DE69027830T2

DE69027830T2 - Synchronisation des Netzwerkzugangs in einem Frequenzsprungkommunikationssystem

Info

Publication number: DE69027830T2
Application number: DE69027830T
Authority: DE
Inventors: Kheim V Cai; Roger J O'conner
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: DirecTV Group Inc
Priority date: 1989-10-16
Filing date: 1990-10-16
Publication date: 1996-11-28
Anticipated expiration: 2010-10-17
Also published as: EP0423715A3; EP0423715B1; DE69027830D1; EP0423715A2; IL95819A; US5121408A; IL95819A0

Description

Die Erfindung betrifft einen Frequenzsprung-Kommunikationssender mit einer Steuervorrichtung zum Erzeugen einer Sequenz von Steuersignalen für jeden einer Vielzahl von Rahmen von Kommunikationsinformation, einem Frequenz-Synthesizer, der mit der Steuervorrichtung zum Erzeugen einer Sequenz von Frequenzsignalen gekoppelt ist, und einem Sender, der mit dem Frequenz-Synthesizer zum Senden der Sequenz von Frequenzsignalen gekoppelt ist, und mit einer Einrichtung zum Verschachteln eines Rahmensynchronisationssignals und einer Vielzahl von Datensignalen in der Sequenz von durch den Sender gesendeten Frequenzsignalen.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Frequenzsprung-Kommunikationsempfänger mit einem Vorprozessor zum Erzeugen einer Sequenz von Eingangs-Frequenzsignalen in Antwort auf den Empfang eines Frequenzsprung-Kommunikationssignals, einem Frequenzdetektor, der mit dem Vorprozessor zum Erzeugen von Ausgangs- Frequenzsignalen in Antwort auf die Sequenz von Eingangs- Frequenzsignalen gekoppelt ist, einer Korrelatoreinrichtung, die mit dem Frequenzdetektor zum Erzeugen von synchronisierenden Signatursignalen gekoppelt ist, und mit einer synchronisierenden Takteinrichtung, die mit dem Korrelator zum Erzeugen eines synchronisierenden Taktsignales synchron zu den synchronisierenden Signatursignalen gekoppelt ist, die den Empfänger mit einem Sender synchronisieren, der das Frequenzsprung- Kommunikationssignal übertragen hat.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Frequenzsprung-Kommunikationssystem, welches eine präambellose Synchronisation des Netzwerkeintrittes liefert, mit einer Steuereinrichtung, die ausgelegt ist, um eine Folge von Steuersignalen für jeden einer Vielzahl von Rahmen von Kommunikationsinformation zu erzeugen, wobei die Sequenz von Steuersignalen zumindest ein Synchronisations-Steuersignal aufweist, welches in eine Vielzahl von Datensteuersignalen eingemischt ist, einem Frequenz-Synthesizer, der mit der Steuereinrichtung gekoppelt ist und ausgelegt ist, eine Sequenz von pseudostatistischen Frequenzsprungsignalen mit zumindest einem Synchronisations-Frequenzsignal und einer Vielzahl von Datenfrequenzsignalen in Antwort auf das Synchronisations-Steuersignal und die Vielzahl von Datensteuersignalen zu erzeugen, einem Sender, der mit dem Frequenz-Synthesizer gekoppelt ist und ausgelegt ist, das Synchronisations-Frequenzsignal und die Vielzahl von Datenfrequenzsignalen als ein verschachteltes pseudostatistisches Frequenzsprung-Kommunikationssignal zu senden, einem Empfänger, der mit dem Sender elektromagnetisch gekoppelt ist und einen Vorprozessor aufweist, der ausgelegt ist, eine Folge von Frequenzsignalen in Antwort auf ein angelegtes pseudostatistisches Frequenzsprung-Kommunikationssignal mit zumindest einem Synchronisations-Frequenzsignal und einer Vielzahl von Datenfrequenzsignalen zu erzeugen, einem Frequenzdetektor, der mit dem Vorprozessor gekoppelt ist und ausgelegt ist, synchronisierende Frequenzsignale in Antwort auf die Erfassung eines Frequenzsignals mit einer vorbestimmten Frequenz zu erzeugen, einem Korrelator, der mit dem Frequenzdetektor gekoppelt und ausgelegt ist, ein synchronisierendes Signatursignal zu erzeugen, und einer synchronisierenden Taktvorrichtung, die mit dem Korrelator gekoppelt und ausgelegt ist, ein synchronisierendes Taktsignal synchron zu dem synchronisierenden Signatursignal zu erzeugen, wobei das synchronisierende Signatursignal ausgelegt ist, den Empfänger mit der Übertragung des Senders zu synchronisieren.
Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Synchronisieren des Netzwerkeintrittes in ein Frequenzsprung-Kommunikationssystem, mit den Schritten, einen Rahmen aus vermischten Frequenzsprungsignalen mit einem Rahmensynchronisationssignal und einer Vielzahl von Datensignalen zu erzeugen, den Rahmen von vermischten Frequenzsprungsignalen zu übertragen, den Rahmen von vermischten Frequenzsprungsignalen zu empfangen, das Rahmensynchronisationssignal von dem Rahmen von vermischten Frequenzsprungsignalen zu trennen, und ein Taktsignal zu synchronisieren, um rahmensynchronisierte Taktsignale in Antwort auf das Rahmensynchronisationssignal zu erzeugen.
Ein solcher Frequenzsprung-Kommunikationssender, ein solcher Frequenzsprung-Kommunikationsempfänger, ein solches Frequenzsprung-Kommunikationssystem und ein solches Verfahren zum Synchronisieren des Netzwerkeintrittes in ein vernetztes Frequenzsprung-Kommunikationssystem sind aus der GB-A-2 100 944 bekannt.
