FI86015B - Foerfarande och anordning foer aostadkommande av foerbindelse i kortvaogsradionaet. - Google Patents

Description

1 86015

Menetelmä ja laite yhteyden muodostamiseksi lyhytaaltoradiover-kossa. - Förfarande och anordning för ästadkommande av förbin-delse i kortvägsradionät.

Keksintö kohdistuu menetelmään yhteyden muodostamiseksi lyhytaal-toradioverkoissa, joissa on useita lähettimen ja/tai vastaanottimen sisältäviä asemia, lähettimen lähettämän ja tahdistus- ja osoitesignaalin sisältävän kutsusignaalin avulla.

Lyhytaaltolähetyksissä käytetään tiedonsiirron toteuttamiseksi pitkillä etäisyyksillä pääasiassa ionosfääristä heijastuneiden avaruusaaltojen etenemistä. Huolimatta avaruusaaltoyhteyden puutteista - kuten kohinamaisista häiriöistä, kanavan ajallisesti muuttuvista, dispersiivisistä ominaisuuksista ja selektiivisten häiriölähteiden olemassaolosta - tämän siirtotavan merkitys on viime aikoina kasvanut voimakkaasti uuden mikroprosessoriteknii-kan ja satelliitteihin verrattuna pienempien kustannusten ansiosta.

Yhteyden muodostamisessa esiintyy erityisiä ongelmia, koska lähetin- ja vastaanotintaajuuden välillä on aina suurempi tai pienempi taajuusero (Offset) ja koska ennen yhteyden muodostamista lähettimen ja vastaanottimen välillä ei ole ajallista tahdistusta.

« · · • « .ΙΓ Nykyisin tavanomainen siirto tapahtuu taajuusspektritilan talou-V.: dellisen käytön vuoksi yksisivukaistatekniikalla, missä lähetys- *:1'.· puolella suoritetaan signaalin taajuussiirto äänitaajuuskaistalta (300 Hz - 3,4 kHz) valitulle HF-kaistalle ja HF-vastaanotin suo-;y; rittaa käänteisen toimituksen. Vastaanotettu signaali annetaan eteenpäin PT-alueella demodulaattori- ja dekooderipiireille. HF-. . vastaanottimissa on automaattinen vahvistuksensäätö, jolloin I./ säätösuureen muodostaa kokonaisteho tai -jännite valitun vastaan-ottokaistanleveyden sisällä. Tällöin lähtöön muodostuu hyöty- ja häiriösignaalien spektriasemasta riippuen erilaiset kohina- ja · • · · 2 86015 signaalitasot ja nimenomaan erittäin laajoissa rajoissa. Erikoisesti selektiivisiä häiriölähteitä, joilla on suurempi signaali-energia kuin hyötysignaalilla, esiintyy usein ja kanavaa on pidettävä tällöin lähinnä varattuna.

Selektiivikutsuverkoissa eri asemat on voitava aktivoida erikseen tai yhteiskutsulla. Yksittäisten asemien selektiivikutsulähetti-met ja -vastaanottimet on sijoitettu niiden modulaattori- ja vastaavasti demodulaattorilohkoihin. Kutsusignaalit muodostuvat ryhmästä sopivia amplitudi-aika-funktioita, jotka yksityiset vastaanottimet voivat havaita ja erottaa toisistaan kanavakohinassa. Myöskään siirron laadun ollessa huonon ei toisaalta saa aktivoitua vääriä asemia ja toisaalta haluttujen asemien on aina tultava aktivoiduksi.

Nykyisin tavanomaiset pilottitaajuussiirrot eivät kykene täyttämään näitä vaatimuksia, koska virhetahdistumisen todennäköisyys kasvaa tiettyjen häiriöiden esiintyessä.

Asemien lähetin-vastaanotinosien lisänä on tunnettua käyttää suhteellisen kallista laitejärjestelmää, jolla voidaan todeta mikä kanava on vapaa eikä ole naapurikanavien häiritsemä ja millaiset hetkelliset etenemisolosuhteet ionosfäärin kautta ovat (Frequency Management System, Defence Electronics, toukokuu 1980, s, 21, * ·' 22). Lyhytaaltoyhteyden täysin automaattinen muodostaminen ei kuitenkaan ole mahdollista tämän järjestelmän avulla. Tahallisen häiritsijän tapauksessa (ECM) edeltäkäsin suoritetusta kanava-analyysistä on vain vähän hyötyä, koska käytetty kanava tulee : heti häirityksi.

Keksinnön tehtävänä on esittää johdannossa mainitun kaltainen .·. : menetelmä, jolla radioverkon asemien välisten lyhytaaltoyhteyk-sien muodostaminen voidaan suorittaa täysin automaattisesti, jolloin myös huonolla siirron laadulla kulloinkin vain haluttujen ·" asemien on tultava aktivoiduksi.

3 86015 Tämä tehtävä ratkaistaan keksinnön mukaan siten, että käytetään selvästi erottuvaa ja siirtokanavaan sovitettua tahdistussignaa-lia, joka muodostuu kapeakaistaisista merkki- ja väli-signaaleista, jotka muodostavat monitieparin osasignaalit.

Keksinnön mukaisen tahdistussignaalin käytön etuna on, että se mahdollistaa samanaikaisesti taajuuseron määräämisen kanssa asemien välisen bittitahdistuksen siten, että kantoaaltosignaalia moduloivan modulaatiosignaalin vaihe määrätään vastaanottopaikalla. Modulaatiosignaali saadaan matemaattisesti tarkasti, koska odotettu signaali tunnetaan. Tämän avulla voidaan paljolti välttää määrättyjen häiriöiden esiintymisen aiheuttama virhetahdistu-misen todennäköisyyden kasvu. Tahdistussignaalin muodostuminen kapeakaistaisista merkki- ja väli-signaaleista, jotka muodostavat monitieparin osasignaalit, tarjoaa mahdollisuuden näiden osasig-naalien erilliseen ilmaisuun, mikä lisää melko huomattavasti yhteyden muodostuksen luotettavuutta. Tämä johtuu siitä että todennäköisyys sille, että molemmissa monitiekanavissa olisi samanaikaisesti tarkasti merkkisignaalia vastaava häiriölähde, on yhtäsuuri kuin nolla. Muutaman Hz:n taajuusero häiriölähteen ja merkkisignaalin välillä on jo epäkriittinen, koska signaalikäsit-telyn erikoistoiminnalla tutkitaan 500 osakanavaa, jotka kukin ovat 1 Hz, alueella 250 - 750 Hz.

