EP0494346A2 - Überwachungsempfänger und Verfahren zum Überwachen eines Frequenzbandes - Google Patents

Überwachungsempfänger und Verfahren zum Überwachen eines Frequenzbandes Download PDF

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EP0494346A2
EP0494346A2 EP19910116816 EP91116816A EP0494346A2 EP 0494346 A2 EP0494346 A2 EP 0494346A2 EP 19910116816 EP19910116816 EP 19910116816 EP 91116816 A EP91116816 A EP 91116816A EP 0494346 A2 EP0494346 A2 EP 0494346A2
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EP
European Patent Office
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frequency
monitoring
receiver
baseband
spectra
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Manfred Moster
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Alcatel Lucent Deutschland AG
Alcatel Lucent NV
Original Assignee
Alcatel SEL AG
Alcatel NV
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04K—SECRET COMMUNICATION; JAMMING OF COMMUNICATION
    • H04K3/00—Jamming of communication; Counter-measures
    • H04K3/20—Countermeasures against jamming
    • H04K3/22—Countermeasures against jamming including jamming detection and monitoring
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04K—SECRET COMMUNICATION; JAMMING OF COMMUNICATION
    • H04K3/00—Jamming of communication; Counter-measures
    • H04K3/40—Jamming having variable characteristics
    • H04K3/45—Jamming having variable characteristics characterized by including monitoring of the target or target signal, e.g. in reactive jammers or follower jammers for example by means of an alternation of jamming phases and monitoring phases, called "look-through mode"
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04K—SECRET COMMUNICATION; JAMMING OF COMMUNICATION
    • H04K3/00—Jamming of communication; Counter-measures
    • H04K3/80—Jamming or countermeasure characterized by its function
    • H04K3/82—Jamming or countermeasure characterized by its function related to preventing surveillance, interception or detection

