DE978061C

DE978061C - Verfahren zur Feststellung und Anzeige von Nachrichtenübertragungskanälen

Info

Publication number: DE978061C
Application number: DE1966978061
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl.-Phys. Dr 7900 Ulm Baur
Original assignee: Telefunken Patentverwaltungsgesellschaft mbH, 7900 Ulm
Priority date: 1966-05-13
Filing date: 1966-05-13
Publication date: 1977-12-22

Description

fl_v = — I /(i) cos ι-ω idi

ZX *)

— .7
— .7

b_v = — I /(i)sin γ ω tat

π J

gebildet werden, wobei a_v und b_v ein Maß für die Amplitude der Empfangsspannung der Frequenz η», ω eine gewählte, im Vergleich zu den Empfangsfrequenzen niedrige, den Kanalabstand bestimmende Frequenz und /(O = a₀ + U₁ cos wt + a₂

cos 2 tut + b₁ sind mt + b₂ sin 2ωί ist

und sich aus den a_v und b_v die frequenzmäßige Lage der einzelnen Sender ergibt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der gespeicherten Folgen der einzelnen

festgestellt und angezeigt wird, ob bei der registrierten Schwingung die Nulldurchgänge gleichen Abstand zueinander aufweisen (Amplitudenmodulation) oder ob verschiedene Abstände der Nulldurchgänge (Frequenzmodulation) auftreten.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Nachrichtenübertragung mittels Zeitmultiplex mit Pulsamplitudenmodulation die Orthogonalbeziehung

+ T/2

-T/2

gebildet wird (T = der Abstand zwischen zwei Sendezeitpunkten eines Kanals, /(O = a₀ i(t) + U₁ i(t + fi) + a₂ i(t +1₂) ..., a_v ein Maß für die Amplituden der Signale der einzelnen Ubertragungskanäle, i(t + t_v) ein Vergleichsimpuls bestimmter Lage auf der Zeitachse), wozu zuvor die Vergleichsimpulse i{t + t_v) in zeitliche Übereinstimmung mit den Impulsen der Funktion gebracht werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Nachrichtenübertragung durch »RADAS« sowie geeignetem Code der empfangenen Signale die Quasiorthogonalbeziehung «v = f/_v(0/(0gebndetwird(/(0 = 0(JoUHaJ₁(O .... a_v ein Maß für die Amplituden der einzelnen Nachrichtenkanäle, j_v{t) ein Vergleichsimpuls bestimmter Adressenzuordnung), wobei die Größen a_v ein Maß der Stärke der einzelnen Empfangskanäle darstellen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Multiplikatoren anstelle eines die Summe bildenden Glieds einem Und-Gatter zugeführt wird, wodurch in den einzelnen Kanälen nur bei Übereinstimmung der Zeichenschritte zwischen eintreffendem Radas-Impuls und Vergleichsimpuls ein Ausgangssignal erzeugt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich noch die Übereinstimmung der Trennschritte überprüft wird und daß die bei dieser Übereinstimmung erzeugten Signale ebenfalls dem Und-Gatter zugeführt werden, das nur bei voller Übereinstimmung der Adresse des empfangenen Impulses und der einem Kanal vorgegebenen Adresse ein Ausgangssignal erzeugt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Digitalrechners die vom Empfänger abgegebenen Signale mit einer Frequenz, die wenigstens gleich dem Zweifachen der höchsten im Frequenzband auftretenden Frequenz ist, getastet werden, und daß die Impulse auf einen Analog-Digital-Wandler gegeben werden, dessen Ausgangssignale dem Rechner zugefügt werden.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feststellung und Anzeige von Nachrichtenübertragungskanälen in einem vorgegebenen breiten Frequenzbereich.