Generell betrifft das Gebiet der Erfindung Kommunikationssysteme und betrifft insbesondere die Synchronisation für den Eintritt in ein Frequenzsprung-Kommunikationsnetzwerk.
Moderne Hochfrequenz -Kommunikationssysteme verwenden gewöhnlich Frequenzsprung-Signalverläufe innerhalb eines breiten Spektrums, um ein hohes Maß an Widerstandsfähigkeit gegenüber Störungen zu erreichen. Um frequenzverfolgende Störsender auszuschließen, muß der Frequenzsprung-Signalverlauf schnell zwischen vielen Frequenzen auf eine pseudostatistische (pseudo-random) Weise springen. Das pseudostatistische Frequenzmuster ist üblicherweise auf die Systemzeitgabe verriegelt, da das Frequenzsprungverfahren generell eine Zeit-Frequenz-codierte Technik ist.
Um die Widerstandsfähigkeit gegenüber frequenzverfolgenden Störsendern zu verbessern, wird die Sprungrate bzw. Sprungfrequenz schnell genug gemacht, um zu verhindern, daß ein Störsender jeden Sprung verfolgt. Dies erfordert, daß die Sender/Empfänger (transceiver) innerhalb des Netzwerkes eine sehr genaue zeitgabe mit sehr geringem Zeitdrift zwischen den Sender/Empfänger-Einheiten haben. Damit die Kommunikationsnetzwerk-Verbindungen gut arbeiten, müssen sämtliche Einheiten in dem Netzwerk dieselbe Zeitgabe haben. Der Netzwerk-Senden Empfänger muß sich, um mit dem Netzwerk zu kommunizieren, anfangs mit dem schnellen Frequenzsprungcode des Netzwerkes synchronisieren. Der Sender/Empfänger muß weiterhin eine genaue Zeitgabe mit geringem Zeitdrift aufrechterhalten, um die Synchronisation mit dem Netzwerk aufrechtzuerhalten.
Bei herkömmlichen Systemen bestehen häufig die Systemanforderungen eines niedrigen Leistungsverbrauches und geringer Kosten. Diese Anforderungen können dazu führen, daß ein Systemzeitstandard verwendet wird, der eine anfängliche Ungenauigkeit von zehn oder einem Vielfachen von zehn Sekunden und einen Drift von ein oder zwei ppm aufweist. Daher wird eine Anordnung zur Synchronisation benötigt, um einen Empfänger bei Vorliegen von relativ großen Zeitfehlern eingangs zu synchronisieren und die Synchronisation kontinuierlich zu verfolgen und die Zeit zu korrigieren, um zu verhindern, daß die vernetzten Einheiten voneinander wegdriften. Einige herkömmliche Synchronisationstechniken verwenden lange Präambeln, die es einem Empfänger gestatten, seine Zeit zu korrigieren. Andere herkömmliche Synchronisationstechniken verwenden kürzere Präambeln, die jedoch noch länger sind als die Zeitspanne der Unbestimmtheit. Diese Techniken verwenden jedoch das parallele Verarbeiten von mehreren Kanälen.
Bekannte Synchronisationsschaltungen sind aus der GB-A-2 100 944 bekannt. Gemäß der Vorrichtung der GB-A-2 100 944 wird im normalen Betrieb eine Synchronisationsmitteilung einmal innerhalb jedes Rahmens der pseudostatistischen Folge von Frequenzsignalen gesendet. Einige der Kanalfrequenzen innerhalb eines Rahmens werden der Synchronisationsmitteilung zugewiesen. Die Synchronisationsmitteilung wird mit anderen Worten veränderlich innerhalb von einer jener Kanalfrequenzen gesendet. Weiterhin enthält die Synchronisationsmitteilung innerhalb eines Rahmens hinreichend Information, um den Empfänger zu synchronisieren. Das Empfangen von einer Synchronisationsmitteilung wird mit anderen Worten hinreichend sein, um das System zu synchronisieren.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache Synchronisation für den Eintritt in ein Netzwerk in einem Frequenz sprung-Kommunikationssystem anzugeben, die große anfängliche Zeitfehler korrigiert und die die Systemzeitgabe kontinuierlich oder periodisch aktualisiert.
Die obige Aufgabe wird erreicht durch den eingangs genannten Frequenzsprung-Kommunikationssender, wobei das Rahmensynchronisationssignal in einer vorbestimmten, den Empfängern bekannten Frequenz gesendet wird, derart, daß die Empfänger in die Lage versetzt werden, synchronisierende Signatursignale in Antwort auf eine sequentielle Kombination der Rahmensynchronisationssignale zu erzeugen.
Die obige Aufgabe wird weiterhin erreicht durch den eingangs genannten Frequenzsprung-Kommunikationsempfänger, wobei die Korrelatoreinrichtung die synchronisierenden Signatursignale in Antwort auf eine sequentielle Kombination der Ausgangs- Frequenzsignale erzeugt.
Weiterhin wird die obige Aufgabe erreicht durch das eingangs genannte Frequenzsprung-Kommunikationssystem, wobei der Korrelator die synchronisierenden Signatursignale in Antwort auf eine sequentielle Kombination von synchronisierenden Frequenzsignalen erzeugt.
Schließlich wird die obige Aufgabe erreicht durch das eingangs genannte Verfahren zum Synchronisieren des Netzwerkeintrittes in ein Frequenzsprung-Kommunikationssystem, wobei das Rahmensynchronisationssignal auf einer vorbestimmten, den Empfängern bekannten Frequenz gesendet wird, derart, daß die Empfänger in die Lage versetzt werden, synchronisierende Signatursignale in Antwort auf eine sequentielle Kombination der Rahmensynchronisationssignale zu erzeugen.