! ’.·1 Keksintö kohdistuu lisäksi laitteeseen mainitun menetelmän toteuttamiseksi tahdistussignaalivastaanottimen avulla.

• « * · · *:1·: Keksinnön mukaiselle laitteelle on tunnusomaista, että tahdistus- signaalivastaanottimessa on välineet monitieparin molempien osa-;y; signaalien toisistaan riippumatonta ilmaisua ja dekoodausta varten sekä välineet tästä saatujen tulosten vertailemiseksi.

• · • » I..' Keksintöä selitetään seuraavassa lähemmin piirustuksessa esitetyn suoritusesimerkin avulla. Piirustuksessa esittää: « · • · • # · • · 4 86015

Kuvio 1 lohkokaaviokuvaa tavanomaisesta lyhytaaltoyhteydestä, jossa on lähetin ja vastaanotin,

Kuvio 2 kaaviollista esitystä kutsusignaalista,

Kuvio 3 kaaviollista esitystä keksinnön mukaisesta tahdistussignaalista,

Kuvio 4 kaaviota toiminnan selittämistä varten,

Kuvio 5 lohkokaaviota keksinnön mukaisen tahdistussignaalivas-taanottimen tulo-osasta,

Kuvio 6 kaaviota kuvion 5 tulo-osan yksittäisten suotimien taajuusasemasta,

Kuviot 7a - 7b lohkokaaviota keksinnön mukaisen tahdistussig- naalivastaanottimen digitaalisesta signaalinkäsittelystä, ja

Kuvio 8 kaaviota toiminnan selittämiseksi.

Kuvion 1 mukaisesti nykyisin tavallisesti käytetty lyhytaaltoyh-teys muodostuu lähettimestä 1 ja vastaanottimesta 2, joiden ! välillä signaaleja siirretään siirtotien 3 kautta. Lähetyspuolel-la tiedot syötetään modulaattori-/kooderipiiriin 4, johon on - : liitetty ajoitusyksikkö 5. Modulaattori-/kooderipiirin 4 lähtö- signaali on PT-signaali, joka on äänitaajuuskaistalla 300 Hz ja 3,4 kHz välillä. Lähetin l, joka on HF-SSB-lähetin, suorittaa tälle PT-signaalille taajuussiirron valitulle HF-kaistalle.

Lähettimeen 1 liittyy HF-kaistan taajuudenohjausyksikkö 6.

. . Ajallisesti muuttuvalle siirtotielle 3 lähetetty lähettimen 1 lähtösignaali on esimerkiksi 3 ja 30 MHz välisellä alueella.

* Tähän HF-signaaliin summautuu siirtotiellä 3 additiivinen *:**: häiriökohina ST. 1 · l * • a 7 ' 5 86015 HF-SSB-vastaanottimessa 2, johon liittyy HF-taajuudenohjausyksik-kö 6'( vastaanotettu HF-signaali siirretään lähetyspuolen ääni-taajuuskaistalla olevaksi PT-signaaliksi ja syötetään demodulaat-tori-/dekooderipiirille 7, johon liittyy ajoitusyksikkö 5'. Tiedot annetaan demodulaattori-/dekooderipiirin 7 lähdöstä.

Kun lyhytaaltoradioverkko muodostaa niin sanotun selektiivikutsu-verkon, siinä on tällöin joukko eri asemia, jotka voidaan aktivoida erikseen tai yhteiskutsulla. Tätä varten jokaisessa mukana olevassa asemassa on selektiivikutsulähetin ja -vastaanotin, jotka on sijoitettu kuvion 1 järjestelyn modulaattori- ja demodu-laattorilohkoon 4 ja vastaavasti 7 (kts. esimerkiksi DE-patentti-julkaisu 32 11 325). Kutsumista varten käytetyt signaalit, niin sanotut kutsusignaalit, muodostuvat joukosta sopivia amplitudi-aika-funktioita, jotka yksinäiset vastaanottimet voivat havaita ja erottaa toisistaan kanavakohinassa.

Kuviossa 2 on esitetty kaaviollisesti keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetty kutsusignaali. Se muodostuu esitetyn mukaisesti tahdistussignaalista SS ja osoitesignaalista AS. Vastaanotin tarkastelee kulloinkin ajan T pituista aikaväliä ja päättää esiintyykö kyseisen aikavälin sisällä tahdistussignaalia SS vai ei. Havaintoaikavälejä painotetaan ikkunafunktiolla (kuvio 4). Tahdistussignaalille SS varataan edullisimmin 2s pituinen aikaväli. Jotta tahdistamattomassa alkutilassa lähetyssignaali peittäisi täydellisesti ainakin yhden havaintoaikavälin, tulee : : : ajan T olla enintään ^ s. Havaintoaikavälin pituus T on tällöin ·:··: valittu tarkoituksenmukaisesti vain silloin, kun se on lyhyempi f·., kuin vastaanotetun signaali koherenssiaika Tc. Valitulla aika- ‘ . . . Φ :y. ikkunalla tulisi olla voimassa Tc > ^ · Muut tekijät kuten tahdistussignaalin SS spektrikomponenttien leveneminen johtuen ; vaihevaihteluista siirtokanavassa sekä lähetys- ja vastaanotto-aseman välinen taajuusryömintä, jotka molemmat rajoittavat havaintoaikaa, ovat johtaneet havaintoaikavälin pituuteen T 1 is.