Ein derartiges Verfahren dient der Funküberwachung. Es ist bekannt, für diesen Zweck sogenannte Panoramaempfänger einzusetzen, bei denen der schmalbandige Empfängereingang kontinuierlich in der Frequenz durchgewobbelt wird. Hierbei wird eine Anzeige erzeugt, aus der sich die Stärke der einzelnen Sender sowie ihre Sendefrequenz entnehmen läßt. Nachteilig an der bekannten Anordnung ist die Tatsache, daß kurzzeitige Sendungen mit großer so Wahrscheinlichkeit nicht aufgefaßt werden.

Es ist zur Lösung des Problems auch schon bekannt, den Gesamtfrequenzbereich in eine Anzahl von Teilbereichen zu unterteilen und jedem Teilbereich einen entsprechend abgestimmten Empfänger zuzuordnen. Nachteilig an dieser Anordnung ist die Tatsache, daß sehr viele Empfänger benötigt werden. Beiden bekannten Verfahren haftet außerdem der Nachteil an, daß sie nur bei Nachrichtenübermittlung durch Frequenzmultiplex einsetzbar sind, jedoch nicht mehr bei Nachrichtenübertragung durch Zeitmultiplexsysteme, bei denen den einzelnen Ubertragungskanälen bestimmte Sendezeiten zugeordnet sind, und bei denen zwischen zwei Sendeimpulsen eines Ubertragungskanals die Sendezeiten der anderen Kanäle liegen. Außerdem versagen die bekannten Überwachungssysteme auch bei Anwendung anderer moderner Breitbandverfahren, z. B. des sogenannten RADAS-Systems, bei dem jeder Sendeimpuls eine bestimmte

Adresse in Form von Ja-Nein-Schritten beinhaltet und ein Empfänger nur Impulse aufnimmt, die die ihm vorgegebene Adresse beinhaltet.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein System zur Feststellung und Anzeige von Nachrichtenübertragungskanälen zu schaffen, das leicht an die verschiedenen Ubertragungssysteme angepaßt werden kann und das auch die anderen, obenerwähnten Nachteile nicht aufweist.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die über einen entsprechend dem vorgegebenen Gesamtfrequenzbereich ausgelegten Breitbandempfänger empfangene Signale f(t) einem Rechner zugeführt werden, in dem die Orthogonalbeziehungen oder Quasiorthogonalbeziehungen der Signale/(i) und einer Reihe von den Gliedern der Funktion f(t) entsprechenden Signalen gebildet werden, und daß die hierbei entstehenden Signale zur Anzeige des Vorhandenseins von Nachrichtenkanälen ausgenutzt werden.

Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren wird nunmehr ein Breitbandempfänger eingesetzt. Bei Frequenzmultiplex erscheint am Ausgang des Empfängers eine Spannung f(t), die sich aus mehreren Teilspannungen verschiedener Frequenz zusammensetzt. Diese Spannung wird in den Rechner eingegeben, und die Auftrennung in Kanäle erfolgt erst im Rechner. Man gibt sich dort eine Frequenz ω vor, die gleich dem Abstand der Kanäle ist. Die Wahl der Frequenz o> richtet sich nach dem Kanalabstand der Sender. Sind beispielsweise in dem zur Diskussion stehenden Frequenzband laut Statistik viele Sender vorhanden, die einen Kanalabstand von 100 kHz aufweisen, so wird man o> zu 100 kHz wählen. Im Rechner werden folgende Orthogonalbeziehungen gebildet

1 r a_v = — / f(t) cos c ω t

at

— .τ

= - (/M si

π J

sin j- u)t at.

Fallen in den zu überwachenden Frequenzbereich F die Vielfachen n«> bis (n + m) ω, so sind 2 m Orthogonalbeziehungen im Rechner zu bilden, wobei ν zwischen η und η + m variiert. Aus der Ausgangsspannung des Empfängers f(t) wird dadurch, daß eine Integration über die Periode der Frequenz ω durchgeführt wird, ein dieser Periode entsprechender Abschnitt herausgeschnitten. Wenn man annimmt, daß sich dieser Abschnitt periodisch wiederholt, so kann man die sich hierbei ergebende Funktion/(r) nach Fourier folgendermaßen schreiben

f(t) = a₀ + O₁ cos öd + a₂ cos 2 a>t ...
+ b_l sin ωί + b₂ sin 2 a>t ...