Vorteilhafterweise verwendet die erfindungsgemäße Netzwerk- Synchronisationsvorrichtung keine langen Präambeln oder spezielle Funksendungen.
Gemäß diesen und anderen Merkmalen der Erfindung wird ein Synchronisationssystem zum Netzwerkeintritt geschaffen, wobei, wenn zwei Sender/Empfänger A und B miteinander kommunizieren, ein dritter, noch nicht vernetzter Sender/Empfänger C das Netzwerkeintritt-Codemuster aus der Übertragung zwischen A und B extrahiert, um in das Netzwerk einzutreten. Die Erfindung verwendet verborgene Netzwerkeintritt-Synchronisationscodes. Als ein Teil der Kommunikation zwischen den zwei Sendern/ Empfängern A und B überträgt der Sender/Empfänger A ein bekanntes Muster als einen verborgenen Teil der Kommunikation, das es dem Sender/Empfänger C gestattet, in das A-B-Netzwerk einzutreten. Dieses verborgene Codemuster gestattet eine schnelle Synchronisation und Korrektur von großen anfänglichen Zeitfehlern und gestattet die Korrektur eines Zeitdriftes von diesem Zeitpunkt an. Das Kommunikationssystem liefert daher eine Synchronisation für den Netzwerkeintritt ohne herkömmliche synchronisierende Präambeln. Die Synchronisation wird erleichtert bzw. ermöglicht, indem synchronisierende Codes in die Frequenzsprung-Folge eingebettet werden und, im Ergebnis, die herkömmliche Präambel eliminiert wird.
Das Frequenzsprung-Kommunikationssystem der vorliegenden Erfindung umfaßt einen Senderabschnitt und einen Empfängerabschnitt. Der Senderabschnitt umfaßt eine Steuervorrichtung, die ausgelegt ist, eine Folge von Steuersignalen für jeden einer Vielzahl von Rahmen von Kommunikationsinformation zu erzeugen. Die Sequenz von Steuersignalen umfaßt zumindest ein Synchronisations-Steuersignal (und typischerweise zwei), das mit einer Vielzahl von Datensteuersignalen vermischt wird. Ein Frequenz- Synthesizer wird verwendet, um die Steuersignale in eine Folge von pseudostatistischen Frequenzsignalen umzuwandeln, die ein Synchronisations-Frequenzsignal und eine Vielzahl von Datenfrequenzsignalen aufweisen. Der Senderabschnitt ist mit dem Frequenz-Synthesizer gekoppelt, der verwendet wird, um das Synchronisations-Frequenzsignal und die Vielzahl von Datenfrequenzsignalen zu senden.
Der Empfängerabschnitt gemäß der Erfindung ist mit einem Frequenzdetektor ausgestattet, der ausgelegt ist, eine Folge von Frequenzsignalen in Antwort auf den Empfang des Synchronisations-Frequenzsignales und der Vielzahl von Datenfrequenzsignalen zu erzeugen. Ein Korrelator ist mit dem Frequenzdetektor gekoppelt und ausgelegt, das Synchronisations-Frequenzsignal zu erfassen und zu korrelieren, um ein Korrelationssignal zu erzeugen. Die Erfassung eines Spitzenwertes in dem Korrelationssignal zeigt die Synchronisation des Empfängerabschnittes mit dem Netzwerk an. Der Korrelator ist ausgelegt, ein synchronisierendes Taktsignal zu steuern, das die korrekte Zeitgabe aufrechterhält, um den Empfänger im Netz zu halten.
Die vorliegende Erfindung synchronisiert den Sender/Empfänger eingangs zum Eingang in das Netzwerk bei Vorliegen von relativ großen Zeitfehlern und hält die Synchronisation mit dem Netzwerk bei Vorliegen von relativ hohen Zeitdriftraten aufrecht. Sie ist besonders geeignet für Sender/Empfänger, die gegenüber Störungen tolerant sind, sowie für Modems mit hoher Leistungsfähigkeit. Die vorliegende Erfindung liefert eine schnelle anfängliche Netzwerksynchronisation und kontinuierliche Netzwerk- Neusynchronisation selbst in Anwesenheit von großen anfänglichen Zeitfehlern, großen Zeitdrifts, Störungen, Interferenzschwund und anderen Kommunikationszuständen. Sie verwendet keine Präambel und erfordert keine speziellen Präambel-Funksignale. Die vorliegende Erfindung verwendet einen kleinen Prozentsatz der Frequenzsprung-Signalenergie, um einen kontinuierlichen Benutzerzeit-Netzwerkeintritt zu liefern, so daß jeder Benutzer die Netzwerksynchronisation durchführen kann, wann immer es notwendig ist. Daher ist der Synchronisationsprozeß kontinuierlich, und der Empfang geschieht mit hoher Wahrscheinlichkeit, da der Empfänger die Synchronisation zu jeder Zeit erreichen und den Prozeß so oft wiederholen kann, wie es notwendig ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Die verschiedenen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche strukturelle Elemente bezeichnen. Es zeigen:
Fig. 1 eine Blockdiagrammdarstellung eines Kommunikationsnetzwerkes, in dem die vorliegende Erfindung verwendet werden kann;
Fig. 2 ein Diagramm von Frequenz über der Zeit mit eingebetteten Synchronisationscodes gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ein Blockdiagramm eines Frequenzsprung-Senders gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ein Blockdiagramm eines Frequenzsprung-Empfängers gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 5 ein Blockdiagramm eines Korrelators, der in dem Empfänger von Fig. 4 verwendet wird.