♦ 1 * · · • · « • · φ 6 86015

Keksinnön mukaisessa menetelmässä vastaanotin ei tunne lähettimen tarkkaa kantotaajuutta, kuitenkin on olemassa odotusalue, jonka sisällä kutsusignaali on erittäin suurella todennäköisyydellä. Tämä odotusalue voi lähettimen ja vastaanottimen tekniikasta riippuen kattaa jopa 500 Hz ja on selitetyssä suoritusmuodossa ± 234 Hz. Kutsusignaalin on oltava ilmaistavissa virheettömästi tämän alueen sisällä ja kutsusignaalin taajuusero on määrättävä signaalikohinasuhteesta riippuen ainakin ± 1 Hz tarkkuudella. Yksikäsitteisen ilmaisun on oltava mahdollista ainakin -24 dB signaali-kohinasuhteille asti 2 kHz kaistanleveydellä.

Suuren odotusalueen vuoksi hyötysignaalin suodattamiseen kohinasta ei voida käyttää erittäin kapeita suotimia. Erikoisesti voimakkaat selektiiviset häiriölähteet estävät tarkan taajuuseron määräämisen nykyisellä analogiatekniikalla. Tämän vuoksi tahdis-tussignaaliksi SS valitaan selvästi erottuva signaali, joka on sovitettu siirtokanavaan ja joka voidaan ilmaista hyvin häirityssä ympäristössä.

Kuviossa 3 on esitetty keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetty tahdistussignaali SS, jolloin kaavion ordinaattana on amplitudi V ja abskissana aika t. Tämän aikana T0 lähetetty tahdistussignaali SS on pienitaajuinen kantoaaltosignaali, joka on taajuusmoduloitu suorakulmiofunktiolla ja joka tunnetaan myös FSK-signaalina. Se muodostuu esitetyn mukaisesti "merkki" -ja "väli"-signaaleista.

Tahdistussignaali SS mahdollistaa samanaikaisesti taajuuseron määräämisen kanssa asemien välisen bittitahdistuksen, kun vas-:·. taanottopaikalla määrätään modulaatiosignaalin vaihe. Lähetyspuo-lella on kidetarkka modulaatiotaajuus ja vastaanotin tietää tämän taajuuden. Vaihe on voitava määrätä ainakin 0,5 rad tarkkuudella.

*;./ Merkki- ja väli-signaalit, jotka kumpikin ovat AM-signaaleja, • ♦ * '·' ' ovat kapeakaistaisia voimakkaampien spektrin osien samanmuotoisen ·:·*: vaihtelun varmistamiseksi selektiivisen häipymisen tapauksessa.

7 86015

Niiden välinen taajuusetäisyys valitaan mahdollisimman suureksi selektiivisen häipymisen kannalta korreloimattomien signaalien saamiseksi molempien signaalien ollessa kuitenkin saman kanavan sisällä. Avainnustaajuus on olennaisesti suurempi kuin häipymisen taajuus ja kulkuaikaerojen vaikutuksen tulee olla pieni.

Näiden ehtojen ja tarkastelujen perusteella modulaatiotaajuudeksi valitaan 16 Hz, merkki-signnalin kantataajuiseksi kantoaalloksi noin 2 kHz ja väli-signaalin kantataajuiseksi kantoaalloksi noin 500 Hz. Molemmat kantoaallot voivat kuitenkin vaihdella AM-signaalien adaptiivisten siirtymien mahdollistamiseksi.

Vastaanotin pitää merkki- ja väli-signaaleja AM-monitieparina ja ilmaisee ne erikseen. Tämän lisäetuna on, että häiriösignaalin jakautuessa kanavalle epätasaisesti ilmaisuluotettavuus nousee voimakkaasti. Kokonaissignaalilla on vakioteho (ei FSK, AM-osaa), se mahdollistaa epälineearisen vahvistintoiminnan ja lähetinas-teen optimaalisen hyväksikäytön ja on lisäksi selvästi erotettavissa selektiivisistä häiriösignaaleista.

Kun HF-vastaanotin toimii automaattisessa pyyhkäisytoiminnassa, esimerkiksi SELSCAN (yhtiön Rockwell-Collins rekisteröity tavaramerkki) toiminnassa, se tutkii tällöin jaksollisesti määrätyn lukumäärän ohjelmoituja kanavia mahdollisen tahdistussignaalin ! havaitsemiseksi. Lähetin lähettää tahdistussignaalia niin kauan kuin pyyhkäisyjakso kestää. Tahdistussignaalin onnistuneen ilmai-sun jälkeen vastaanotin lopettaa pyyhkäisytoiminnan ja odottaa *:*·: osoitesignaalia AS (kuvio 2).

Kuten jo edellä on mainittu, vastaanotin tarkastelee ajan T pituista aikaväliä ja päättää esiintyykö kyseisen aikavälin sisällä . . tahdistussignaalia. Havaintoaikaväliä painotetaan tällöin ikkuna-funktiolla. Kuviossa 4 on esitetty rivillä a tahdistussignaali ' SS, jonka pituus on T0, riveillä b ja c (ei mittakaavassa) ·:··: havaintoaikavälin ikkunat ja erikoisesti rivillä b parilliset • · * • · ♦ • ·« 8 86015 ikkunat Fn-2, F„, Fn<^ jne. ja rivillä c parittomat ikkunat Fn^i, Fm i jne.

Kuten kuvion 4 rivejä b ja c vertailemalla voidaan todeta, yksityiset aikavälit menevät päällekkäin puolet ajasta aika-akselin t mahdollisimman aukottoman havaitsemisen mahdollistamiseksi. Havaintoaikavälin pituus T on 1 s ja sen määrää tahdistussignaa-lin SS pituus T0 ja kanavan koherenssiaika Tcr.

Kahden päällekkäin menevän havaintoaikavälin ilmaisuarvot ovat ikkunafunktiosta johtuen käytännöllisesti katsoen tilastollisesti

riippumattomia, niin että ajan T aikana tahdistussignaalin SS

2t0 lähetyksestä voidaan saada likimain -φ— ilmaisuarvoa. Ikkuna-funktion sopiva valinta mahdollistaa lisäksi suuren dynamiikan spektrialueella nopean Fourier-muunnoksen FFT (kuvio 7a) suorittamisen jälkeen.

Lähettämällä tahdistussignaalia SS pidemmän ajan saataisiin luonnollisesti suurempi ilmaisutodennäköisyys.