Definitions

  • the invention relates to a monitoring receiver and a method for monitoring a frequency band.
  • This object is achieved by a monitoring receiver with the combination of features of the first device claim and by a method with the combination of features of the first method claim.
  • the monitoring receiver according to the invention and the method according to the invention have the advantage, despite extremely low selection effort, of enabling spectral monitoring that uniquely assigns each spectral line.
  • Subclaims 2 to 4 relate to digital signal processing in the baseband.
  • a power divider labeled 1 a high-frequency input signal is fed.
  • the high-frequency input signal arrives from the power divider at a mixer labeled 2 and 3.
  • the mixers 2 and 3 the high-frequency input signal is mixed with a high-frequency signal originating from a local oscillator 8.
  • the signal originating from the local oscillator 8 is split into a 90 o power divider 9 before it is fed to the mixers 2 and 3.
  • the output of the mixer 2 is connected to a low-pass filter 4, the output of the mixer 3 to a low-pass filter 5.
  • the low-pass filters 4 and 5 serve to limit the mixer output signals, they are so-called anti-aliasing low-pass filters.
  • An analog / digital converter 6 connects to the low pass 4, and an analog / digital converter 7 connects to the low pass 5.
  • the analog / digital converters 6 and 7 convert the time and value continuous output signals of the low passes 4 and 5 into time and value discrete signals.
  • Digital signals are then available at the outputs of the A / D converters 6 and 7 and are processed further in a processor system designated by 10.
  • means designated 11 in the processor system 10 are present, which subject the output signals of the A / D converters 6 and 7 to a complex, fast Fourier transformation.
  • the frequency spectra of the output signals of the A / D converter are then present in a sub-area of the processor system 10, and can be stored there, for example.
  • quadrature components of the input signal are present at the input of the processor system 10. Recipients who work according to such a system, So those who operate complex signal processing are protected against image frequency. Additional measures for clearly assigning spectral lines are not necessary. However, due to the two mixers, a lot of material has to be driven. Even the smallest differences in the transfer function of channels 1, 4 and 6 or 3, 5 and 7 lead to errors in the spectrum.
  • 2a shows a block diagram of the receiver according to the invention. 2a and the following applies that the same reference numerals designate the same elements.
  • the high-frequency input signal is fed to the mixer 2 by being mixed with the signal from the local oscillator 8. Power dividers and other mixers are not available.
  • the already known anti-aliasing low-pass filter 4 is connected to the mixer 2. The output signal of the low pass 4 can not be seen whether it comes from the high-frequency side upper or lower band. This initially ambiguous output signal is digitized in the analog / digital converter 6.
  • a processor system denoted by 13 which differs from the processor system 10 by a correlator denoted by 15, however, restores the unique assignment of the spectral lines. The procedure is as follows:
  • a first frequency spectrum is recorded at a first oscillator frequency.
  • the oscillator frequency is then changed and a second frequency spectrum is recorded at a second oscillator frequency.
  • the offset of the oscillator frequency is chosen so that the upper band of the first data acquisition with the subband of the second data acquisition covers the same frequency range.
  • Both data recordings are stored and then correlated with one another in correlator 15. Only lines from the overlap area remain in the correlation. All mirrored spectral lines are eliminated. The spectral lines are thus assigned to unique frequencies.
  • FIGS. 2b to 2d shows a spectrum which was recorded at an oscillator frequency of 35 MHz and digitized in a 10 MHz A / D converter.
  • FIG. 2c shows a recording that was taken with an oscillator frequency of 40 MHz. It can be seen that the spectrum according to FIG. 2b contains significantly more lines than the spectrum according to FIG. 2c. The correlation of the two spectra with each other provides the spectral lines that actually lie in this frequency range (FIG. 2d).
  • the offset of the oscillator frequency for recording two data records depends on the useful bandwidth of the receiver, but is in any case less than half the sampling frequency (Nyquist criterion).
  • the digital signal processing can take place in real time, otherwise off-line.
  • the receiver according to FIG. 2a is not able to detect signals with modulation.
  • the reason for this is the chronological succession of the two data recordings.
  • a receiver according to FIG. 3 is required. 3 consists of two receivers according to FIG. 2a.
  • the high-frequency input signal is divided between the two mixers 2 and 3 in the already known 0 o power divider 1.
  • the signal is mixed with the output signal of an oscillator 16, in mixer 3 with the output signal of an oscillator 17.
  • the oscillator frequencies of the oscillators 16 and 17 are offset from one another in such a way that the upper band overlaps with the lower band.
  • the output signals of the two mixers 2 and 3 are digitally fed to the processor system 13 via the already known anti-aliasing low-pass filters 4 and 5 and the already known analog / digital converters 6 and 7. There they are subjected to a fast Fourier transformation by means 14a or 14b and stored in storage devices 12a or 12b.
  • the spectra obtained in this way are no longer staggered in time. They are correlated with one another in correlator 15, so that a clear assignment of the spectral lines is possible at the output of the correlator.
  • the useful bandwidth of the receiver depends on the mixer and the local oscillator (synthesizer). A preselection of the input signal is necessary in order to suppress secondary reception points by aliasing in the high-frequency level.
  • the partial bandwidth of the monitored partial area depends on the sampling rate of the A / D converter and the steepness of the filter.
  • the window width depends on the sampling rate and the FFT length. With a sampling rate of 10 MHz and a memory depth (FFT length) of 1024, the window width is 20 kHz.

