NO142853B - Fremgangsmaate og anordning til overfoering av digitale data via troposfaeren - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et digitalt kommu— nikasjonssystem der data skal overføres via et frekvens-

eller tidsspredende medium, og der fading i de overførte signaler kan forårsakés ved flerveis forvrengning eller en annen type ulineær forvrengning.

Tidligere kjente digitale kommunikasjonssystemer

der overføringen foregår via et frekvens- eller tidsspredende medium utnytter mange ulike moduleringsformer* -Forskjellige systemer anvender pulsvarighetmodulasjon, frekvensmodulasjon og fasemodulasjon, herunder kvadraturfasemodulasjon, samt et flertall andre metoder. I hvert enkelt av disse systemer arbeider en modulator direkte1på et lokalt frembrakt sinus-bærebølgesignal. Båndbredden for det overførte signal vil derfor i tidligere kjente systemer bare avhenge av den spektrale spredning som forårsakes av moduleringen av sinusbærebølge-signalet. Båndbredden for et frekvensavhengig fadingfrembringende signal som glir i frekvens gjennom et overføringsbånd er dessverre ofte lik eller større enn båndbredden av det over-førte signal. Når det fadingsfrembringende signal ligger i fase med det•overførte signal, kan det sistnevnte slettes helt ut før det når frem til mottageren.

De tidligere kjente systemer gjør bruk av flere fremgangsmåter ved hjelp av hvilke man forsøker å overvinne problemet med frekvensavhengig fading. Mange systemer benytter et flertall mottagerantenner som er plassert med en viss avstand fra hverandre, slik at et signal som mottas av i det minste en av antennene ikke er påvirket av det frekvensav-hengige fadingfrembringende signal. Da hele signalet ved frekvensavhengig fading kan slettes over et forholdsvis stort område, kan slike systemer ikke helt løse problemet. Den eneste virkelig effektive fremgangsmåte har derfor vært i be-tydelig grad å forlenge overføringstiden for hver digitale databit i den hensikt å øke sannsynligheten for at fading ikke opptrer under hele bitoverføringstiden. Dette medfører imid-lertid at den maksimale bitoverføringshastighet for hele det digitale kommunikasjonssystem reduseres. Dessuten reduseres med denne fremgangsmåte også den gjennomsnitlige sendereffekt i mange systemer siden den effekt som er tilgjengelig for hver pulsoverføring spredes utover et lenger tidsintervall.

I mange tidligere kjente systemer utnytter man dessuten heller ikke effektivt hele den båndbredde som er tildelt hver digitale overføringskanal. Siden båndbredden bare er avhengig av den modulering som forefinnes utnyttes vanlig-vis bare en liten del av den totale båndbredde under et over-føringsintervall.

Hensikten med oppfinnelsen er å komme frem til et digitalt kommunikasjonssystem med høy ufølsomhet overfor frekvensavhengig fading og et system som på en effektiv måte utnytter den båndbredde som er tildelt hver kanal, samt så effektivt som mulig utnytter den tilgjengelige sendereffekt ved de gitte frekvensfadingforhold.

Oppfinnelsen- er kjennetegnet ved de i kravene gjen-gitte trekk.

I et digitalt kommunikasjonssystem i henhold til oppfinnelsen båndspredemoduleres mellomfrekvensoscillatorsignalene i senderen før en modulering med de ønskede digitale data foretas. Mellomfrekvensoscillatorsignalene multipliseres med et båndspredningssignal fra en annen oscillator i et blandetrinn. Det bærebølgesignal som derved fremkommer inn- og utkoples av en nøkkelpulskrets i et takt som avhenger av mediets overføringsegenskaper. Bærebølgen som koples på denne måte fasemoduleres av den innkommende digitale data-strøm og blir deretter utsendt.

Flere forskjellige typer båndspredningsoscillatorer kan anvendes alt etter den ønskede frekvenskarakteristikk,

den tildelte båndbredde og avhengig av hvor kompliserte de kretser det gjelder er.