Detaillierte Beschreibung

Gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung wird ein System der Netzwerkeintritts-Synchronisation geschaffen, das es nicht vernetzten Sendern/Empfängern mit einem großen anfänglichen Zeitfehler gestattet, Zugang zu einem Netzwerk zu finden, indem ihre Zeitgaben mit der Netzwerkzeit ausgerichtet werden. Ein solcher Prozeß ist wesentlich, um ein Frequenzsprung-Kommunikationsnetzwerk einzurichten. Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung können auf alle Frequenzsprung-Netzwerke angewandt werden, sie sind jedoch insbesondere brauchbar zum Schutz gegen Kommunikationsnetzwerk-Störungen und Interferenz schwund, der im Hochfrequenz-Kommunikationsband aufgefunden wird.
Die vorliegende Erfindung schafft ein System der Netzwerkeintritts-Synchronisation, das ein sehr kurzes Codemuster verwendet, dem Empfänger aber dennoch gestattet, große anfängliche Zeitfehler zu korrigieren. Die vorliegende Erfindung liefert auch eine kontinuierliche Überwachung und Korrektor von Zeitgabefehlern, um zu verhindern, daß die Zeitgabe der Sender/Empfänger abdriftet. Die Schlüsselmerkmale dieser Erfindung bestehen darin, daß der Zeitsprungvorgang des Codemusters nicht nur Energieimpulse überträgt, um die empfängerseitige Energieerfassung zuzulassen, sondern auch eine differentielle Codierung der Zeitsegmentinformation bereitstellt, um das Senderzeitgabesegment zu identifizieren. Wie es sich aus der nachstehenden Beschreibung genauer ergibt, extrahiert, wenn zwei Einheiten A und B kommunizieren und eine dritte Einheit C versucht, Zugang zu dem A-B-Netzwerk zu finden, die Einheit C das Netzwerkeintritts-Codemuster aus der Übertragung zwischen A und B, um Zugriff zu dem Netzwerk zu erlangen. Das heißt, daß die Einheit A als ein Teil der Kommunikation zwischen den zwei Einheiten A und B ein bekanntes Muster sendet, welches die Einheit C in die Lage versetzt, sich in das A-B-Netzwerk einzuschalten.
In Fig. 1 der Zeichnung ist ein schematisches Diagramm eines Kommunikationsnetzwerkes 110 mit drei Funk-Sendern/Empfängern gezeigt: Benutzer A 112, Benutzer B 113 und Benutzer C 114. Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, kommuniziert Benutzer A 112 mit Benutzer B 113 über eine Kommunikationsverbindung 116, die in der Darstellung an einer Schicht 118 reflektierend dargestellt ist, bei der es sich um die Ionosphäre handeln kann. Benutzer C 114, der Zugang zu dem Netzwerk von Benutzer A 112 und Benutzer B 113 haben möchte, überwacht die Sendungen zwischen Benutzer A 112 und Benutzer B 113, um das Netzwerkeintritts-Codemuster aus der A-B-Übertragung zu extrahieren.
Erfindungsgemäß erzeugt Benutzer A 112 eine Frequenzsprung- Sendung mit Datensignalen, die mit Synchronisationssignalen verschachtelt oder vermischt sind oder in die Synchronisationssignale eingebettet sind. Dies kann als präambellose Synchronisation betrachtet werden. Benutzer C 114 verarbeitet die Synchronisationssignale, um anfänglich eine Synchronisation zu erreichen und die Synchronisation aufrechtzuerhalten. Die empfangenen Synchronisationscodes werden auch verwendet, um den Benutzer B 113 kontinuierlich neu zu synchronisieren, und die empfangenen Datencodes dienen zum Zwecke der Kommunikation. Der noch nicht synchronisierte und sich somit noch nicht im Netzwerk befindliche neue Benutzer C 114 empfängt Synchronisationscodes und Datencodes, die von dem Benutzer A 112 gesendet werden. Die Synchronisationscodes werden verwendet, um den Benutzer C anfänglich zu synchronisieren, die empfangenen Datencodes werden jedoch nicht verwendet, da der Benutzer C 114 noch nicht synchronisiert ist. Nachdem die Synchronisation erreicht ist, werden die empfangenen Datencodes dann von dem Benutzer C 114 verwendet.
In Fig. 2 ist ein Beispiel von verschachtelten Daten und Synchronisationscodes gezeigt. In diesem Beispiel gibt es 64 unterschiedliche Frequenzen f&sub1; bis f&sub6;&sub4;. Gewisse Frequenzen, in diesem Beispiel zwei Frequenzen fM, fN (in Fig. 2 schwarz dargestellt), werden als Synchronisationsfrequenzen ausgewählt, und die verbleibenden 62 Frequenzen sind für die Datencodierung verfügbar. Aus Gründen der Einfachheit sind nur einige der 64 Frequenzen für Daten in Fig. 2 gezeigt. Eine pseudostatistische Codefolge ist für jeden Rahmen in diesem Beispiel gezeigt, die von f&sub2; nach f&sub1; nach fk nach fM nach fN und zu f&sub6;&sub4; läuft. Ein synchronisierender Korrelator (nicht gezeigt) ist auf eine Signatur eines synchronisierenden Codes (fM, fN) abgestimmt. Ein Datenkorrelator (nicht gezeigt) ist auf die Signatur des Datencodes (f&sub2;, f&sub1;, fk und f&sub6;&sub4;) abgestimmt. Der Synchronisations-Frequenzcode und der Datenfrequenzcode sind verschachtelt und werden kontinuierlich gesendet. Der synchronisierende Code ist im Vergleich zu herkömmlichen Präambeln ein sehr kurzer Code, und zwar kürzer als die Länge der Zeit der Unbestimmtheit. Weiterhin ist der Synchronisationscode innerhalb der Datensendung im Gegensatz zu herkömmlichen langen, der Datenübertragung vorauseilenden Präambeln verschachtelt.
In Fig. 3 ist ein Frequenzsprung-Sender 300 des Benutzers A 112 gezeigt, wobei der Sender erfindungsgemäß aufgebaut ist. Der Sender 300 umfaßt eine digitale Steuervorrichtung 302, einen Synthesizer 314, der mit dem ROM 312 gekoppelt ist, einen Funkfrequenzsender 318, der mit dem Ausgang des Synthesizers 314 gekoppelt ist, und eine Antenne 320, die mit dem Ausgang des Funkfrequenzsenders 318 gekoppelt ist. Die digitale Steuervorrichtung 302 umfaßt einen Zähler 310 und einen Nur-Lesespeicher (ROM) 312. Die digitale Steuervorrichtung 302 ist ausgelegt, einen pseudostatistischen Code zu erzeugen, der zur Sendung durch den Synthesizer 314 in eine Folge von Frequenzen gewandelt wird.