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Abstract

Übliche Überwachungsempfänger sind Mehrfachüberlagerungsempfänger, die einen hohen Selektionsaufwand erfordern. Es wird ein einfacher Überlagerungsempfänger vorgeschlagen, der mit geringem Selektionsaufwand eindeutig Spektrallinien liefert und eine große Dynamik hat. Um die Spektrallinien eindeutig zuordnen zu können (Spiegelfrequenzen), werden Spektren bei verschiedenen Oszillatorfrequenzen aufgenommen. Dies geschieht zeitlich nacheinander - mit einem Empfänger - oder gleichzeitig - mit zwei Empfängern -. Die Oszillatorfrequenzen sind so gegeneinander versetzt, daß derselbe Frequenzbereich überdeckt wird. Anschließende Korrelation der gewonnenen Spektren liefert die eindeutige Zuordnung. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Überwachungsempfänger und ein Verfahren zum Überwachen eines Frequenzbandes.
  • Herkömmliche Überwachungsempfänger arbeiten nach dem Mehrfachüberlagerungsprinzip mit A/D-Wandlung auf einer ZF-Ebene. Dabei müssen in jeder Frequenzebene Spiegelfrequenzen durch aufwendige Selektionsmittel unterdrückt werden. Erwünscht wäre nach dem grundsätzlich spiegelfrequenzfreien ZFO-Prinzip zu arbeiten, bei dem ein Hochfrequenzband durch zwei Mischer mit einem Oszillator direkt in ein Basisband umgesetzt wird. Die Kanalselektion erfolgt auf der niederfrequenten Seite mittels zweier Tiefpässe. Mit Hilfe der beiden Mischer werden die Quadraturkomponenten des Signales gebildet. Die nach diesem Prinzip arbeitenden Überwachungsempfänger haben den Nachteil, daß schon kleine Amplitudenunterschiede in den beiden Zweigen zu Fehlern führen, die die Existenz von Spiegelfrequenzen vortäuschen, wodurch der Dynamikbereich auf maximal 35 dB begrenzt ist. Überlagerungsempfänger nach dem ZFO-Prinzip sind daher für eine Spektralüberwachung ungeeignet.
  • Daher ist es Aufgabe der Erfindung, einen Überwachungsempfänger und ein Verfahren zur Überwachung von Frequenzbändern anzugeben, was den hohen Materialaufwand der Mehrfachüberlagerung vermeidet und einen ausreichenden Dynamikbereich ermöglicht. Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Überwachungsempfänger mit der Merkmalskombination des ersten Vorrichtungsanspruches und durch ein Verfahren mit der Merkmalskombination des ersten Verfahrensanspruches.
  • Der erfindungsgemäße Überwachungsempfänger und das erfindungsgemäße Verfahren haben den Vorteil, trotz extrem geringen Selektionsaufwandes eine Spektralüberwachung zu ermöglichen, die jede Spektrallinie eindeutig zuordnet. Die Unteransprüche 2 bis 4 betreffen die digitale Signalverarbeitung im Basisband.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Figuren 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen herkömmlichen ZF0-Empfänger,
    Fig. 2a
    einen Empfänger gemäß der Erfindung,
    Fig. 2b bis 2d
    Messung mit Empfänger gemäß Fig. 2a
    Fig. 3
    eine aus zwei Empfängern bestehende Überwachungseinrichtung.
  • In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines üblichen Überwachungsempfängers, im folgenden Empfänger genannt, dargestellt. Einem mit 1 bezeichneten Leistungsteiler wird ein hochfrequentes Eingangssignal zugeführt. Vom Leistungsteiler gelangt das hochfrequente Eingangssignal auf einen mit 2 und einen mit 3 bezeichneten Mischer. In den Mischern 2 und 3 wird das hochfrequente Eingangssignal mit einem aus einem lokalen Oszillator 8 stammenden hochfrequenten Signal gemischt. Das aus dem lokalen Oszillator 8 stammende Signal wird vor seiner Zuführung zu den Mischern 2 und 3 in einem 90o-Leistungsteiler 9 aufgeteilt. Der Ausgang des Mischers 2 ist mit einem Tiefpaß 4 verbunden, der Ausgang des Mischers 3 mit einem Tiefpaß 5. Die Tiefpässe 4 und 5 dienen der Bandbegrenzung der Mischerausgangssignale, sie sind sogenannte Anti-Aliasing-Tiefpässe. An den Tiefpaß 4 schließt sich ein Analog/Digitalwandler 6, an den Tiefpaß 5 ein Analog/Digitalwandler 7 an. Die Analog/Digitalwandler 6 und 7 wandeln die zeit- und wertkontinuierlichen Ausgangssignale der Tiefpässe 4 und 5 in zeit- und wertdiskrete Signale um. An den Ausgängen der A/D-Wandler 6 und 7 stehen dann digitale Signale zur Verfügung, die in einem mit 10 bezeichneten Prozessorsystem weiter verarbeitet werden. So sind beispielsweise im Prozessorsystem 10 mit 11 bezeichnete Mittel vorhanden, die die Ausgangssignale der A/D-Wandler 6 und 7 einer komplexen schnellen Fourier-Transformation unterwerfen. In einem mit 12 bezeichneten Teilbereich des Prozessorsystemes 10 liegen dann die Frequenzspektren der Ausgangssignale der A/D-Wandler vor und können dort z.B. abgespeichert werden.