Huomattavasti suurempi lisäetu saadaan kuitenkin silloin, kun ilmaisuarvoja saadaan useamman havaintoaikavälin aikana. Vastaanotin kerää tämän vuoksi jatkuvasti ilmaisuarvoja "häviölliseen integraattoriin" tai myös digitaaliseen alipäästösuotimeen. Tässä integraatiossa halutut komponentit kiteytyvät satunnaisista komponenteista samoin kuin palapeli pala palalta, niin että tiettyyn hyödylliseen integrointiaikaan asti syntyy selvästi terävämmäksi tuleva kuva tahdistussignaalista, josta sekä kantoaaltotaajuus että vaihekulma voidaan määrätä.

Onnistuneeseen ilmaisuun ja tahdistukseen vähintään tarvittavaa signaali-kohinasuhdetta voidaan siten laskea tietyissä rajoissa • tahdistussignaalin lähetyksen kestosta riippuen noin arvoon -24 dB 2 kHz kohinakaistanleveydellä.

9 86015

Tahdistussignaalin SS lähetyksen ja sen ilmaisun jälkeen ovat kaikki samalla kutsukanavalla olevat selektiivikutsuvastaanotti-met tahdistettuina. Tahdistussignaalia SS seuraa välittömästi osoitesignaali AS, joka suorittaa varsinaisen selektiivikutsun. Ositesignaalin onnistuneen ilmaisun jälkeen lähettimen ja vastaanottimen välille on tällöin saatu aikaan myös sanatahdistus eli täydellinen aikatahdistus.

Vastaanotin suorittaa toisteparin molempien osasignaalien kaksi toisistaan riippumatonta ilmaisua ja dekoodausta ja vertaa tuloksia jälkeenpäin. Edeltävän analogisen käsittelyn (suodatuksen ja sekoituksen) jälkeen A/D-muunnin muuntaa molemmat additiivisesti häirityt vastaanottosignaalit jokaisen havaintoajan T aikana N digitaalisen arvon jonoksi. Tässä yhteydessä voidaan mainita, että vastaanottimella tarkoitetaan tässä PT-taajuusalueen demodu-laattoria/dekooderia (vrt. demodulaattori/dekooderi 7 kuviossa 1) .

Kuviossa 5 on esitetty tahdistussignaalivastaanottimen analogisen käsittelyn suorittava tulo-osa E. Vastaanotettu signaali r(t) johdetaan ensin kokokanavasuotimen 8 läpi, jonka läpäisyalue on 300 Hz - 3,4 kHz ja jonka lähtöön on kytketty kaksi tietä 9Ä ja 9b monitieparin molemmille osasignaaleille. Kummankin tien signaalit sekoitetaan ensimmäisellä sekoittimella 10A ja vastaavasti 10b ja säädettävällä oskillaattorilla samalle vastaanottokaistal-*: le A ja vastaavasti B (vrt. kuvio 6) ja suodatetaan tämän jälkeen VT-suotϊιτιβΐla llA, llB, jonka läpäisykäyrä on likimain 4,5 kHz kohdalla. Tämän avulla vältetään spektrien päällekkäin meno tässä :·. signaalien esivalinnassa ja siten parhaalla mahdollisella tavalla ... vastaanottimen yliohjautuminen sekä digitaalisessa signaalikäsit-telyssä vältettävä "aliasing"-ilmiö (näytteenottotaajuus pienempi . . kuin kaksi kertaa suurin signaalitaajuus).

* ».

• * « * * '·* ‘ Kumpaankin VT-suotimeen 11A, 11B on kytketty AVS-vahvistin 12.

*:··: Näytteenottotaajuuden pitämiseksi mahdollisimman pienenä molem- » ft a 10 860 1 5 millä teillä 9A, 9B molemmat taajuusalueet, merkki ja väli, joiden kaistanleveys on 500 Hz, sekoitetaan alaspäin toisella sekoittimella 13 kantataajuuskaistalle 250 - 750 Hz, jota käytetään kiinteänä käsittelykaistana. Tämän jälkeen suoritetaan vaimentamista varten suodatus peilitaajuussuotimella 14A, 14B. Pei-litaajuussuotimen 14A ja vastaavasti 14B lähtösignaalit rA(t) ja rB(t) johdetaan näytteenottopiiriin 15, jonka jälkeen on kytketty A/D muunnin 16, jonka lähdöstä saadaan signaalivektori ?A ja vastaavasti ·?Β.

Signaalivektorit i*A ja ~?B sisältävät kumpikin N arvoa, jotka johdetaan ensin puskurimuistiin 17, josta signaaliprosessori voi kutsua ne. Puskurimuisti 17 muodostuu kolmesta osamuistista kool-N . ...

taan , yksi osa on A/D-muuntimen 16 käytettävissä ]a kaksi osaa on prosessorin käytettävissä käsittelyä varten.

Kuviossa 6 on esitetty tulo-osan E (kuvio 5) eri suotimien taa-juusasema, jolloin abskissana on taajuus f kilohertseinä. Katkoviivoin esitetty ominaiskäyrä He(f) vastaa kokokanavasuotimen 8 läpäisyominaiskäyrää, pistekatkoviivoin esitetty ominaiskäyrä Hi4(f) vastaa peilitaajuussuotimien 14A, 14B ominaiskäyrää ja nuoli P edustaa näytteenottosignaalia. Näytteenottotaajuus on esityksen mukaan 2,048 kHz. Ominaiskäyrä Hc(f) edustaa kiinteää käsittelykaistaa (kantataajuuskaista 250 - 750 Hz), ominaiskäyrä V HA(f) ensimmäisen osasignaalin (tie 9A, kuvio 5) muuttuvaa vas-taanottokaistaa ja ominaiskäyrä HB(f) monitiesignaaliparin toisen : osasignaalin (tie 9B, kuvio 5) muuttuvaa vastaanottokaistaa. Hn(f) esittää lopuksi VT-suotimen 11A, 11B (kuvio 5) läpäisy-käyrää.

