DE2452997C3 - Verfahren und Anordnung zur Funkübertragung von binären Informationssignalen - Google Patents

Description

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 bestehen, 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.

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 Üb;rtragungskanäle 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 Datensignalen 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 Frequenzkanäle und mit einer gegenseitigen Verzögerung um etwa 2 Sekunden ausgestrahlt 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 Störungsempfindlichkeit 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 azz 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-Signalfrequenzen unmittelbar nacheinander ausgestrahlt werden und zwar je während eines vorbestimmten Teils des Bitintervalls und daß empfangsseitig jede der ausgestrahlten Signalfrequerizen zeitselektiv empfangen und detektiert wird und zwar innerhalb eines Zeitintervalls mit einer Dauer entsprechend der Dauer des genannten vorbestimmten Teils des Bitintervalls.

Bei Anwendung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens können die gegebenenfalls infolge von N' ehrwegausbreitung auftretenden Echosignale praktiscn 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 detoktiert.

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 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 werden, wobei die nachfolgenden Vorteile erhalten werden.:

ίο 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. Übertragungsgeschwindigkeiten in der Größenordnung von 100 bis 300 Bit/s über einen Sprachkanal mit einem Nutzfrequenzband von etwa 2500 Hz. Eine Anordnung dieser Art ist unempfindlich gegen Störung, die durch lineare Verzerrung auf dem Kanal erzeugt wird, da die Signalfrequenzen einzeln detektiert werden.

Es sei bemerkt, daß das Verfahren und die Anordnung nach der Erfindung durch die Aufspaltung zu parallelen Datenkanälen und der Grad der dadurch erhaltenen Frequenzdiversität ebenfalls Störungen vom zeitseiekiiven 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 zeigt

F i g. 1 ein Signal-Zeitschema mit dem Einfluß von Mehrwegausbreitung auf eine Symbolreihe 1101,

F i g. 2 eine Frequenzzeitschaltung eines doppelten FSK-Systems nach der Erfindung,

F i g. 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 durch 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 '-Signalmodus nach der Hälfte eines Bitintervalls hinzugefügt und verursacht dadurch einen »1-Schwanz«, der sich bis zur Häflte des 0-Bitintervalls erstreckt, während der zweite O-Signalmodus auf entsprechende Weise einen »0-Schwanz« verursacht, der sich bis zur Hälfte des Bkhtervalls des für ein 1-Bit repräsentativen ersten 1-Signalmodus (viertes Bit) erstreckt. Diese »Schwänze« und Überlagerungseffekte 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, ι ο 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 wesentliehe Nachteile auf und zwar dadurch, daß die 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.

F i g. 2 zeigt ein Frequenz-Zeitschema einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung, wobei ein doppeltes FSK-System mit einer guten Frequenztrennung 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 Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in F i g. 3 dargestellt. Der Empfänger enthält Demodulatoren 1 und 2 eines bekannten Typs für jedes FSK-System. Das übertragene Signal wird dem Emfpänger nach Demodulation des Trägerfrequenzpegels auf den Signalfrequenzpegel zugeführt, wobei die Demodulatoren 1 und 2 das Signal über Bandfilter 3 und 4 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.

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. 14, die auf die entsprechenden O-Signalfrequenzen abgestimmt sind. Der Ausgang jedes der abgestimmten Kreise 11,12,13 und 14 ist über Gleichrichter 15,16,17 bzw. 18 an einen der Demodulatorausgänge 5,6, 7 bzw. 8 angeschlossen. Jeder Ausgang liefert ein impulsförmiges Ausgangssignal, wenn die entsprechende Signalfrequenz 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 30,31 geschlossen und die Schaller 24,25 geöffnet.

Die Ausgänge der Schalter 24, 26 sind an das erste Eingangspaar 19,20 der Entscheidungsschaltung 23 und die Schalter 25, 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 Differenzverstärkers 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. t-Bit angibt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Funkübertragung von binären Informationssignale, insbesondere Datensignalen, die aus einer binären Folge von 1- und O-Bits S bestehen, wobei jedes Bitt während eines vorbestimmten Bitintervalls auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei FSK-Systeme angewandt werden mit je zwei verschiedenen Signalfrequenzen, die die genannten C- bzw. 1-Bits vertreten und zwar derart, daß bei der Übertragung einer bestimmten Bitinformation die für die betreffende Bitinformation repräsentativen 1- oder OSignalfrequenzen unmittelbar nacheinander ausgestrahlt werden und zwar je während eines vorbestimmten Teils des Bitintervaüs und daß empfangsseitig jede der ausgestrahlten Signalfrequenzen zeitselektiv empfangen und innerhalb eines Zeitintervalls mit einer Dauer entsprechend 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 unmittelbar die für ein 1-Bit repräsentative Signalfrequenz 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 Zeitintervalls 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 zurückgewonnenen 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 5<> 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-Modulationsan-Ordnung über frequenzspaltende Bandfilter (3, 4) empfängt und wobei jede FSK-Demodulationsanordnung (1, 2) mit einem I-Bit-Ausgang (6 bzw. 8) und einem O-Bit-Ausgang (5 bzw. 7) versehen ist, die ein Ausgangssignal bei Detektion der 1-Signalfrequenz bzw. O-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 Entscheidungsschaltung (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 Bitinformation aus dem vollständigen Bitintervall durch Überlagerung der 1-Bit-Informationsbeiträge der zwei FSK-Systeme sowie aus einer zweiten Integrationsanordnung (31) zum Überlagern der O-Bit-Informationsbeiträge und daß die genannten Integrationsanordnungen (31, 32) an einen Entscheidungskreis (33) zum Liefern von 1- und O-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 O-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