  • Am Eingang des Prozessorsystemes 10 liegen die sogenannten Quadraturkomponenten des Eingangssignales vor. Empfänger, die nach einem solchen System arbeiten, die also komplexe Signalverarbeitung betreiben, sind spiegelfrequenzsicher. Zusätzliche Maßnahmen zur eindeutigen Zuordnung von Spektrallinien sind nicht erforderlich. Es muß jedoch, aufgrund der zwei Mischer, ein hoher Materialaufwand getrieben werden. Schon kleinste Unterschiede in der Übertragungsfunktion der Kanäle 1, 4 und 6 oder 3, 5 und 7 führen zu Fehlern im Spektrum.
  • Fig. 2a zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Empfängers. Für die Fig. 2a und für das folgende gilt, daß gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen. Das hochfrequente Eingangssignal wird dem Mischer 2 zugeführt, indem es mit dem Signal des lokalen Oszillators 8 gemischt wird. Leistungsteiler und weitere Mischer sind nicht vorhanden. An den Mischer 2 schließt sich der bereits bekannte Anti-Aliasing-Tiefpaß 4 an. Dem Ausgangssignal des Tiefpasses 4 ist nicht anzusehen, ob es aus dem hochfrequenzseitigen Ober- oder Unterband stammt. Dieses zunächst noch zweideutige Ausgangssignal wird im Analog/Digital-Wandler 6 digitalisiert. Ein mit 13 bezeichnetes Prozessorsystem, das sich vom Prozessorsystem 10 durch einen mit 15 bezeichneten Korrelator unterscheidet, stellt jedoch die eindeutige Zuordnung der Spektrallinien wieder her. Dabei wird wie folgt vorgegangen:
  • Bei einer ersten Oszillatorfrequenz wird ein erstes Frequenzspektrum aufgenommen. Anschließend wird die Oszillatorfrequenz verändert und bei einer zweiten Oszillatorfrequenz ein zweites Frequenzspektrum aufgenommen. Der Versatz der Oszillatorfrequenz ist so gewählt, daß das Oberband der ersten Datenaufnahme mit dem Unterband der zweiten Datenaufnahme den gleichen Frequenzbereich abdeckt. Beide Datenaufnahmen werden abgespeichert und anschließend im Korrelator 15 miteinander korreliert. Bei der Korrelation bleiben nur Linien aus dem Überlappungsbereich übrig. Alle gespiegelten Spektrallinien fallen weg. Damit sind die Spektrallinien eindeutigen Frequenzen zugeordnet. Anhand der Figuren 2b bis 2d wird der Vorgang der eindeutigen Zuordnung verdeutlicht. Fig. 2b zeigt ein Spektrum, das bei einer Oszillatorfrequenz von 35 MHz aufgenommen und in einem 10 MHz-A/D-Wandler digitalisiert wurde. Fig. 2c zeigt eine Aufnahme, die mit einer Oszillatorfrequenz von 40 MHz aufgenommen wurde. Man erkennt, daß im Spektrum nach Fig. 2b wesentlich mehr Linien als im Spektrum nach Fig. 2c enthalten sind. Die Korrelation beider Spektren miteinander liefert die tatsächlich in diesem Frequenzbereich liegenden Spektrallinien (Fig. 2d).
  • Der Versatz der Oszillatorfrequenz zur Aufnahme zweier Datensätze richtet sich nach der Nutzbandbreite des Empfängers, ist aber auf jeden Fall kleiner als die halbe Abtastfrequenz (Nyquistkriterium). Abhängig von der Bearbeitungsgeschwindigkeit des Prozessorsystemes 13 kann die digitale Signalverarbeitung in Echtzeit erfolgen, andernfalls Off-Line.
  • Der Empfänger nach Fig. 2a ist in der dort dargestellten Form nicht in der Lage, Signale mit Modulation zu detektieren. Die Ursache dafür liegt im zeitlichen Nacheinander der beiden Datenaufnahmen. Um Signale mit Modulation detektieren zu können, ist ein Empfänger nach Fig. 3 erforderlich. Der Empfänger nach Fig. 3 besteht aus zwei Empfängern nach Fig. 2a. Das hochfrequente Eingangssignal wird in dem bereits bekannten 0o-Leistungsteiler 1 auf die beiden Mischer 2 und 3 aufgeteilt. Im Mischer 2 wird das Signal mit dem Ausgangssignal eines Oszillators 16, im Mischer 3 mit dem Ausgangssignal eines Oszillators 17 gemischt. Die Oszillatorfrequenzen der Oszillatoren 16 und 17 sind, wie bereits anhand der Fig. 2a beschrieben, so gegeneinander versetzt, daß sich eine Überlappung des Oberbandes mit dem Unterband ergibt. Die Ausgangssignale der beiden Mischer 2 und 3 werden über die bereits bekannten Anti-Aliasing-Tiefpässe 4 und 5 und die bereits bekannten Analog/Digital-Wandler 6 und 7 tiefpaßgefiltert, digitalisiert dem Prozessorsystem 13 zugeführt. Dort werden sie mit Mitteln 14a oder 14b einer schnellen Fourier-Transformation unterworfen und in Speichereinrichtungen 12a oder 12b abgespeichert. Die auf diese Weise gewonnenen Spektren sind nicht mehr zeitlich gegeneinander versetzt. Im Korrelator 15 werden sie miteinander korreliert, so daß am Ausgang des Korrelators eine eindeutige Zuordnung der Spektrallinien möglich ist.
  • Die Nutz-Bandbreite des Empfängers ist vom Mischer und vom lokalen Oszillator (Synthesizer) abhängig. Eine Vorselektion des Eingangssignales ist notwendig, um Nebenempfangsstellen durch Aliasing in der Hochfrequenz-Ebene zu unterdrücken. Die Teil-Bandbreite des überwachten Teilbereiches hängt von der Abtastrate des A/D-Wandlers und der Steilheit der Filter ab. Die Fensterbreite ist abhängig von der Abtastrate und der FFT-Länge. Bei einer Abtastrate von 10 MHz und einer Speichertiefe (FFT-Länge) von 1024 ergibt sich eine Fensterbreite von 20 kHz.