Von den 2 i'-Ausgängen des Rechners geben diejenigen eine der Größe a_v und b_v entsprechende Spannung ab, in deren zugehörigen Frequenzkanal ein Sender fällt. Aus der Größe der Spannungen a_v und b_v kann man bereits auf die Stärke des in dem zugehörigen Frequenzkanal einfallenden Senders schließen. Man kann zur genauen Ermittlung der der Feldstärke proportionalen Größe a% noch die Beziehung

> ausrechnen lassen.

In der Fig. 1 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem Frequenzmultiplexübertragung vorausgesetzt ist. Die Empfangsantenne ist mit 1 und der Breitbandempfänger, dessen Ubertragungs-ο bandbreite den gesamten zu überwachenden Frequenzbereich überdeckt, mit 2 bezeichnet. Die Ausgangsspannung des Breitbandempfängers wird einem Rechner 3 zugeführt. In diesem werden die erwähnten Orthogonalbeziehungen gebildet. Hierzu enthält der Rechner

i) 3 Multiplikatoren Aa bis Am (der Einfachheit halber sind nur 6 Frequenzkanäle vorgesehen) und Integratoren 5a bis 5m. Den Multiplikatoren Aa bis Am wird die Empfangsspannung/(r) zugeführt, und außerdem wird dem Multiplikator Aa eine Spannung mit der Frequenz na>, und zwar cos nwi, dem Multiplikator Ab eine gleich große Spannung der Frequenz (n + 1) ο) (cos (n + \)u)t) usw. und schießlich dem Multiplikator 4/eine ebenfalls gleich große Spannung mit der Frequenz (n + 5) ω (cos (n + 5) ωί eingegeben.

Den 6 weiteren Multiplikatoren Ag bis Am werden Spannungen zugeführt, die in der Frequenz mit den den Multiplikatoren Aa bis Af zugeführten Spannungen übereinstimmen, jedoch gegenüber diesen um 90^J phasenverschoben sind (sin nwt usw). Es sei hier der Einfachheit halber angenommen, daß nur diese 6 Vielfachen n<» bis (n + 5) ω in den Ubertragungsbereich des Empfängers 2 fallen. Die Frequenzen ηω bis (n + 5) ω werden im dargestellten Beispiel der Anschaulichkeit halber von der im Vergleich zu den Empfangsfrequenzen kleinen Frequenz ω des Oszillators 6 unter Zuhilfenahme von Vervielfachern 7 abgeleitet. Die Vervielfacher 7 haben Ausgänge für die beiden phasenverschobenen Spannungen gleicher Frequenz. In den Gliedern 5 wird eine Integration über die Periodendauer von ω bewirkt. Am Ausgang der Integratoren erscheint nur dann eine Spannung, wenn die den Multiplikatoren von dem Vervielfacher her zugeführte Frequenz in der vom Empfänger 2 kommenden Spannung f(t) wenigstens oäherungsweise enthalten ist. Wie bereits erwähnt, kann man von den sich entsprechenden, an den Ausgängen des Rechners erhaltenen Größen a_v und b_v auf die Größe der empfangenen Signale schließen. Diese Spannungen können im Speicher 8 gespeichert und auf einem Anzeigegerät 9, beispielsweise einer Anzeigeröhre, zur Anzeige kommen. In der oberen Zeile der Anzeigeröhre 9 ist vertikal die Größe von a_v dargestellt, während in der unteren Zeile die b_v entnommen werden können. Aus der Lage der Leuchtstriche auf der Horizontalen ergibt sich die frequenzmäßige Lage der Sender.