Kuvion 5 avulla esitetyn analogisen käsittelyn jälkeen suoritetaan tahdistussignaalivastaanottimen digitaalinen signaalinkäsit-tely, joka on esitetty kuviossa 7 lohkokaaviona. Tämä lohkokaavio esittää signaalikäsittelyn yksityisiä toimintavaiheita sellaisena kuin tahdistusvastaanottimen vastaava signaaliprosessorin muodos- • · 11 86015 tama osa suorittaa ne. Kuvion 7 yhteydessä tarkastellaan vain puolikasta monitievastaanottimesta (signaalivektona rA), koska se on rakenteeltaan täysin symmetrinen. Toiselle signaalivekto-rille Cr„) suoritetaan prosessorissa sama signaalikäsittely kuin ensimmäisellä ("τΛ) vain lukuarvojen ollessa erilaisia. Kuvio 7 on jaettu havainnollisuuden vuoksi kahteen osaan 7a ja 7b. Kuvio 7a esittää signaalinkäsittelyä niin sanottuun oletuspäätökseen asti ja kuvio 7b esittää muita toimintavaiheita.

Signaaliprosessorin tulos digitaalisen signaalikäsittelyn jälkeen sisältää valitun oletuksen onko tahdistussignaali olemassa (Hi) vai ei (Ho). Myönteisessä tapauksessa (Hi) annetaan arvio taajuuserolle ja molempien signaalien "?A ja "rL. vaiheelle sekä niiden signaali-kohinasuhteen arvoille. Digitaalisella signaalinkäsittelyllä, joka suoritetaan reaaliajassa, periaatteessa tarkastetaan onko N-ulotteisen vektoriavaruuden ir vastaanottovektori oletuksen Hi tai H„ päätösalueella. Päätösalue on muodoltaan N-ulot-teinen kartio, jonka kärki on avaruuden tr origossa. Signaalin"? itseisarvo (eli vastaanotetun signaalin kokonaisteho) ei vaikuta tähän päätökseen, koska oletusarvo perustuu vain vektorin r suuntaan. Päätösalue on siten N-ulotteinen avaruuskulma-alue. Vektorin ~r tutkiminen sen päätösalueen suhteen suoritetaan seuraavassa kuvion 7 yhteydessä selitettävien laskenta-algoritmien avulla, jotka edustavat lineaarisia ja epälineaarisia koordinaattimuun-·': noksia.

Ensimmäinen laskutoimitus, joka signaalivektorin ~rA (ja myös vektorin ?B, mitä kuten mainittu ei ole esitetty) N arvolle suoritetaan, on painotus ikkunatunktiolla F, tämän jälkeen suoritetaan *. . Fourier-muunnos. Viimeksi mainittu muodostaa avaruuden 1R vektorin ? avaruuden TR' vektoriksi "r ' . Käytetty Fourier-muunnos on niin sanottu nopea Fourier-muunnos FFT, joka edustaa diskreetin V*: Fourier-muunnoksen laskennallisesti nopeampaa versiota. Koska : tahdistussignaali on luonteeltaan jaksollinen, muodostuu siirryt- ....· täessä taajuustasolle vektorin rf ' tapauksessa erotus varsinai- « « 4 ·« » t i2 8 601 5 siin signaali- ja kohinakomponentteihin. Tämä suodatuksen kaltainen erotus on sitä parempi mitä parempi Fourier-muunnoksen spekt-rierottelutarkkuus on. Erottelutarkkuuden määrää puolestaan havaintoaika T eli FFT-muunnoksen "suuruus".

Kun T=1s ja näytteenottotaajuus fr on 2,048 kHz eli N=2048, saadaan periaatteessa spektrin erottelutarkkuus 1 Hz, ikkunatunktion F käytön vaikutuksesta syntyy kuitenkin hyötysignaalispektriin päähuipun leveneminen arvoon 2 Hz ja kohinaspektrin tapauksessa vierekkäisten laskenta-arvojen välille korrelaatiota. Tarkka erottelukyky antaa kuitenkin riittävästi korreloimattomia laskenta-arvoja AM-moduloidun signaalin kantoaallon ja 16 Hz sivu-kaistaviivojen välille, jotta kohina olisi arvioitavissa yksinkertaisesti. Signaalin ja kohinan erottaminen mahdollistaa tällöin mahdollisesti esiintyvän tahdistussignaalin etsimisen, sen paikallistamisen taajuusalueelle 250 - 750 Hz ja modulaatiovaihe-kulman määräämisen.

Signaalikäsittelyn Fourier-muunnosta FFT seuraava osa suorittaa monitieparin demoduloinnin (tunnistamisen), kohina-arvion, signaalin integroinnin (akkumuloinnin) vaikeasti ilmaistavien hyötysignaalien tapauksessa ja oletuspäätöksen. Kaikki nämä signaalikäsittelyn osat on luonnollisesti ratkaistu signaaliprosessorin numeerisina toimituksina.

• a ' : Edellä lasketussa spektrissä suoritetaan tämän jälkeen erityinen merkkisignaaliin sovitettu demodulaatio, jolloin määrätään mah-dollisimman useita tunnuspiirteitä. Esitetyssä suoritusmuodossa ’ suoritetaan eräänlainen synkroninen AM-demodulointi modulaatio-taajuudelle X=16 Hz ja tämä signaalin jokaiselle mahdolliselle sijaintipaikalle m eli kun M on arvojen m lukumäärä, noin M=500 arvolle. Demodulaatio suoritetaan taajuustasossa. Käytettyä mene-telmää voidaan kuvata taajuusautokorrelaatiofunktiona:

-O

Λ- 16 Hz ΓΥλ\= Js(f) S1(f-X)df + JS1(f) S(f+A)df

• -oo -OO

» · t 0 1 • • · · i3 8601 5 Tässä S(f+A ) on ylempi sivukaista, S(f~x ) alempi sivukaista ja S(f) kantoaalto, s* on kompleksinen konjugaattiarvo.

Taajuus-autokorrelaatiofunktion numeerinen muoto on seuraava: Γ /-I i ^ 1 Fp+fq-T ^ U(A}= ± > S(m) S*[m-K) + I Σ_ S*(m) S(m+A)

m-fg.T m-fg-T

Tällöin λ =λ τ = 16 ja on ikkunafunktion spektrin kaistanleveys.