Claims (9)

  1. Überwachungsempfänger mit einem durchstimmbaren Oszillator und einem Mischer zum Umsetzen hochfrequenter Teilbänder in ein Basisband und mit Mitteln zur Erzeugung von Frequenzspektren von Signalen aus dem Basisband,
    gekennzeichnet durch einen Korrelator, der Frequenzspektren, die zu unterschiedlichen, sich überlappenden hochfrequenten Teilbändern gehören, korreliert.
  2. Überwachungsempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale im Basisband digitalisiert sind.
  3. Überwachungsempfänger nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Mikroprozessor als Mittel zur Erzeugung der Frequenzspektren.
  4. Überwachungsempfänger nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Verwendung der schnellen Fourier-Transformation.
  5. Verfahren zum Überwachen eines Frequenzbandes, bei dem hochfrequente Teilbänder in ein Basisband transformiert und einer Fourier-Transformation zur Erzeugung von Frequenzspektren unterworfen werden,
    dadurch gekennzeichnet, daß Frequenzspektren von sich überlappenden hochfrequenten Teilbändern miteinander korreliert werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Verwendung der schnellen Fourier-Transformation (FFT).
  7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch seine Verwendung in Echtzeit.
  8. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Off-Line-Signalverarbeitung.
  9. Empfänger mit einem durchstimmbaren Oszillator und einem Mischer zum Umsetzen hochfrequenter Teilbänder in ein Basisband und mit Mitteln zur Erzeugung von Frequenzspektren von Signalen aus dem Basisband,
    gekennzeichnet durch einen Korrelator, der Frequenzspektren, die zu unterschiedlichen, sich überlappenden hochfrequenten Teilbändern gehören, korreliert.
EP19910116816 1990-10-13 1991-10-02 Surveillance receiver and method for monitoring a frequency band Withdrawn EP0494346A3 (en)

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DE19904032568 DE4032568A1 (de) 1990-10-13 1990-10-13 Ueberwachungsempfaenger und verfahren zum ueberwachen eines frequenzbandes
DE4032568 1990-10-13

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EP0494346A3 EP0494346A3 (en) 1993-02-10

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JPH04265028A (ja) 1992-09-21
EP0494346A3 (en) 1993-02-10
DE4032568A1 (de) 1992-04-16

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