Man kann die Anordnung der F i g. 1 noch etwas vereinfachen, wenn man anstelle der Integratoren 5 Tiefpässe verwendet. In den Multiplikatoren 5 entstehen bei der Multiplikation der Spannung f(t) mit der Spannung cos vwt oder sin vwt Summen- und Differenzfrequenzen. Die Tiefpässe müssen derart bemessen sind, daß auch die dabei entstehende Spannung der Frequenz ω nicht durchgelassen wird.

Es ist oft auch von Interesse, die Modulationsart der empfangenen Signale zu kennen. Zwischen Frequenzmodulation und Amplitudenmodulation kann man nun dadurch unterscheiden, daß man anhand

der gespeicherten Folgen der

a* =

prüft, ob die Nulldurchgänge der sich aus der Folge > ergebenden Schwingung gleichen Abstand haben (A M) oder ob diese Abstände verschieden sind (FM).

Wie bereits erwähnt, ist das erfindungsgemäße Verfahren auch bei der Nachrichtenübertragung mittels Zeitmultiplex anwendbar. In diesem Falle ist die i<> Spannung f{t), die aus dem Empfänger kommt, Pulsamplitudenmodulation vorausgesetzt, gegeben durch:

f(t) = O₀Ht) + U₁ i(t + I₁) + a₂ i(t + t₂). ,_

Mit a_v ist auch hier wieder die Stärke, mit der die einzelnen Ubertragungskanäle auftreten, bezeichnet und / (f + t_v) sind zeitlich gestaffelte Impulse, von denen benachbarte um die Zeit t_v — i_v-1 gegeneinander verschoben sind. Unter Voraussetzung gleicher Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen beträgt dieser Abstand t_v Auch hier werden Orthogonalbezeihungen gebildet, die nunmehr folgende Form haben:

25

+ T/2

a_v= J i (t

+ O ■ f(t) dt,

-T/Z

wobei T der Zeitabstand zwischen zwei Sendezeitpunkten eines Ubertragungskanals ist. Allerdings müssen nun zuerst die Vergleichsimpulse und die entsprechenden Impulse der Empfangsspannung f(t) in zeitliche Übereinstimmung gebracht werden. Aus der oben angeschriebenen Funktion geht hervor, daß man zur Bildung der Orthogonalbeziehung zeitlich um f_v — i_v_i gegeneinanderverschobeneVergleichsimpulse i (t + t_v) benötigt. Nach der Multiplikation und Integration erhält man auch hier Werte a_v, die ein Maß der Stärke der entsprechenden Ubertrgungskanäle darstellen. Dieses Verfahren ist anwendbar, wenn man den Zeitabstand zwischen den einzelnen Ubertragungskanälen, aber auch den Abstand zwischen zwei Sendezeitpunkten eines Kanals kennt oder ermittelt hat.

Die F i g. 2 zeigt ein hierfür geeignetes Ausführungsbeispiel. Mit 1 ist wiederum die Empfangsantenne und mit 2 der Empfänger bezeichnet. Der Rechner trägt wiederum das Bezugszeichen 3. Er enthält Multiplikatoren Aa bis Af und Integratoren 5a bis 5 /. Die für die Bildung der Orthogonalbeziehungen benötigten Vergleichsimpulse i (t + i_v) werden aus den Impulsen des Impulsgenerators 10 mittels der Verzögerungsleitungen 11a bis 11/ mit verschieden großer Verzögerung abgeleitet. Es wurde der Einfachheit halber wiederum nur ein 6kanaliger Rechner dargestellt. Der Verzögerungsunterschied zweier benachbarter Verzögerungsleitungen, z. B. 11a und 11b, ist gleich dem Zeitabstand zwischen den Sendezeiten zweier zeitlich benachbart liegender Ubertragungskanäle. Um die Orthogonalbeziehung bilden zu können, muß zwischen den einzelnen Impulsen der Funktion f(t), z. B. dem Impuls a„ i(t +1„), und den dazugehörigen Impulsen aus den Verzögerungsleitungen (für das angegebene Beispiel i (i + t„) zeitliche Übereinstimmung herrschen. Diese wird beim Ausfuhrungsbeispiel durch Einstellung am Verzögerungsglied 12 erzielt.

