DE2452997A1

DE2452997A1 - Verfahren und anordnung zur funkuebertragung von binaeren informationssignalen

Info

Publication number: DE2452997A1
Application number: DE19742452997
Authority: DE
Inventors: Jan Roland Sjoestrand; Lars Henning Zetterberg
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1973-11-09
Filing date: 1974-11-08
Publication date: 1975-05-15
Also published as: SE7315253L; SE377643B; FR2251138A1; JPS5224361B2; DE2452997B2; DE2452997C3; US3953798A; FR2251138B1; GB1486235A; JPS5081212A

Description

PHN 7569 DIETERPODDIG . VIJN/JRJ

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am-. >,. PHN- 75b9 2452997

\r.^.r_GVUin, 7. NOV. 1974 "

"Verfahren und Anordnung zur Funkübertragung von binären InformationsSignalen".

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Funkübertragung von binären Informationssignalen, insbesondere Datensignalen, die aus einer binären Folge von 1- und O~Bits bestehert, wobei jedes Bit in einem vorbestimmten Bitintervall auftritt.

Ein bekanntes Verfahren zur Übertragung derartiger Signale benutzt ein Frequenzsprungmodulationssystem bzw. FSK-System mit zwei Signalfrequenzen, die die genannten 0- und 1-Bits vertreten.

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Bei der Funkübertragung derartiger Datensignale treten jedoch oft verschiedene Störungsquellen auf, von denen die wichtigsten Mehrwegausbreitung und frequenzselektivem Schwund zuzuschreiben sind.

Bei Kurzwellenübertragung ist das grösste Problem die genannte Mehrwegausbreitung, d.h., dass in einem Datenübertragungskanal vom betreffenden Typ Echosignale nach dem eigentlichen Informationssignal erscheinen. Insbesondere bei Übertragung binärer Information über derart gestörte Ubertragungskanäle und in denjenigen Fällen, wo. die Anforderungen, die an die Sicherheit der Übertragung gestellt werden, streng sind, führen diese Echosignale zu schweren Problemen, die der Tatsache zuzuschreiben sind, dass die genannten Echosignale bei Empfang einem nachfolgenden.Informationsbit überlagert werden und dadurch den Informationsinhalt der übertragenen Datensignale verzerren können.

• Ein anderes bekanntes Verfahren zur Funkübertragung von binären Daten Signalen benutzt dazu zwei FSK-Systeme, die je eine für das betreffende zu übertragende Bit repräsentative Frequenz liefern, welche Frequenzen mit einem Zeitunterschied von beispielsweise 2 Sekunden untereinander ausgestrahlt werden. Da dasselbe Informationsbit dabei zweimal über verschiedene Frequenz¹ anale und mit einer gegenseitigen Verzögerung um etwa 2 Sekunden ausgestrahlt

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wird, wird bei Anwendung dieses Verfahrens die Störempfindlichkeit gegen Schwunderscheinungen wesentlich verringert; der Einfluss jedoch der Mehrwegausbreitung wird auf diese Weise nicht ausgeschaltet, da dieses bekannte Verfahren korrelierte Störungsquellen nicht unterdrückt. . "

Die Erfindung, bezweckt nun, ein Verfahren und eine Anordnung zur Anwendung dieses Verfahrens zu schaffen, wobei nicht nur die Störungsempftindlichkeit gegen nicht korrelierte Störung wie die, die durch Schwunderscheinungen verursacht wird, wesentlich verringert wird, sondern wobei ausserdem der Einfluss korrelierter Störung, wie die, die die Folge von Mehrwegausbreitung ist, unterdrückt wird.

Nach der Erfindung weist .das erfindungsgemässe Verfahren zur Funkübertragung von Datensignalen dazu das Kennzeichen auf, dass wenigstens zwei FSK-Systeme angewandt werden mit je zwei verschiedenen Signalfrequenzen,' die die genannten 0- bzw. 1-Bits vertreten und zwar derart, dass bei der Übertragung einer bestimmten Bitinformation die für die betreffende Bitinformation repräsentativen 1-oder O-Signa^L-frequenzen unmittelbar nacheinander ausgestrahlt werden und zwar je während eines vorbestimmten Teils des Bitintervalls und dass empfangeseitig jede der ausgestrahlten Signalfrequenzen zeitselektiv empfangen und detektiert wird und zwar innerhalb eines Zeit-

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intervalls mit einer Dauer entsprechend der Dauer des genannten vorbestimmten Teils des Bitintervalls.