Häiriösignaalit ja myös AM-signaalit, joilla on muu kuin 16 Hz modulaatio, antavat tällöin vain pieniä signaalienergioita, koska vektorit suureille S(f+A), S(f-A) ja S(f) eivät tue toisiaan. Kuviossa 7a on esitetty kaksi demodulaattoria 18 ja 19, ensimmäisessä demodulaattorissa 18 määrätään taajuusautokorrelaatiofunk-tion FmU) vektori ja toisessa demodulaattorissa 19 vastaava virhevektori AZ^ . Tällöin on otettava huomioon seuraavat demo-dulaation ominaisuudet: - sivukaistaviivoja on oltava oikealla taajuuspaikalla.

- sivukaistaviivojen signaalienergian on oltava kantoaaltoon verrattuna tietyllä AM:lie järkevällä alueella.

- taajuusautokorrelaatiofunktion numeerisen version vektorin ja vastaavan virhevektorin on oltava tietyissä rajoissa ideaalitapauksessa olisi ?-*·», Δ ~z=o.

Tämä numeerinen tahdistussignaalin demodulaatio on esitetty kuviossa 8. Havaitaan että siinä lähdetään kantoaallosta r'm (suureen S(f) vektorin? ' komponentti) ja ylemmästä ja alemmasta - - sivukaistasta r'm+χ ja (suureiden S(f+A ) ja S(f- λ ) vektorin? ’ komponentteja).

Arvot r'm-^ , r'm+A ja r'm, ovat taajuuden laskentapistemuistissa 24. Suureiden r' m — 1 jar zn kompleksiset konjugaatioarvot kerro-taan suureilla r'm ja r'm-^ ja näiden kertolaskujen tulokset lasketaan yhteen ja vähennetään, minkä avulla muodostetaan arvot • . vektorille \ (taajuusautokorrelaatiofunktion numeerinen versio) • · « • · « * •4 i4 8601 5 ja virhevektonlle ΔΖ^ . Nämä arvot asetetaan vastaaviin taajuus-autokorrelaatiofunktion ja virhevektorin numeerisen version muisteihin 25 ja 26.

Tämä toimitus on suhteellisen yksinkertainen AM-signaalille. Periaatteessa jokaiselle modulaatiotavalle ja jokaiselle merkki-signaalille on toisenlainen ideaalinen demodulaattori. Valitsemalla fe*T = 0,5 on löydetty optimaalinen ja samalla yksinkertainen demodulaatioalgoritmi. AM-signaalin kantoaallolle m on valitussa suoritusesimerkissä voimassa: 266 < m < 734. Demodulaation tulokset signaalin odotusalueen jokaiselle taajuudelle tallennetaan aluksi muistiin.

Viitenumero 20 kuviossa 7a tarkoittaa kohinaestimaattoria. Päätös oletuksesta esiintyykö tahdistussignaalia vai ei on tehtävä signaali-kohinasuhteen perusteella, koska vastaanotin ei ennakolta tiedä signaalienergiaa eikä kohinatehoa. Päätöskynnys johdetaan virhehälytystodennäköisyydestä.

Kohina (vastaa varianssin estimaattia) määrätään arvojen r'ro, r'm-^ ja (kuvio 8) lähellä olevassa ympäristössä sijait sevien spektrin laskentapisteiden avulla ja tällä tavalla saadaan paikallinen tehotiheys tahdistussignaalin ympäristössä. Valitut laskentapisteet demoduloidaan täsmälleen samalla tavalla kuin . . kuvion 8 avulla selitetty sivukaistojen demodulaatio suoritetaan. Ainostaan λ ei ole enää yhtä kuin 16.

Kohinaestimaatm tulee olla yhdistetty muuttuja χ kohinaenergias-ta ja kohinanarvostelusta, jotta siinä otettaisiin huomioon sekä : "valkoinen" kohina että häiriösignaalit. Ilmaistut arvot : jokaiselle mahdolliselle taajuudelle normalisoidaan paikalliseen kohinamuuttujaan ("x ) verrattuna ja normalisoidut arvot (j! , Δ1) 4 14 1 “"* *4 : *. johdetaan päätöspnnlle 21, jolloin komponenteille 1 ja Δ1 on .*:* voimassa: Z.m ΔΖ.

··**· ^m = "^7ή Δ1 = y-~- 266m^734 : -m Xm -m Jm 4 · k a · « · * » *« is 86015

Erittäin pienten signaali-kohinasuhteiden tapauksessa käytetään akkumulointia digittalisten suotimien muodossa, joka käyttää useiden havaintoaikavälien arvoja 1 ja At, mikä johtaa signaali-kohinasuhteen paranemiseen. Esimerkki tällaisesta suodatuksesta on esitetty kuviossa 7a viitenumerolla 22. Paraneminen voi olla ilman muuta 14 dB 20 havaintoaikaväliä akkumuloitaessa.

Signaalin ilmaisulle on merkitsevää vain pohjakohina, johon ilmaisukynnys liittyy. Yksittäiset kapeat viivat, joilla on tähän pöhjakohinaan verrattuna suuret tehotiheydet, on erotettava kohi-nastatiikasta. Kohinan arvostelun avulla aikaansaadaan suoja vaarallisia virhesignaaleja vastaan. Virhesingnaalit ovat tällöin tahdistussignaalin kaltaisia signaaleja, joilla on esimerkiksi lähes sama modulaatiotaajuus tai liian lyhyt esiintymisaika.

Jotta estettäisiin tällaisten virhesignaalien virheellinen arviointi tahdistussignaaleiksi, välittömästi demodulaatiota varten olevan kantoaallon ja sivukaistojen £' m ja E m+ιβ, Γ m-16 (modulaatiotaajuus on 16 Hz) lähellä olevista arvoista muodostetaan toinen kohinastatistiikka ja molemmat kohinastatistiikat jaetaan, jolloin osamäärä määrää sen mitä kohinastatistiikkaa on käytettävä. Yleensä kuitenkin kehitetään edellä mainittu yhdistetty muuttuja 'jf.