Signalene mottas av en mottager som kan tilpasses differensielt og som automatisk tilpaser seg de mottatte bølgeformer. Mottageren lagrer tidligere eksempleringer av forvrengte mottatte pulser for anvendelse som referanse i en detektor av en type med et koherent tilpasset filter som har tilbakekopling for koherent deteksjon uten kanaliseringsfiltre.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet mer

i detalj under henvisning til tegningene der:

Fig. 1 viser et toveis anlegg for kommunikasjon

via troposfæren, noe som oppfinnelsen er vel egnet for,

fig. 2 viser et blokkskjerna av en bærebølgegenerator-krets og modulator ifølge oppfinnelsen,

fig. 3 viser et blokkskjema for en annen utførelses-form av den krets som er vist på fig. 2,

fig. 4 viser frekvensspektret for et kjent kommuni-kasjonsanlegg, mens

fig. 5 viser frekvensspektret for et kommunikasjons-anlegg med trekk ifølge oppfinnelsen.

Fig. 1 viser et troposfærekommunikasjonsanlegg som oppfinnelsen, som nevnt, egner seg godt for. Når mottageren er anbrakt under horisonten sett fra senderen, vil de utsendte signaler bli-mottatt via troposfæren 11 som de reflekteres fra. Troposfjæren 11 har flere reflekterende lag som er forskjellige. Man kan ha adskillige delvis reflekterende lag på hverandre der lagenes innbyrdes plassering og refleksjonsgrad for-andrer seg. De forskjellige reflekterende låg i, troposfæren er årsak til at det oppstår.flere reflekterte signaler som i noen posisjoner overlagres hverandre additivt, og som i andre posisjoner kan oppheve hverandre. Refleksjonslagenes innbyrdes bevegelse med tiden bevirker at fadingen av de mottatte signaler varierer som en funksjon av signalenes frekvens. Hvis et situasjonsspektrum. for en fading-tilstand faller sammen med det utsendte signals spektrum eller har større båndbredde enn dette, vil hele signalet bli slettet slik at det ikke kommer noen informasjon frem til mottagerstasjonen.

Ifølge oppfinnelsen utsendes det fra stasjonen 1, via antennen 14, et digitalt, kvadraturfasemodulert signal med en båndbredde som opptar størstedelen av den tildelte båndbredde pr. kanal. De utsendte signaler reflekteres fra forskjellige ref leks jonslag i troposfæren 11 og mottas i "antennen 16 ved stasjonen 2. De to stasjoner kan være anbrakt i stor avstand fra hverandre, f.eks. flere hundre kilometer, og omfatter begge sende- og mottagerkretser ifølge oppfinnelsen,

slik at hver stasjon både kan sende og motta.

Fig. 2 viser et blokkskjema for en bærebølgegene-ratorkrets 20, modulator 30, og sender 32, utført i henhold til oppfinnelsen. I bærebølgegeneratorkretsen 20 finnes en mellomfrekvensoscillator 22 som er innrettet til å frembringe et sinusformet signal med en ønsket frekvens. Fortrinnsvis anvendes det som i den viste utførelsesform, en frekvens på 70 ;MHz. Båndspredeoscillatoren 23 er innrettet til å frembringe et annet signal med en vesentlig lavere frekvens enn frekvensen for oscillatoren 22. Ved-den foretrukne utførelses-form er båndspredeoscillatorens 23 utgangssignal firkant-formet med en frekvens på 1,25 MHz. Utgangssignalene fra mellomfrekvensoscillatoren 22 og fra båndspredeoscillatoren 23 multipliseres sammen i blandetrinnet 24. Bærebølgesignalet fremkommer som utgangssignalet fra blandetrinnet 24.

Bærebølgesignalet føres gjennom eller stanses av porten 26 som styres av en nøkkelpulskrets 28. De resulterende støt av bærebølgesignalet blir kvadraturfasemodulert ved hjelp av digitale inngangsdata i en QPSK-modulator 30 med en hastig-het på to biter/nøkkelpuls. Senderen 32 forsterker det digitalt modulerte støt av bærebølgesignaler som blandes med et signal fra en intern oscillator, hvorved signalene omsettes til en frekvens som er passende for refleksjon fra troposfæren. Det foretrekkes en frekvens på mellom 300 Mhz og 10 GHz.