Am Ausgang der Multiplikatoren Aa bis Af erscheint nur eine Spannung, wenn in der Spannung f(t) am Ausgang des Empfängers ein Impuls enthalten ist, der dem Vergleichsimpuls entspricht. Die integrierte Spannung kann wiederum in den Speicher 8 eingespeichert werden.

Um den Rechner 3 der F i g. 1 den der F i g. 2 zugrunde zuliegenden Bedingungen anzupassen, muß man lediglich das Programm des Rechners etwas abändern.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei Einsatz des Radas-Systems angewendet werden, allerdings muß dort die Quasiorthogonalbeziehung a_v = ij_v(t)f(t) gebildet werden. f(t) besteht in diesem Falle aus gleichzeitig und/oder nacheinander auftretenden Impulsen mit verschiedenen Adressen

WU) = O₀J₀U) + Oj₁U) + U₂J₂U) ...,

wobei a_v wiederum ein Maß der Stärke des Signals ist). Die Bildung der Quasiorthogonalbeziehung bedeutet hier, daß in den einzelnen Kanälen des Rechners geprüft wird, ob in der Funktion f(t) ein Impuls einer bestimmten Adresse enthalten ist. Nur dann weist die Spannung am Ausgang der Kanäle des Rechners maximale Größe auf. Bei diesem Uberwachungssystem wird auch bei Nichtübereinstimmung einzelner Schritte der dem Kanal im Rechner vorgegebenen Adresse mit den entsprechenden Schritten der ankommenden Adresse am Ausgang des Summators eine Spannung abgegeben. Um nun unterscheiden zu können, ob ein Ausgangssignal eines Kanals bei völliger Übereinstimmung der Adressen oder bei Nichtübereinstimmung der Adressen zustande gekommen ist, muß dafür gesorgt werden, daß sich die hierbei erzeugten Signale stark unterscheiden. Man kann aus diesem Grunde das beschriebene Uberwachungssystem nur bei bestimmten Codes einsetzen, deren einzelne Codewörter in den »falschen Kanälen« nur kleine Spannungen hervorrufen. Solche Codes kommen beim Radas-System aus ähnlichen Gründen zum Einsatz.

In der F i g. 3 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, mit dem Radas-Kanäle, vorausgesetzt, daß ein Code verwendet wird, wie er oben erläutert ist, festgestellt werden können. Mit 1 ist wiederum die Antenne, mit 2 der Breitbandempfänger und mit 3 der Rechner bezeichnet. Zur Bildung der Quasiorthogonalbeziehung sind in dem Rechner Laufzeitglieder 13a bis 13/ vorgesehen, die an verschiedenen Stellen Abgriffe aufweisen, also verschiedenen Adressen zugeordnet sind. In der Zeichnung sind der Einfachheit halber lediglich drei Abgriffe pro Laufzeitglied vorgesehen; in der Praxis sind es sehr viel mehr. Nach Einlaufen eines Impulses mit bestimmter Adresse in ein Laufzeitglied, bei dem die Verteilung der Abgriffe dieser Impulsadresse entspricht, erhält man bei allen Abgriffen eine Ausgangsspannung, da an den entsprechenden Stellen gerade ein Ja-Schritt der Adresse liegt. Die Laufzeitglieder 13 selbst bewirken hier die Multiplikation der Quasiorthogonalbeziehung. Die Ausgangsspannungen werden in den Summiergliedern 14a bis 14/ aufaddiert. Sie sind ein Maß der Stärke des empfangenen Radas-Kanals. Wie bereits oben angedeutet, ist es ungünstig, daß bei Auftreten einer bestimmten Adresse, die z. B. dem Kanal 13a zugeordnet ist, auch in den anderen Kanälen eine, wenn auch kleinere, so doch wesentliche Ausgangsspannung erzeugt wird.