Bei Anwendung dieses erfindungsgemässen

Verfahrens können die gegebenenfalls infolge von Mehrwegausbreitung auftretenden Echosignale praktisch keinen Einfluss auf die augenblicklich empfangene unmittelbar übertragene Signalfrequenz ausüben; zwar können die. augenblicklich empfangene unmittelbar übertragene Signalfrequenz und die infolge der Mehrwegausbreitung verzögerte vorhergehende Signalfrequenz (Echo) empfangsseitig gleichzeitig auftreten, aber dadurch, dass diese vorhergehende Signalfrequenz von der unmittelbar übertragenen Signalfrequenz abweicht und der Empfang zeitselektiv ist, wird die verzögerte Signalfrequenz nicht detektiert.

Mit dem erfindungsgemässen Verfahren wird ebenfalls der genannte frequenzselektive Schwund vermieden (Zeitstreuung), d.h., dass die Impulsform eines übertragenen Impulssignals während der Übertragung verzerrt wird, wodurch eine erhöhte Zeitverteilung und weiter kombinierte Effekte von Mehrwegausbreitung und Zeitstreuung auftreten. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass eine Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens sich nicht auf Kurzwellenübertragung beschränkt und dass entsprechende Vorteile auf allen

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relevanten Schwundkanälen erhalten werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens werden ein erstes und ein, zweites FSK-System mit einer untereinander guten Frequenztrennung angewandt, die abwechselnd je während der Hälfte des Bitintervalls wirksam sind und wobei jedes 1-Bit durch Übertragung der für ein 1-Bit repräsentativen Signalfrequenz des ersten FSK-Systems während der ersten Hälfte des Bitintervalls übertragen wird, wonach die für ein 1-Bit· repräsentative Signalfrequenz des zweiten FSK-Systems während der zweiten Hälfte des Bitintervalls übertragen wird und jedes O-Bit durch Übertragung der für ein O-Bit repräsentativen Signalfrequenzen der FSK-Systeme während · entsprechenden Hälften des Bitintervalls übertragen wird und die Signalfrequenzen werden innerhalb eines Zeitintervalls mit einer Länge entsprechend der Hälfte des Bitintervalls empfangen, während die Bitinformation des vollständigen Bitintervalls durch Überlagerung der Bitinformationsbeiträge der zwei FSK-Systeme zurückgewonnen wird und die Entscheidung in bezug auf das übertragene Bit auf Basis der zurückgewonnenen vollständigen Bitinformation getroffen wird;

Für die obengenannte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens kann eine einfache und zuverlässige Sende- und Empfangsapparatur angewandt

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werden, wobei die nachfolgenden Vorteile erhalten werden:

a) ■ Eliminierung des Einflusses der Mehrwegausbreitung und Zeitstreuung,

b) effektiver Gebrauch der übertragenen

Senderleistung, da pro Signalfrequenz die volle Leistung benutzt werden kann,

c) Anwendung einer sehr einfachen Senderkonstruktion, da während des Zeitintervalls (das in der bevorzugten Ausführungsform der ersten Hälfte des Bitintervalls entspricht) nur eine Signalfrequenz übertragen wird und

d) Anwendung eines Empfängers einer einfachen Konstruktion, da dieser.zwei FSK-Demodulatoren enthalten kann und da die Kombination der Information aus jedem der Demodulatoren mit einfachen Mitteln erhalten werden kann.