Ved kjente systemer har det vært anvendt en enkel sinusoscillator til frembringelse av det underordnede bære-bølgesignal. Et slikt signals spektrum vil etter passering av portkretsen med en nøkkelpuls, ha det spektrum som er vist på fig. 4, som er det kjente sinus x/x svarende til spektret for en nøkkelpulskrets hvis inngang påtrykkes en enkel frekvens. F^ og F er nedre, henholdsvis øvre grensefrekvens for den tildelte båndbredde for den aktuelle transmis J jonskanal. P mak, s er den maksimale spisseffekt for systemet. Det er vel kjent at det halve av effekten ved senterfrekvensen F^ for spektret er avhengig av den tidsintervallengde der bærebølgen slipper gjennom porten. Jo lenger tid bærebølgen slipper ut av porten jo mindre blir spredningen mellom beliggenheten av spektrets halve effekt. Når spektrets bredde økes, økes den nødvendige sende-tid for hver bit slik at transmisjonshastigheten blir mindre. Virkningene av en frekvensselektiv fading blir heller-ikke mindre ved at den tildelte båndbredde med et enkelt maksimum jevnes ut. Hvis bredden av det på fig. 4 viste spektrum økes ved å anvende en nøkkelpuls av kortere varighet, vil middelsendeeffekten bli tilsvarende redusert, noe som reduserer systemets pålitelighet.

På fig. 5 er det vist det spektrum som kan oppnås ved hjelp av anlegget ifølge oppfinnelsen. Det tidsrom innenfor hvilket bærebølgen slipper gjennom porten, er det samme for spektret på fig. 5 som for det spektrum som er vist på fig. 4. Som det fremgår av tegningen oppnås ved anlegget ifølge oppfinnelsen en bedre oppfylling av spektret enn det tidligere har vært mulig. Den forbedrede utnyttelse av den tildelte båndbredde oppnås uten forminskelse av middelsendeeffekten. Det oppnås to bærebølgespisser, en.på hver sin side av senterfrekvensen Fq som er frekvensen for den på fig. 2 viste mellomfrekvensoscillator 22. Hver spiss er forskutt AF ut fra Fq hvor AF er den på fig. 1 viste frekvens for båndspredeoscillatoren 23. Den på fig. 2 viste krets medfører at det er flere frekvenskomponenter i frekvensspektret som følge av de harmon-iske i båndpsredesignalet som er et firkantsignal.

På fig. 3 er det vist en annen utførelsesform for bærebølgegeneratorkretsen på fig. 2. I den alternative bære-bølgegeneratorkrets 21 er den på fig. 2 viste båndspredeoscil-lator 23 erstattet med en sekvensgenerator 36. Sekvensgenera-toren 36 frembringer et utgangssignal som er en forutbestemt sekvens av binære tall. De binære tall i sekvensen er valgt slik at det oppnås et ønsket utgangsspektrum uavhengig av an-vendelsen. For eksempel er en Barker-kode eller en pseudo Barker-kode særlig anvendelig til reduksjon av spektralspis-senes sidebånd. I en foretrukken utførelsesform omfatter se-kvensgeneratoren 36 et leselager hvori den på forhånd bestemte sekvens er lagret. Leselageret adresseres fortrinnsvis ved hjelp av en binær teller med fortløpende cyklus.