Der Zähler 310 ist ausgelegt, sequentielle Adressen 311 für das ROM 312 zu erzeugen. Das ROM 312 speichert eine Folge von Frequenzcodes mit einer pseudostatistischen Signatur und liefert als Ausgang ein pseudostatistisches Signatursignal 313. Das Signatursignal 313 ist mit dem Frequenz-Synthesizer 314 gekoppelt, der Frequenzsignale 315 in Antwort auf die Frequenzcodes in dem Signatursignal 313 erzeugt. Die Frequenzsignale 315 werden von dem Funkfrequenzsender 318 und der Antenne 320 als ein Sendesignal 322 gesendet. Jedes Frequenzsignal 315 kann mit Daten moduliert werden, wie zum Beispiel durch die Phasendifferenzmodulation (DPSK-Modulation). Die Frequenzsignale 315 werden auch von dem Synthesizer 314 moduliert, und zwar in Antwort auf eine Übertragung oder daran angelegte Datensignale 324.
Der oben beschriebene Sender 300 ist mit einer ROM-basierten digitalen Steuereinrichtung 302 implementiert, der eine pseudostatistische Folge von Frequenzcodes mit darin verschachtelten Datencodes und Synchronisationscodes wie die in Fig. 2 gezeigte Frequenzfolge aufweist. Der sequentielle Zugriff auf die gespeicherten Codes aus dem ROM 312 und die Erzeugung von Frequenzen durch den Frequenz-Synthesizer 314 in Antwort hierauf erzeugt die pseudostatistische Frequenzsprung-Signatur zur Übertragung als Sendesignal 322.
In Fig. 4 ist ein erfindungsgemäß konstruierter Frequenzsprung- Empfänger zum Beispiel des Benutzers C 114 gezeigt. Dies ist ein Multikanal-Empfänger 400 mit einem separaten Kanal für jede Synchronisationsfrequenz, von denen zwei Kanäle fM, fN der 64 Kanäle gezeigt sind. Der Empfänger 400 umfaßt einen Funkfrequenz-Vorrechner 412 oder Vorprozessor, der mit zwei Kanälen 405, 406 gekoppelt ist und der ausgelegt ist, die Frequenzsignale fM und fN vorzuverarbeiten. Jeder Kanal 405, 406 umfaßt einen Detektor 414, 415, deren jeweilige Ausgänge mit einem Korrelator 418, 419 gekoppelt sind, deren jeweilige Ausgänge mit einer synchronisierenden Takteinrichtung 422 gekoppelt sind.
Die Antenne 411 und der Funkfrequenz-Vorrechner 412 sind ausgelegt, das Sendesignal 322 zu empfangen und vorzuverarbeiten und ein empfangenes Signal 413 zu erzeugen, welches mit den Multi-Synchronisationskanälen fM, fN gekoppelt ist. Der Detektor 414 für die Frequenz fM und der Detektor 415 für die Frequenz fN erfassen jeweils die Frequenzen fM und fN und erzeugen Detektorsignale 416, 417 für die Frequenzen fM und fN Die jeweiligen Ausgänge der Frequenzdetektoren 414, 415 umfassen Amplitudensignale, die das Auftreten einer bestimmten Frequenzkomponente (fM, fN) anzeigen, und Modulationssignale, die die Modulation an der erfaßten Frequenzkomponente aufweisen.
Das Amplitudensignal kann zum Beispiel ein Ein-Bit-Digitalsignal oder ein Mehrfach-Bit-Digitalsignal sein, welches die Erfassung der Frequenzkomponente oder die Größe der Frequenzkomponente anzeigt. Weiterhin kann das Modulationssignal ein Ein-Bit- Digitalsignal oder ein Mehrfach-Bit-Digitalsignal sein, welches die Erfassung oder die Größe der Frequenzkomponente anzeigt. In dem Empfänger 400 von Fig. 4 ist das Amplitudensignal ein Ein-Bit-Digitalsignal, das sich im Zustand "1" befindet, wenn die Frequenzkomponente erfaßt ist, und sich in einem Zustand "0" befindet, wenn die Frequenzkomponente nicht erfaßt ist. Das Modulationssignal ist ein Zwei-Phasen-DPSK-Ein-Bit-Digitalsignal, welches sich in einem Zustand "1" befindet, wenn die DPSK-Modulation einen ersten Phasenzustand hat, und sich in einem Zustand "0" befindet, wenn die DPSK-Modulation einen zweiten Phasenzustand hat.
Der fM-Korrelator 418 für den fM-Frequenzkanal korreliert die Auftritte des fM-Frequenzdetektorsignals 416, um zu bestimmen, wann die Auftritte mit der Signatur für die fM-Frequenzkomponente konsistent sind. Der fM-Korrelator 418 erzeugt ein fM-Korrelatorausgangssignal 420 in Antwort auf diese erfaßten Auftritte.
Auf ähnliche Weise erfaßt der fN-Frequenzdetektor 415 die fN- Frequenz und erzeugt ein fN-Frequenzdetektorsignal 417 in Antwort hierauf. Der fN-Korrelator 419 korreliert die Auftritte des fN-Frequenzdetektorsignals 417, um zu bestimmen, wann die Auftritte mit der Signatur für die fN-Frequenzkomponente konsistent sind, und erzeugt ein fN-Korrelatorausgangssignal 421 in Antwort hierauf. Die Korrelatorausgangssignale 420, 421 synchronisieren den Empfänger 400, wie z.B. durch Rücksetzen der synchronisierenden Taktvorrichtung 422.
Korrelatorabgriffe sind typischerweise mit einem Abstand angeordnet, der mit dem Auftreten der ausgewählten Frequenzkomponenten konsistent ist. In einem mit Abgriffen versehenen Korrelator 418 vom Verzögerungsleitungstyp sollte der Abstand der fM-Frequenzkomponente in dem gesendeten Signal konsistent mit dem Abstand der Abgriffe des Schieberegisters 510 für den fM-Kanal sein. Auf ähnliche Weise sollte der Abstand der fN- Frequenzkomponente in dem gesendeten Signal konsistent mit dem Abstand der Abgriffe des Schieberegisters für den fN-Kanal sein.
In Fig. 5 ist ein Blockdiagramm der Synchronisationsanordnung des Empfängers 400 der vorliegenden Erfindung, und zwar insbesondere einer der Korrelatoren 418 aus Fig. 4 gezeigt. Der Korrelator 418 umfaßt ein schieberegister 510, das zwei Abschnitte hat, nämlich einen Größenabschnitt und einen Modulationsabschnitt. Das Schieberegister 510 hat eine Vielzahl von Abgriffen 512, 525 für jeden Abschnitt. Die Abgriffe 525 des Modulationsabschnittes sind jeweils mit einer Zeitdecodierschaltung 524 gekoppelt. Die Abgriffe 512 des Größenabschnittes sind mittels jeweiliger Summierer 518 mit einem Spitzenwertdetektor 520 gekoppelt. Der Spitzenwertdetektor 520 ist mit der Zeitdecodierschaltung 524 gekoppelt und ausgelegt, dieser Freigabesignale zu liefern.