Wie bereits erwähnt, kann man eine Unterscheidung zwischen »echter« und »falscher« Anzeige dadurch bewirken, daß man dieses System nur dort einsetzt, wo durch den verwendeten Adressencode eine Erzeugung von wesentlichen Spannungen in den falschen Kanälen nicht zustande kommt.

Die obenerwähnte Voraussetzung betreffend den Code oder — anders ausgedrückt — die erwähnte Einschränkung der Einsatzmöglichkeit des Systems kann beseitigt werden, wenn man anstelle der Summierglieder 14a bis 14/ der Fig. 3 Und-Gatter setzt, also Glieder, die nur ansprechen, wenn alle zugehörigen Abgriffe eine Ausgangsspannung aufweisen. In diesem Falle ist das Verfahren unabhängig vom verwendeten Code einsetzbar.

Man kann eine weitere Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens dann erreichen, wenn man nicht nur, wie oben vorgeschlagen, an den Stellen Abgriffe anbringt, an denen bei der richtigen Adresse eine Spannung (Zeichen-Schritt) liegt, sondern auch dort, wo die Spannung dann Null ist (Trenn-Schritt). Man führt in diesem Falle einen Vergleich aller Adressenschritte des einkommenden Signals mit den den einzelnen Kanälen vorgegebenen Adressen durch (Koinzidenzprüfung). Nur dann, wenn alle Schritte übereinstimmen, wird von dem Und-Gatter ein Signal abgegeben und damit das Vorhandensein des entsprechenden Kanals festgestellt und angezeigt.

Auch hier ist es möglich, das Produkt der Quasiorthogonalbeziehung in Multiplikationsstufen zu bilden, jedoch muß man dann Vergleichsimpulse verschiedener Adressen erzeugen und diese für jeden Kanal in zeitliche Übereinstimmung mit den ankommenden Impulsen gleicher Adresse bringen. Die oben beschriebene Möglichkeit vereinfacht demgegenüber das Verfahren.

Bei den bisherigen Ausführungsbeispielen wurden Analogrechner vorausgesetzt. Man kann auch Digitalrechner einsetzen, muß diesen dann aber die Signale /(O und die Vergleichssignale in digitaler Form zuführen. Hierzu werden die vom Empfänger 2 abgegebenen Signale, aber auch, so weit notwendig, die Vergleichssignale mit einer Frequenz, die wenigstens gleich dem Zweifachen der höchsten im Frequenzband auftretenden Frequenz ist, getastet, und die Größe der hierbei entstehenden Impulse wird in Analog-Digital-Wandlern in digitale Werte umgesetzt und dem Recher zugeführt. Bei der Digitalisierung geht wegen der Quantisierung Information verloren, jedoch kanr man zur Vermeidung dieses Nachteils die Stufen für den zu digitalisierenden Analogwert entsprechend klein wählen. Aus der nach der Abtastung erhaltenen Pulsamplitudenmodulation wird in den Analog-Digital-Wandlern eine Pulscodemodulation gemacht, die dem Rechner zugeführt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

709 651/3

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Feststellung und Anzeige von Nachrichtenübertragungskanälen in einem vorgegebenen breiten Frequenzbereich, dadurch gekennzeichnet, daß die über einen entsprechend ausgelegten Breitbandempfänger Empfangenen Signale f(t) einem Rechner zugeführt werden, in dem die Orthogonalbeziehungen oder Quasiorthogonalbeziehungen der Signale /(O und einer Reihe von den Gliedern der Funktion /(O entsprechenden Signalen gebildet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Nachrichtenübertragung mittels Frequenzmultiplex die in das gewählte Frequenzband fallenden Orthogonalbeziehungen