auf den jeweiligen Azimutwinkel der Gegenstation eingestellt werden, die Kommunikation zwischen den Stationen kann dann über die stationäre Richtwirkung der Empfangsantenne E durchgeführt werden, bis anschließend wieder kurz die Kommunikation unter­ brochen und eine neue kurze Anrufphase für alle Stationen wirksam wird. Dieses Prinzip ist insbesondere für Funk­ netze geeignet, die Nachrichten in Form von Datenpaketen austauschen.

Für den Verbindungsaufbau ist nicht unbedingt eine kon­ tinuierliche winkelsynchrone Rotation des Richtdiagrammes erforderlich, über das Netzwerk 5 kann gesteuert über das Steuergerät 2 das Richtdiagramm R der Empfangsantenne auch sprunghaft gedreht werden, wie dies für die Anruf­ phase in Fig. 3 für die Azimutwinkel 0°, 90°, 180° und 270° angedeutet ist. Diese sprunghafte Diagrammrotation mit 90°-Schritten ist besonders schnell und dann anwend­ bar, wenn die Breite des Richtdiagramms R entsprechend groß gewählt wird, damit auch Zwischenwerte mit ausrei­ chendem Gewinn empfangen werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Richtdiagramm im Raster der jeweiligen Azimutwinkel der anderen Stationen springen und die dazwischenliegenden Winkelbereiche überspringen zu lassen. Dadurch kann bei gleichen Zeiträumen für den Anruf von jeder anderen Station die Anrufphase und damit die Wartezeit bis zum nächstmöglichen Anruf verkürzt werden.

Diese sprunghafte Diagrammrotation mit kurzen stillste­ henden Diagrammen ist nicht nur zum Verbindungsaufbau geeignet, sondern wäre auch unmittelbar geeignet zur Nachrichtenübertragung, insbesondere zur Übertragung von Nachrichten, die in Form von kurzen Datenpaketen ausgetauscht werden. In diesem Fall werden also die schrittweise rotierenden Richtantennen unmittelbar zur Nachrichtenübertragung ausgenutzt, was besonders dann von Vorteil ist, wenn nicht nur das Diagramm der Emp­ fangsantennen elektronisch steuerbar ist, sondern auch die Sendeantennen mit elektronisch steuerbaren Richt­ diagrammen ausgestattet sind.

Kurzwellenverbindungen arbeiten meist nicht nur mit einer einzigen Frequenz, meist stehen für eine Verbindung mehrere auf unterschiedlichen Frequenzen arbeitende Funkkanäle zur Verfügung. In diesem Fall muß die rufende Station in der Anrufphase für jede einzelne Winkelstellung ihrer Empfangsantenne zwischen allen für den Anruf ver­ einbarten Kanälen senden, und zwar nach einem Schema, das allen Stationen bekannt ist, wobei zwischen bestimmten Stationen Funkkanäle in Frequenzbereichen vereinbart sein können, die aufgrund geographischer und ausbrei­ tungsbedingter Verhältnisse eine besonders gute Verbindung erwarten lassen.

Eine weitere Verbesserung der Kommunikation ergibt sich, wenn die Sendeantenne S ebenfalls aus einer Antennengruppe mit einem elektronisch steuerbaren Richtnetzwerk gebildet ist. Denn mit solch einer Sendeantenne läßt sich auch die Senderichtung sehr schnell umschalten und damit die Zeit bis zur Antwort auf einen Anruf verkürzen.

Claims (8)

1. System zum Aufbau einer Kurzwellenverbindung zwischen zwei Sende-Empfangs-Stationen (A, B, C) eines Funk­ netzes mit mehreren an bekannten Orten stationierten Sende-Empfangs-Stationen, bei dem der Sender (1) der eine Verbindung wünschenden Station (z. B. A) einen Ruf sendet, bis diesen der Empfänger (3) der gerufenen Station (z. B. B) empfängt, dadurch gekenn­ kennzeichnet, daß die Empfangsantennen der Stationen (A, B, C) Richtantennen (E) sind, deren Richtempfangsdiagramme (R) winkelsynchron rotieren, in jeder Station (A, B, C) ein Speicher (8) vorgesehen ist, in dem das Ablaufschema der Rotation und die Azimutwinkel (α, β, γ) zu den anderen Stationen gespeichert sind und die rufende Station ihren Ruf nur dann aussendet, wenn das rotierende Richtempfangs­ diagramm (R) der angerufenen Station auf die rufende Station ausgerichtet ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die rufende Station (z. B. A) ihren Ruf mit einer auf die gerufene Station (z. B. B) ausgerichteten Richtantenne (S) sendet.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nach Aufbau der Verbindung die Kommunikation zwischen den Stationen mittels auf­ einander ausgerichteten Richtempfangs- und Richt­ sende-Antennen erfolgt.

4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtempfangsdiagramme (R) der Empfangsantennen (E) nur während einer vorbestimmten Anrufphase winkel­ synchron rotieren und nach Aufbau der Verbindung während einer anschließenden Kommunikationsphase das Richtempfangsdiagramm (R) der Empfangsantennen (E) jeweils auf die Gegenstation stationär ausgerichtet bleibt.

5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtempfangs­ diagramme (R) der Empfangsantennen (E) zwischen vor­ bestimmten Winkelwerten sprunghaft umgeschaltet werden.

6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsan­ tennen (E) aus in einem Richtantennen-Netzwerk zusam­ mengeschalteten aktiven Einzelantennen bestehen und das Richtempfangsdiagramm (R) durch elektronische Steuerung des Richtantennennetzwerkes drehbar ist.

7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Speicher (8) jeder Station zusätzlich auch noch die Daten zur Bestimmung des optimalen Zeitpunktes für einen Anruf der anderen Stationen gespeichert sind.

8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Speicher (8) die geographischen Ortskoordinaten aller Stationen gespeichert sind und daraus der jeweilige Azimutwinkel berechnet wird.