Eine Anordnung nach der Erfindung ist insbesondere für langsame Datenübertragung nützlich, d.h. Ubertragungsgeschwindigkeiten in der Grössenordnung von 100 bis 300 Bit/s über einen Spraehkanal mit einem Nutzfrequenzband von etwa 250OHz. Eine Anordnung dieser Art ist unempfindlich gegen Störung, die durch lineare Verzerrung auf dem Kanal erzeugt wird j da die Signalfr.equenzen einzeln detektiert werden. .

Es sei bemerkt, dass das Verfahren und die

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Anordnung nach der Erfindung durch die Aufspaltung zu parallelen Datenkanälen und der Grad der dadurch erhaltenen Frequenzdiversität ebenfalls Störungen vom

zeitselektiven Schwundtyp vermeiden (Frequenzstreuung), beispielsweise den Einfluss der' Frequenzbereichsverteilung einer übertragenen Signalfrequenz während der Übertragung ausschaltet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: .

Fig. 1 ein Signal-Zeitschema mit dem Einfluss von Mehrwegausbreitung auf eine Symbolreihe 1101,

Fig. 2 eine Frequenzzeitschaltung eines doppelten FSK-Systems nach der Erfindung,

Fig. 3 eine Ausführungsform eines Empfängers zum Durchführen des erfindungsgemässen Verfahrens.

Fig. 1 zeigt ein Signal-Zeitschema mit dem Einfluss von Mehrwegausbreitung, der in dieser Figur dui'ch einen ersten und einen zweiten Signalmodus dargestellt wird, auf eine übertragene Bitreihe 1101 und bei einer vorausgesetzten Länge des genannten ersten und zweiten Modus von Zeitverschiebung, der der Hälfte der Bitlänge entspricht. Wie aus der Figur hervorgeht, wird der zweite 1-Signalmodus dem ersten 1-Signalmodus nach der Hälfte eines Bitintervalls hin-

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zugefügt und verursacht dadurch einen "1-Schwanz", der sich bis zur Hälfte des O-Bitintervalls erstreckt, während der zweite O-Signalmodus auf entsprechende Weise einen "O-Schwanz" verursacht, der sich bis zur Hälfte des Bitintervalls des für ein 1-Bit repräsentativen ersten 1-Signalmodus (viertes Bit) erstreckt. Diese "Schwänze" und Uber^agerungseffekte werden selbstverständlich eine Störung beim Empfang einer Bitreihe herbeiführen, wodurch die übertragene Information fehlerhaft interpretiert werden kann.

Da nach der Erfindung der Empfang zeitselektiv in Synchronisation zu der empfangenen Bit-Reihe durchgeführt wird, werden die genannten Störungen und der Effekt der genannten "Schwänze" eliminiert. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, dass diese Effekte ebenfalls durch Anwendung eines einfachen FSK-Systems ausgeschaltet werden können, wobei die Signalfrequenzen nur während der ersten Hälfte jedes Bitintervalls übertragen werden und während der zweiten Hälfte jedes Bitintervalls keine Information übertragen wird. Dadurch, dass in diesem Fall der Empfang zeitselektiv durchgeführt wird während der ersten Hälften der Bitintervalle kann der zweite Signalmodus während der zweiten Hälften der Bitintervalle frei abnehmen. Ein übertragungssystem dieser Art weist jedoch wesentliche Nachteile auf und zwar dadurch, dass die

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Sendeanordnung während der genannten zweiten Hälften der Bitintervalle ausgeschaltet werden müssen, wodurch eine verwickeitere Sendekonstruktion notwendig wird, und dadurch, dass die verfügbare und meistens auf den Spitzenwert beschränkte Sendeleistung nicht optimal benutzt wird.

Fig._# 2 zeigt ein Frequenz-Zeit schema einer bevorzugten ^_±Q;§führungsform nach der Erfindung, wobei ein doppeltes FSK-System mit einer, guten Frequenztrennüng angewandt wird und wobei die Frequenztrennung zwischen den Signalfrequenzpaaren jedes Systems dem
inversen Wert des halben Bitintervalls entsprechend
gewählt ist. Die Figur zeigt ebenfalls die Zeittrennung zwischen· den zwei Systemen.