Signalene kan mottas ved begge stasjoner ved hjelp

av en differensielt tilpasset mottaker av den art som erbe-skrevet i U.S. patent nr. 3.794.9 21. Der er det beskrevet hvorledes mottakeren automatisk tilpasses til de mottatte signalers spektrum for en hvilken som helst type bølgeform og ulineær frekvensselektiv forvrengning.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte til overføring av digitale data ved hjelp av bølger som overføres via troposfæren, karakterisert ved en kombinasjon av følgende trinn: frembringelse av et mellombærebølgesignal med en første frekvens, frembringelse av et båndspredningssignal, blanding av mellombærebølgesignalet med båndspredningssignalet til frembringelse av et første bærebølgesignal, inn- og utkopling av bærebølgesignalet med en på forhånd bestemt takt, kvadraturfasemodulering av det inn- og utkoplede første bærebølgesignal med en innkommende strøm av digitale data til frembringelse av et modulert bærebølgesignal, utsendelse av det nevnte modulerte bærebølgesignal ved hjelp av et andre bærebølgesignal med en frekvens innenfor 300 MHz til 10 GHz via troposfæren, samt mottagning av de overførte signaler i en mottager som kan tilpasses differ-ensialt og som kan tilpasses adaptivt til de overførte signalers spektrum.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at båndspredningssignalet består av et firkantbølgesignal.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at båndspredningssignalet består av en på forhånd bestemt rekke binære tall.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at den nevnte rekke av binære tall dannes av en såkalt Barker-kode.

5. Anordning til utførelse av den fremgangsmåte som er angitt i krav 2 eller 3, til overføring av digitale data ved hjelp av bølger som overføres via troposfæren, og med for-bedret ufølsomhet overfor frekvensavhengig fading, karakterisert ved at den enten i henhold til krav 2 i kombinasjon omfatter: en første oscillator (22) til frembringelse av et hovedsakelig sinusbølgeformet mellomfrekvenssignal, en andre oscillator (23) til frembringelse av et båndspredningssignal i form av et firkantbølgesignal med lavere frekvens enn det nevnte sinusbølgeformede signal, organer (24) til multiplisering av det sinusbølge-formede signal med firkantbølgesignalet, hvorved det frem-bringes et første bærebølgesignal som utgangssignal fra det multipliserende organ, organer (26, 28) for inn- og utkopling av det nevnte første bærebølgesignal i en på forhånd bestemt takt, organer (30) til fasemodulering av det inn- og utkoplede bærebølgesignal, en sender (32) for utsendelse av det modulerte bære-bølgesignal ved hjelp av et andre bærebølgesignal med en frekvens innenfor området 300 MHz til 20 GHz via troposfæren, og en mottager som kan tilpasses differensielt og kan tilpasses adaptivt til de overførte signalers spektrum, eller i henhold til krav 3 i kombinasjon omfatter en første oscillator (22) til frembringelse av et hovedsakelig sinusbølgeformet mellomfrekvenssignal, organer (36) til frembringelse av et signal som representerer en på forhånd bestemt rekke av binære tall, et blandetrinn (24) til modulasjon av det hovedsakelig sinusbølgef ormede signal med det signal som. representerer den på forhånd bestemte rekke av binære tall, hvorved blandetrinnet frembringer et første bærebølgesignal som utgangssignal , organer (26, 28) til inn- og utkopling av det nevnte første bærebølgesignal i en på forhånd bestemt takt, organer (30) til fasemodulering av det inn- og utkoplede bærebølgesignal med en kvadraturfasekode som svar på en innkommende strøm av digitale data, en sender (32) til sending av det nevnte modulerte bærebølgesi<g>nal ved hjelp av et andre bærebølgesignal med en frekvens innenfor området 300 MHz til 10 GHz via troposfæren, og en mottager som kan tilpasses differensielt og tilpasses adaptivt til de overførte signalers spektrum.

6. Anordning som angitt i krav 5, karakterisert ved at nevnte organer (36) til frembringelse av et signal som representerer en rekke av binære tall i kombinasjon omfatter en memoreringsanordning for lagring av de binære tall i den nevnte rekke, og organer for suksessiv adressering av memoreringsanordningen.

7. Anordning som angitt i krav 5, karakterisert ved at de nevnte organer (36) til frembringelse av et signal som representerer en rekke av binære tall i kombinasjon , omfatter et skyveregister og organer for forinnstil-ling av dette skyveregister med den nevnte rekke av binære tall.