Der Korrelator 418 arbeitet z.B. als ein Zeitebenen-Korrelator und ist durch ein Schieberegister 510 mit einer Vielzahl von beabstandeten Abgriffen 512, 525 implementiert. Das fM-Frequenzsignal 416 mit dem Frequenzgrößen-Detektorsignal 514 und dem Modulations-Detektorsignal 522 wird durch das Schieberegister 510 geschoben und an jedem der Abgriffe 512, 525 bereitgestellt. Z.B. wird ein erstes Größensignal an einem ersten Größensignalabgriff 530 bereitgestellt, und ein entsprechendes erstes Modulationssignal wird an einem ersten Modulationssignalabgriff 531 bereitgestellt. Auf ähnliche Weise wird ein zweites Größensignal an einem zweiten Größensignalabgriff 532 bereitgestellt, und ein entsprechendes zweites Modulationssignal wird an einem zweiten Modulationssignalabgriff 533 bereitgestellt, und so weiter für alle Abgriffe in dem Schieberegister 510.
Die Vielzahl von Summierern 518 ist mit den Größensignalabgriffen 512 verbunden, um die Energie abzutasten und aufzusummieren, die durch das Schieberegister 510 verzögert wird. Wenn die Zeitgabe des empfangenen Signais und der Abgriffabstand ausgerichtet sind, sind die aufsummierte Energie und das Ausgangssignal 523 von den Korrelatorabgriffen 512 groß, und somit wird ein großes Korrelationsausgangssignal 523 erzeugt. Wenn die Zeitgabe und die Abgriffe nicht ausgerichtet sind, ist die Energie an den Korrelatorabgriffen 512 aufgrund der statistischen Verteilung der versteckten Muster klein, und somit wird ein kleines Korrelationsausgangssignal 523 erzeugt. Die Spitzenwertdetektorschaltung 520 (oder Schwellenwertdetektorschaltung) erfaßt einen Spitzenwert des Summensignals 523, der einen Korrelationsspitzenwert und das Eintreten der Synchronisation anzeigt, und erzeugt ein Ausgangssignal 521, um eine Zeitdecodierschaltung 524 freizugeben, um die Taktvorrichtung 422 aus Fig. 4 neu zu synchronisieren. Wenn die Zeitdecodierschaltung 524 durch das Korrelationssignal 521 freigegeben ist, verarbeitet sie die Modulationssignale von den Modulationsabgriffen 525, um Neusynchronisationssignale 420 zu erzeugen, um die Taktvorrichtung 422 von Fig. 4 neu zu synchronisieren.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine verstärkte Toleranz gegenüber Störungen erzielt. Aus Fig. 2 ist zu ersehen, daß die die Frequenzen fM und fN verwendende Synchronisationscodefolge in der Zeitsprung-Folge verborgen und auf einem Teilsatz (zwei Frequenzen) des vollen Spektrums von Frequenzen (64 Frequenzen) gesendet wird. In den in Figuren 3 und 4 gezeigten Schaltungen können die Synchronisationscodes darüber hinaus leicht online während des Systembetriebs geändert werden, um unterschiedliche Frequenzen in unterschiedlichen pseudostatistischen Signaturfolgen zu benutzen. Dies kann erreicht werden, indem unterschiedliche Sequenzen in dem ROM 312 durch den Adreßzähler 310 in dem Sender 300 ausgewählt werden, und indem entsprechende Frequenzen mit den Detektoren 414, 415 und entsprechende Signaturen durch die Korrelatoren 418, 419 in dem Empfänger 400 ausgewählt werden. Da mehr als eine Frequenz zur Synchronisation verwendet wird, wird der Verlust von einer Frequenz aufgrund von Störungen oder Schwund (Fading) den Betrieb nicht abbrechen, da eine einzelne verbleibende gültige Synchronisationsfrequenz die Synchronisation dennoch ermöglicht. Die Synchronisationscodes gemäß der vorliegenden Erfindung sind daher durch einen nichtautorisierten Benutzer schwierig zu erfassen, schwierig zu stören und liefern ein erhebliches Maß an Toleranz gegenüber Schwund.
Versuche, den Empfänger 400 zu täuschen bzw. zu umgehen, indem eine verzögerte Wiederholung eines empfangenen Signals übertragen wird, sind relativ unwirksam. Dies liegt daran, daß beim Erzeugen der Täuschungsfolge eine Verzögerung auftritt, während die beim Verschachteln des Synchronisationscodes implizierte Geschwindigkeit der Synchronisation diese ermöglicht, bevor das Täuschungssignal erzeugt wird. Weiterhin wird eine verstärkte Toleranz gegenüber schlechten Synchronisationszuständen durch die vorliegende Erfindung erreicht. Dies liegt an der kontinuierlichen und sich schnell wiederholenden Eigenschaft der Synchronisationscodefolge, die bei jedem Rahmen wiederholt wird (siehe Fig. 2) und somit eine schnelle und sich wiederholende Neusynchronisations-Fähigkeit schafft.
Programmierbare Frequenzdetektoren und programmierbare Korrelatoren 418, 419 erlauben eine Änderung der Abgriffe, um Änderungen der Signaturen der Synchronisationssignale aufzunehmen. Ein Array-Prozessor kann verwendet werden, um eine schnelle Fourier-Transformation durchzuführen, die ein Spektrum von Frequenzsignalen erzeugt, um dann eine Korrelation von jeder der Synchronisationsfrequenzen in der Frequenzebene durchzuführen und dann einen Spitzenwertzustand zu erfassen, um den Takt als Anzeige der Synchronisation zurückzusetzen. Die Programmierbarkeit erleichtert das Verändern der Synchronisationsfrequenzen und -signaturen online und bietet daher eine noch größere Toleranz gegenüber Störsendern.
Es wurde eine neue und verbesserte Technik beschrieben, die die Eintrittssynchronisation in ein Frequenzsprung-Kommunikationsnetzwerk ohne die Verwendung einer herkömmlichen synchronisierenden Präambel bereitstellt. Die Anordnung der vorliegenden Erfindung ist brauchbar, um eine Netzwerk-Synchronisationsanordnung für Frequenzsprung-Kommunikationssysteme zu schaffen, die große anfängliche Zeitfehler korrigiert und die die Systemzeitgabe kontinuierlich oder periodisch aktualisiert. Dies wird ohne die Verwendung von langen Präambeln oder speziellen Funksendungen erzielt. Es versteht sich, daß die oben beschriebene Ausführungsform lediglich beispielhaft für einige der vielen speziellen Ausführungsformen ist, die Anwendungen der Prinzipien der vorliegenden Erfindung darstellen. Es ist klar, daß von Fachleuten zahlreiche und andere Anordnungen leicht erreicht werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Frequenzsprung-Kommunikationssender (300) mit:

- einer Steuervorrichtung (302) zum Erzeugen einer Folge von Steuersignalen (313) für jeden einer Vielzahl von Rahmen von Kommunikationsinformation, einem Frequenz-Synthesizer (314), der mit der Steuervorrichtung (302) zum Erzeugen einer Folge von Frequenzsignalen (315) gekoppelt ist, und einem Sender (318), der mit dem Frequenz- Synthesizer (314) zum Senden der Folge von Frequenzsignalen (315) an jeweilige Empfänger gekoppelt ist; und

- einer Einrichtung zum Verschachteln eines Rahmensynchronisationssignals (fM, fN) und einer Vielzahl von Datensignalen (f&sub1;, f&sub2;, fk, f&sub6;&sub4;) in der Folge von durch den Sender (300) gesendeten Frequenzsignalen (315),

dadurch gekennzeichnet, daß das Rahmensynchronisationssignal (fM, fN) auf einer vorbestimmten, den Empfängern bekannten Frequenz gesendet wird, derart, daß die Empfänger synchronisierende Signatursignale (420, 421) in Antwort auf eine sequentielle Kombination der Rahmensynchronisationssignale (416, 417) erzeugen können.

2. Frequenzsprung-Kommunikationssender (300) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Folge von von der Steuereinrichtung (302) erzeugten Steuersignalen (313) zumindest ein mit einer Vielzahl von Datensteuersignalen vermischtes Synchronisationssteuersignal aufweist;

- die Folge von Frequenzsignalen von dem Frequenz- Synthesizer (314) als eine Folge von pseudostatistischen Frequenzsprungsignalen (315) mit zumindest einem Rahmensynchronisationssignal (fM, fN) und einer Vielzahl von Datenfrequenzsignalen (f&sub1;, f&sub2;, fk, f&sub6;&sub4;) in Antwort auf das Synchronisationssteuersignal und die Vielzahl von Datensteuersignalen erzeugt wird; und

- der Sender (318) das Rahmensynchronisationssignal (fM, fN) und die Vielzahl von Datenfrequenzsignalen (f&sub1;, f&sub2;, fk, f&sub6;&sub4;) als ein verschachteltes, pseudostatistisches Frequenzsprung-Kommunikationssignal (322) sendet.

3. Frequenzsprung-Kommunikationsempfänger (400) mit:

- einem Vorprozessor (412) zum Erzeugen einer Folge von Eingangsfrequenzsignalen (413) in Antwort auf den Empfang eines Frequenzsprung-Kommunikationssignals (322), einem Frequenzdetektor (414, 415), der mit dem Vorprozessor (412) zum Erzeugen von Ausgangs-Frequenzsignalen (416, 417) in Antwort auf die Folge von Eingangs- Frequenzsignalen (413) gekoppelt ist;

- einerkorrelatoreinrichtung (418,419), die mit dem Frequenzdetektor (414, 415) zum Erzeugen von synchronisierenden Signatursignalen (420, 421) gekoppelt ist; und

- einer synchronisierenden Taktvorrichtung (422) die mit dem Korrelator (418, 419) zum Erzeugen eines synchronisierenden Taktsignales synchron zu den synchronisierenden Signatursignalen (420, 421) gekoppelt ist, die den Empfänger (400) mit einem Sender (300) synchronisieren, der das Frequenzsprung-Kommunikationssignal (322) überträgt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelatoreinrichtung (418, 419) die synchronisierenden Signatursignale (420, 421) in Antwort auf eine sequentielle Kombination der Ausgangs- Frequenzsignale (416, 417) erzeugt.

4. Frequenzsprung-Kommunikationsempfänger (400) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Frequenzsprung-Kommunikationssignal ein pseudostatistisches Frequenzsprung-Kommunikationssignal (322) mit zumindest einem Synchronisationsfrequenzsignal (fM, fN) und einer Vielzahl von Datenfrequenzsignalen (f&sub1;, f&sub2;, fk, f&sub6;&sub4;) ist;

- der Frequenzdetektor (414, 415) die Ausgangs- Frequenzsignale (416, 417) in Antwort auf die Erfassung eines Frequenzsignals (413) mit einer vorbestimmten Frequenz erzeugt.