Ein Empfänger zum Durchführen der genannten bevorzugten . JIuSführungs form des erfindungsgemässen
Verfahrens wird in Fig. 3 dargestellt. Der Empfänger enthält Demodulatoren 1 und 2 eines bekannten Typs für jedes FSK-System. Das übertragene Signal wird dem
Empfänger nach Demodulation des Trägerfrequenzpegels auf den Signalfrequenzpegel zugeführt, wobei die Demodulatoren 1 und 2 das Signal über Bandfilter 3 und h in der richtigen Form zum Weiterleiten des Signalfrequenzpaares der jeweiligen FSK-Systeme empfangen. Jeder Demodulator 1, 2 ist mit zwei Ausgängen 5» 6
bzw. 7» 8 versehen. .\

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Die Demodulatoren 1, 2 können beispielsweise, an der Eingangsseite einen Amplitudenbegrenzer 9 bzw. 10 enthalten,* dessen Ausgang an die Kreise 11 bzw. 13 angeschlossen ist, die auf die 1-Signalfrequenz des FSK-Systems abgestimmt sind, und an die Kreise 12 bzw. i4, die auf die entsprechenden O-Sigrialfrequenzen abgestimmt sind» Der Ausgang jedes der abgestimmten Kreise 11, 12, 13 und 14 ist über Gleichrichter 15, 16, bzw. 18 an einen der Demodulatorausgänge 5» 6,7 bzw.. 8 angeschlossen. Jeder Ausgang.liefert ein impulsförmiges Ausgangssignal, wenn die entsprechende Signal— frequenz demoduliert wird.

> Jeder der Ausgänge 5» 6, 7» 8 ist an einen entsprechenden Eingang 19, 20, 21 bzw. 22 einer Entscheidungsschaltung 23 angeschlossen und zwar über einen Schalter 24, 25, 26 bzw. 27.

Die Schalter 24, 25, 26, 27 werden durch eine Bit-Synchronisationsanordnung 28 geregelt, die mittels mit der Dateninformation mitgesandten Synchronisationsinformation synchronisiert ist. Die Steuerfunktion wird derart durchgeführt, dass die Schalter 24, 25» die an den Demodulator 1 des ersten FSK-Systems angeschlossen sind, während der ersten Hälfte des Bitintervalls geschlossen sind, wenn die Schalter 26, 27 geöffnet sind. Während der zweiten Hälfte des Bitintervalls sind die Schalter 30, 3t geschlossen und die Schalter 24, 25

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Die Ausgänge der Schalter 24, 26 sind an das erste Eingangspaar I9, 20 der Entscheidungsschaltung 23 und die Schalter 2-51 27 an das zweite Eingangspaar 21, 22 der Entscheidungsschaltung 23 angeschlossen. Die Entscheidungsschaltung 23 enthält für jedes der genannten Eingangspaare Verstärker 29 bzw. 30 die über Tiefpassfilter 31 bzw. 32 an den Eingang eines Differenzverstärkes 33 angeschlossen sind.

Während der ersten Hälfte jedes Bitintervalls empfangen die Tiefpassfilter 31» 32 über die Schalter 24, 25 Information und während der zweiten Hälfte des Bitintervalls empfangen sie diese Information über die Schalter 26, 27· Abhängig vom Signalpegel, der durch die Tiefpassfilter 31, 32 integriert ist, liefert der Differenzverstärker 33 ein positives oder negatives Ausgangssignal, das ein empfangenes O-Bit bzw. 1-Bit angibt.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE;