Normalisoidut testisuureet lm, Al'm, I'm ja Δΐ'™, jotka saadaan t · tuloksena aikavälin T tai useamman aikavälin T pituisen aikafunktion näytteenottoarvosta, tarkastetaan päätöspiirissä 21 (Decision-Gate). Jokaiselle edellisen ja seuraavan aikavälin kanssa lomittuvalle havaintoaikavälille T etsitään aluksi jokai- *. . selle taajuudelle m (266 s m S 734) suureet l1n ja Alm. Aikavälien « · > *·1-' lomittumisaika käytetään tarkoituksellisesti nopean Fourier- muunnoksen tapauksessa ikkunafunktion F aiheuttamien energiahävi-öiden kompensoimiseksi.

• · · * » »

Ensimmäinen testi on: • · · • · « 1 • · · • » · • · 4 i6 8601 5 I I H1 M I ^ a 266<m^734

H

o

Jos tulos on positiivinen eli Hi (=tahdistussignaali olemassa), tutkitaan: H

Δί.| i b'tb"|!j "i Tässä ehdossa, jolla tutkitaan spektrin symmetrisyyttä, kynnyksen on oltava riippuvainen suureesta jlmj · Ensimmäisen testin suure a on puolestaan tietty kohinastatiikan funktio. Määrätylle kohinan laskentapistearvojen lukumäärälle voidaan antaa optimaalinen kynnys, joka tallennetaan RAM-taulukkoon. Jos lm tai Δ lm ei toteuta testejä, nämä vektorikomponentit asetetaan = 0. Arvot 1'm ja Δΐ'π, ratkaistaan samalla menetelmällä.

Signaali-kohina-yhdistelmäsuureen SNRa (ja monitieparin toisen osan SNRb) (kuvio 7b) määräämiseksi riittää yksinkertaisesti suureiden | lmJ ja j l'm| maksimin etsiminen. Tämä maksimi on tällöin yhtä suuri kuin signaali-kohinasuhde tälle kanavalle tahdistus-signaalin ympäristössä.

Tahdistussignaalin taajuuden ja vaiheen määräämiseksi valitulle tahdistussignaalille tarvitaan jonkin tyyppistä toistemenetelmää käytettäessä niin sanottu toisteyhdistäminen (kuvio 7b). Tällöin • ; on tärkeää, että tahdistussignaalin etenemisessä yksittäisten signaalien välillä vallitsee tunnetut muuttumattomat yhteydet. Valitun kahden AM-signaalin monitieparin tapauksessa ilmaisinsym-metrian ansiosta on otettava huomioon 16 Hz modulaatiosignaalien ; -- vaihesiirto kulman verran, ts. muodostetaan: -A|H1 ‘ -B(H1 ' -A-B | H] : ja : -Ä|H] " -8 |H] = -Ä-B | H1 • * ψ · 0 * ψ · * • « » i7 86 01 5

Toisteyhdistäminen 23 tapahtuu siten vain silloin, kun molemmille kanaville A ja B ratkaisuna on oletus Hi. Yhdistämisen tapauksessa tuloksena on siten 3 dB parannus vaiheen ja taajuuden arviointiin. Lyhytaaltokanavien tapauksessa ja taajuusmonitiemenetelmän käytöllä saadaan suuri parannus, koska toinen kanavan osa on usein voimakkaasti häiritty tai häipymisen alainen.

Taajuuden ja vaiheen estimointi suoritetaan summalle -A-B|H1 + -A-B|H1 1

Jos Hi toteutuu useammissa taajuusakselin kohdissa, tällöin valitaan taajuus, jolla on suurin |ilmJ. fti tarkoittaa tällöin arvioitua taajuusasemaa ja vaihe p määrätään arctg-arvojen taulukolla vektorikomponenteista Σ1^.

Selitetyllä menetelmällä toimivan tahdistussignaalivastaanottimen etuna on, että vastaanottimen täydellisen ohjelmallisen ja tosiaikaisen toteutuksen ansiosta monet parametrit ovat optimoitavissa ja muunneltavissa. Siten esimerkiksi ilmaisuherkkyys voidaan optimoida ennaltamäärätyllä estimointiluotettavuudella. Vastaanottimen pääetuina on ominaisarvojen suuri joustavuus, vapaasti muunneltava toteutus ja lähellä teoreettisesti maksimaalisesti saavutettavaa olevan ilmaisuluotettavuuden saavuttaminen. Tämän mahdollistaa kuviossa 7 esitetty toimintakulku sekä digitaalinen .. .. signaalikäsittely, joka vasta mahdollistaa vaaditun tarkkuuden.

;·; Järjestelmä on laajennettavissa ilman lisäkustannuksia useille lähetyskanaville pyyhkäisytoimintaa varten ja myös mikropyyhkäi-sytoiminta (3 kHz levyisen kanavan jakaminen 500 Hz osakanaviin) : '·1 on mahdollinen. Lisäksi vapausasteiden ilmaisun jälkeen taajuus-v,: ja vaihelukemat voidaan korjata jatkuvasti ja tahdistussignaalin tilalla voi olla vastaavalla tavalla hidas datayhteys siten, että nyt tunnetut vapausesteet korvataan uusilla. Esitetyllä laitteis-tolia voidaan siten aikaansaada selektiivikutsujärjestelmä ja • . siitä voidaan johtaa lisäksi datamodemi pienille baudinopeuksille · * ·♦ 18 8601 5 siten, että selektiivikutsuosoitteen tilalla on tietoja.

Selitetty järjestelmä voi tahdistussignaalin suuren odotusalueen ansiosta suorittaa aluksi oman kanavamittauksen (= passiivisen kanava-analyysin) perusteella adaptiivisesti taajuussiirron sivuun häiriösignaaleista, ilman että vastaaottimessa olisi tämän vuoksi oltava pyyhkäisytoimintaa. Yhteys voidaan muodostaa käytännöllisesti katsoen aina ilman kanavanvaihtoa ts. syntesaatto-ria ohjaamatta.