5. Empfänger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

- das angelegte pseudostatistische Frequenzsprung- Kommunikationssignal (322) zwei Synchronisationsfrequenzsignale (fM, fN) aufweist;

- der Frequenzdetektor (414, 415) eine erste Detektorschaltung (414) aufweist, die ausgelegt ist, ein erstes synchronisierendes Frequenzsignal (416) in Antwort auf die Erfassung eines ersten Frequenzsignals (fM) mit einer ersten ausgewählten Frequenz innerhalb der Folge von Frequenzsignalen zu erzeugen, und eine zweite Detektorschaltung (415) aufweist, die ausgelegt ist, ein zweites synchronisierendes Frequenzsignal (417) in Antwort auf die Erfassung eines zweiten Frequenzsignals (fN) mit einer zweiten ausgewählten Frequenz innerhalb der Folge von Frequenzsignalen zu erzeugen;

- der Korrelator (418, 419) einen ersten Korrelatorprozessor (418) aufweist, der ausgelegt ist, ein erstes synchronisierendes Signatursignal (420) in Antwort auf eine sequentielle Kombination des ersten synchronisierenden Frequenzsignais (416) zu erzeugen, und einen zweiten Korrelatorprozessor (419) aufweist, der ausgelegt ist, ein zweites synchronisierendes Signatursignal (421) in Antwort auf eine sequentielle Kombination der zweiten synchronisierenden Frequenzsignale (417) zu erzeugen; und daß

- die synchronisierende Taktvorrichtung (422) ausgelegt ist, das synchronisierende Taktsignal synchron unter Verwendung von einem ausgewählten von erstem und zweitem synchronisierenden Signatursignal (420, 421) zu erzeugen.

6. Frequenzsprung-Kommunikationssystem, welches eine präambellose Netzwerkeintritts-Synchronisation bereitstellt, mit:

- einer Steuervorrichtung (302), die ausgelegt ist, eine Folge von Steuersignalen (313) für jeden einer Vielzahl von Rahmen von Kommunikationsinformation zu erzeugen, wobei die Folge von Steuersignalen (313) zumindest ein mit einer Vielzahl von Datensteuersignalen vermischtes Synchronisationssteuersignal aufweist;

- einem Frequenz-Synthesizer (314), der mit der Steuervorrichtung (302) gekoppelt und ausgelegt ist, eine Folge von pseudostatistischen Frequenzsprungsignalen (315) mit zumindest einem Synchronisationsfrequenzsignal (fM, fN) und einer Vielzahl von Datenfrequenzsignalen (f&sub1;, f&sub2;, fk, f&sub6;&sub4;) in Antwort auf das Synchronisationssteuersignal und die Vielzahl von Datensteuersignalen zu erzeugen;

- einem Sender (318), der mit dem Frequenz- Synthesizer (314) gekoppelt und ausgelegt ist, das Synchronisationsfrequenzsignal (fM, fN) und die Vielzahl von Datenfrequenzsignalen (f&sub1;, f&sub2;, fk, f&sub6;&sub4;) als ein verschachteltes, pseudostatistisches Frequenzsprung-Kommunikationssignal (322) zu senden;

- einem Empfänger (400), der elektromagnetisch mit dem Sender (318) gekoppelt ist und einen Vorprozessor (412) aufweist, der ausgelegt ist, eine Folge von Frequenzsignalen (413) in Antwort auf ein angelegtes pseudostatistisches Frequenzsprung-Kommunikationssignal (322) mit zumindest einem Synchronisationfrequenzsignal (fM, fN) und einer Vielzahl von Datenfrequenzsignalen (f&sub1;, f&sub2;, fk, f&sub6;&sub4;) zu erzeugen;

- einem Frequenzdetektor (414, 415), der mit dem Vorprozessor (412) gekoppelt und ausgelegt ist, synchronisierende Frequenzsignale (416, 417) in Antwort auf die Erfassung eines Frequenzsignals (413) mit einer vorbestimmten Frequenz zu erzeugen;

- einem Korrelator (418, 419), der mit dem Frequenzdetektor (414, 415) gekoppelt und ausgelegt ist, synchronisierende Signatursignale (420, 421) zu erzeugen; und

- einer synchronisierenden Taktvorrichtung (422), die mit dem Korrelator (418, 419) gekoppelt und ausgelegt ist, ein synchronisierendes Taktsignal synchron zu dem synchronisierenden Signatursignal (420, 421) zu erzeugen, wobei das synchronisierende Signatursignal (420, 421) dazu ausgelegt ist, den Empfänger (400) mit der Sendung des Senders (318) zu synchronisieren,

dadurch gekennzeichnet, daß der Korrelator (418, 419) die synchronisierenden Signatursignale (420, 421) in Antwort auf eine sequentielle Kombination von synchronisierenden Frequenzsignalen (416, 417) erzeugt.

7. Verfahren zum Synchronisieren des Netzwerkeintrittes in ein Frequenzsprung-Kommunikationssystem, mit den Schritten:

- Erzeugen eines Rahmens von vermischten Frequenzsprungsignalen (322) mit einem Rahmensynchronisationssignal (fM, fN) und einer Vielzahl von Datensignalen (f&sub1;, f&sub2;, fk, f&sub6;&sub4;);

- Senden des Rahmens von vermischten Frequenzsprungsignalen (322);

- Empfangen des Rahmens von vermischten Frequenzsprungsignalen (322);

- Trennen des Rahmensynchronisationssignals (fM, fN) von dem Rahmen von vermischten Frequenzsprungsignalen (322); und

- Synchronisieren einer Taktvorrichtung (422), um rahmensynchronisierte Taktsignale in Antwort auf das Ranmensynchronisationssignal (fM, fN) zu erzeugen,

8. Verfahren zum Synchronisieren des Netzwerkeintrittes in ein vernetztes Frequenzsprung-Kommunikationssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vermischten Frequenzsprungsignale verschachtelte, pseudostatistische Frequenzsprung-Signale (322) sind.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte des Trennens des Rahmensynchronisationssignals (fM, fN) von den verschachtelten, pseudostatistischen Frequenzsprungsignalen (322) und des Synchronisierens der Taktvorrichtung (422) die Schritte aufweisen:

- Verarbeiten der verschachtelten, pseudostatistischen Frequenzsprungsignale (322), um das Rahmensynchronisationssignal (fM, fN) zu erfassen; und

- Korrelieren des Rahmensynchronisationssignals (fM, fN), um das Netzwerk (110) zu synchronisieren.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch den Schritt:

-Erzeugen einer Vielzahl von Datensignalen in Antwort auf die empfangenen, vermischten Frequenzsprungsignale (322) und die synchronisierten Taktsignale.