Verfahren zur Funkübertragung von binären Informationssignale, insbesondere Datensignalen, die aus einer binären Folge von 1- und O-Bits bestehen, wobei jedes Bit während eines vorbestimmten BitIntervalls auftritt, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei 5¹SK-SySteme angewandt werden mit je zwei verschiedenen Signalfrequenzen, dite die genannten 0- bzw. 1-Bits vertreten und zwar derart, dass bei der Übertragung einer bestimmten Bitinformation die für die betreffende Bitinformation repräsentativen 1- oder O-Signalfrequenzen unmittelbar nacheinander ausgestrahlt werden und zwar je während eines vorbestimmten Teils des Bitintervalls und dass empfangsseitig jede der ausgestrahlten Signalfrequenzen zeitselektiv empfangen und innerhalb eines Zeitintervalls mit einer Dauer ent- , sprechend der Dauer des genannten vorbestimmten Teils des Bitintervalls detektiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes und ein zweites FSK-System mit untereinander guter Frequenztrennung angewandt werden, die abwechselnd je während- der Hälfte eines Bitintervalls wirksam sind und wobei jedes 1-Bit durch die Übertragung der für ein 1-Bit repräsentativen Signalfrequenz des ersten FSK-Systems während der ersten Hälfte des Bitintervalls übertragen wird, wonach un-

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mittelbar die für ein 1-Bit repräsentative Signalfre-· quenz des zweiten FSK-Systems während der zweiten Hälfte des Bitintervalls übertragen wird und wobei jedes O-Bit durch "Übertragung der 0-Signalfrequenzen der FSK-Systems während entsprechenden Hälften des Bitintervalls übertragen wird und die Signalfrequenzen zeitselektiv innerhalb eines Zed-fcintervalls mit einer Länge, die der Hälfte des Bitintervalls entspricht empfangen werden, während die Bitinformation des vollständigen Bitintervalls durch Überlagerung der Bitinformationsbeiträge der zwei FSK-Systeme zurückgewonnen .wird und dass eine Entscheidung in bezug auf das übertragene Bit auf Basis der zurückgewonnen vollständigen Bitinformation, getroffen wird.
3. System mit einem Sender und einem Empfänger zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender eine erste und eine zweite FSK-Modulationsanordnung enthält und Schaltmittel um abwechselnd je während der Hälfte eines Bitintervalls die genannten FSK-Modulationsanordnungen wirksam zu machen und dass der Empfänger eine erste und eine zweite FSK-Demodulationsanordnung enthält, die das Signalfrequenzpaar der ersten und zweiten FSK-Modulationsanordnung über frequenzspaltende Bandfilter (3, k) empfängt und wobei jede FSK-Demodulationsanordnung (1, -2) mit einem 1-Bit- Ausgang

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(6 bzw. 8) und einem 0-Bit-Ausgang (5 bzw. 7) versehen ist, die ein Ausgangssignal bei Detektion der 1-Signalfrequenz bzw. 0-Signalfrequenz des FSK-Systems liefern und einen Schalter (24, 25 bzw.'26, 27) in der Verbindungsleitung jedes der Ausgänge (5, 6, 7> 8) mit dem entsprechenden Eingang (19> 20, 21, 22) einer darauffolgenden Entseheidungsschaltung (23) zur Entscheidung an das empfangene Bit angeschlossen ist und dass eine Bit-Synchronisationsanordnung (28) zum" Steuern des Schalters (24, 25, 26, 27) vorgesehen ist.
4. Empfänger nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Entscheidungsschaltung aus einer ersten Integrationsanordnung (32) zum Zurückgewinnen der Bit information aus demivöll·-..^ i± ■.. ·* :.u.-= ^u:,; vollständigen Bitintervall durch Überlagerung der 1-Bit-Informationsbeiträge der zwei FSK-Systeme sowie aus einer zweiten Integrationsanordnung (31) zum Überlagern der 0-Bit-Informationsbeiträge und dass die genannten Integrationsanordnungen (31f 32.) an einen Entscheidungskreis'(33) zum Liefern von 1- und 0-AusgangsSignalen abhängig von der gelieferten Information angeschlossen sind.
5. Empfänger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Entscheidungskreis (33) einen Differenzverstärker enthält, dessen positiver Eingang (+) mit der Integrationsanordnung (31) der 0-

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Bit-Informationsbeiträge und dessen negative Eingang (-) mit der Integrationsanordnung (32) der 1-Bit-Informationsbeiträge angeschlossen ist und zwar derart, dass der Differenzverstärker (33) ein positives Ausgangssignal bei einer O-Bit-Entscheidung liefert und ein negatives Ausgangssignal bei einer 1-Bit-Entscheidung

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