Vielä eräässä toisenlaisessa radiotoiminnassa käytetään keksinnön suurta S/J-paremmuutta siten, että pienillä lähetystehoilla ja "huonoilla" antenneilla toimivat yhteydet voidaan muodostaa samalla tavalla luotettavasti.

ECCM-käytössä on esimerkiksi mahdollista piilottaa oma signaali voimakkaan (esimerkiksi vihollisen) lähettimen taakse. Tämä tekee mahdottomaksi nopean peilauksen tai häirinnän verkon rakentamisen aikana tai verkon tarkastamisen/käytön aikana.

Claims (13)

19 8601 5

1. Menetelmä yhteyden muodostamiseksi lyhytaaltoradioverkossa, jossa on useita asemia varustettuna ainakin yhdellä lähettimellä ja vastaanottimella, sisältäen vaiheet kutsusignaalin lähettämisestä siirtokanavan kautta, mainitun kutsusignaalin sisältäessä tahdistussignaalin ja osoitesignaalin, tunnettu siitä, että tahdistussignaali (SS) sisältää kapeakaistaisen merkki- ja välisignaalin, jotka muodostavat monitieparin osa-signaalit, merkki- ja välisignaalin ollessa avainnettu päälle/ pois päältä erotettuna ajallisesti avainnusignaalin avulla, jolla on taajuus, joka on vastaanottimessa (2) olevan kahden tukevan nopean Fourier-muunnosalgoritmin potenssi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että peruskaista kantoaallot merkki- ja välisignaaleita varten valitaan riippumattomasti tajuusalueen noin 300 Hz -noin 3400 Hz sisäpuolella ilmoittamatta vastaanottimelle (2) mainittujen merkki- ja välisignaalien täsmällistä sijaintia. j V .

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että peruskaista kantoaalto merkkisignaalia varten on taajuudeltaan noin 2 kHz ja välisignaalia varten noin 500 Hz tarkoituksena saada 2 dekorreloitua signaalia selektiivisen ·. häipymisen ympäristössä, mainittujen merkki- ja välisignaalien . sijaitessa saman peruskaistakanavan sisäpuolelle ja missä mainittu avainnussignaali on erittäin kapeakaistainen 16 Hz signaali.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitun vastaanottimen (2) kautta tutkitaan tah-: : : distussignaalin (SS) limitysaikavälejä (T), mainittujen aikavä- * lien ollessa painotetut ikkunafunktiolla (F); mainittujen osa- ... signaalien muuttaminen jonoksi, jossa on lukumäärä numeerisia arvoja; ja mainittujen osasignaalien käsittely numeerisesti, 20 860 1 5 analogisen esikäsittelyn kautta, kunkin aikavälin aikana.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että analoginen esikäsittely muodostaa vektorin (r*.,rB,) jossa on numeeristen arvojen mainittua lukumäärää vastaava lukumäärä arvoja, ja että lisäksi testataan, onko mainittu vektori oletuksen tahdistussignaali olemassa (Hi) tai tahdistussignaalia ei ole olemassa (Ho) päätösalueella.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että numeerisen signaalinkäsittelyn ensimmäisen toimituksen muodostaa nopea Fourier-muunnos (FFT), jolla suoritetaan erotus varsinaisiin signaali- ja kohinakomponentteihin, ja että nopean Fourier-muunnoksen (FFT) jälkeen seuraa monitieparin demulointi (18,19), kohinan estimointi (20) ja mahdollisesti signaalin integrointi (22) vaikeasti ilmaistaville hyötysignaa-leille ja että näiden toimitusten tulokset muodostavat pohjan oletuspäätökselle (21).

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu r siitä, että hyötysignaali normalisoidaan kohinan suhteen niin, että oletuspäätökseen (21) johdetaan vain yksi signaali-kohina-: suhteesta (SNR) riippuva suure ja häiriö kantoaallot ja virhe- : signaalit eliminoidaan numeerisella tarkalla demodulaatiolla.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että monitieparin molempien osasignaalien numeerinen signaalinkäsittely suoritetaan erillisinä ja että oletuspäätök-sen (21) jälkeen tapahtuu toisteyhdistäminen, jonka perusteella määrätään tahdistussignaalin taajuus (m) ja vaihe (a).

9. Laite patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän toteuttamiseksi, jossa on tahdistussignaalivastaanotin, tunnettu siitä, että tahdistussignaalivastaanottimessa on välineet monitieparin molempien osasignaalien toisistaan riippumatonta 21 8601 5 ilmaisua ja dekoodausta varten (18-22) sekä välineet (23) tästä saatujen tulosten vertailemiseksi.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että tahdistussignaalivastaanottimessa on tulo-osa (E), jossa vastaanotettu signaali (r(t)) jaetaan monitieparin kahdeksi osasignaaliksi ja jossa sitä käsitellään tämän jälkeen analogisesti.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laite, tunnettu siitä, että tulo-osassa (e) on kokonaiskanavasuodin (8), johon on kytketty kaksi tietä (9A,9B) kahta osasignaalia varten, ja että kummallakin tiellä (9Z, OB) on ensimmäinen ja toinen sekoitin (10A, 10B ja 13), sekoittimien väliin sijoitettu VT-suodin (11A, Hb) sekä A/D-muunnin (16).

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laite, tunnettu siitä, että A/D-muuntimeen (16) on kytketty puskurimuisti (17) A/D-muuntimen lähtösignaalin muodostavan vektorin (rA/rB) lukumäärälle (N) arvoja, joka puskurimuisti on toisaalta A/D- : muuntimen ja toisaalta numeerisen signaalinkäsittelyn suoritta- van signaaliprosessorin käytettävissä.

*: : 13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen laite, tunnettu siitä, että signaaliprosessori on asetettu seuraavia toimituk-siä varten: nopea Fourier-muunnos (FFT), monitieparin demuloin-ti (18,19), kohinan estimointi (20), oletuksien tahdistussig-naali olemassa (Hi) tai tahdistussignaalia ei ole olemassa (Ho) päätös (21). 22 8601 5 Pa ten t )cr;a. v