DE4128167C2 - Verfahren zur Steuerung der Kanalumschaltung in einem nach dem Frequenz-Hopping-Verfahren arbeitenden Funkgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung der Kanalumschaltung in einem nach dem Frequenz-Hopping-Verfahren arbeitenden und mit einem Steuerprozessor, mit einem Modem und mit einem Sendeempfänger oder Sender oder Empfänger sowie mit einem Antennenanpaßgerät ausgerüsteten Funkgerät, bei welchem Verfahren zum einen die Kanalumschaltung jeweils in den Pausen zwischen den einzelnen Sende- und/oder Empfangsblöcken (Rahmen) vorgenommen wird und zum anderen die Rahmensynchronisation der einzelnen Rahmen jeweils mittels einer im Modem erzeugten Testsignalfolge durchgeführt wird, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es wurde bereits ein Funkgerät dieser Art vorgeschlagen, das nach einem solchen Verfahren arbeitet. Wie das Block­ schaltbild dieses Geräts in Fig. 1 zeigt, ist ein Bedien­ terminal 9, das z. B. mit einem Rechner, einem Faxgerät, einem Vocoder, einem Fernschreiber usw. verbunden sein kann, über ein Signal-Verschlüsselungsgerät 8 mit dem (be­ reits erwähnten) Funk- oder Steuerprozessor 1 des Funkge­ räts verbunden, der seinerseits über das (ebenfalls be­ reits erwähnte) HF-Modem 2 mit dem (auch bereits erwähn­ ten) Sendeempfänger 3 verbunden ist. Der Sendeempfänger 3 ist ausgangsseitig über ein Antennenanpaßgerät 4 und einen Antennenwählschalter 5 wahlweise mit einer ersten Antenne 6 oder mit einer zweiten Antenne 7 verbunden. Neben den (in der Fig. 1 mit dicken Strichen gezeichneten) Signalleitungen weist das Funkgerät auch (in der Fig. 1 mit dünnen Strichen gezeichnete) Steuerleitungen auf, die den Steuerprozessor 1 mit dem Bedienterminal 8 bzw. mit dem HF-Modem 2 bzw. mit dem Sendeempfänger 3 verbinden, z. B. in Form von V.24-Schnittstellen.

Im Sendefall werden die zu übertragenden Signale (Sprach- bzw. Datensignale) über das Bedienterminal 9 dem Ver­ schlüsselungsgerät 8 zugeführt und dort verschlüsselt. Die verschlüsselten Signale werden anschließend über den Steu­ erprozessor 1 und das HF-Modem 2 als niederfrequente Modulationssignale (z. B. Bereich 0,3-3,0 KHz) dem auf Sen­ debetrieb eingestellten Sendempfänger 3 zugeführt und mo­ dulieren dort den auf eine bestimmte Trägerfrequenz f₁ eingestellten HF-Träger. Der modulierte Träger wird über das auf diese Trägerfrequenz f₁ bzw. auf die Antenne 6 eingestellte Antennenanpaßgerät 4 über den Antennenwählschalter 5 der Antenne 6 zugeleitet und von dort als Funk­ signal ausgestrahlt.

Entsprechend werden im Empfangsfall die HF-Signale z. B. von der Antenne 6 über den Antennenwahlschalter 5 und das Antennenanpaßgerät 4, dem Sendeempfänger 3 bzw. dem HF-Mo­ dem 2 zugeführt. Die demodulierten und verschlüsselten NF- Signale werden über den Steuerprozessor 1 dem Datenver­ schlüsselungsgerät 8 zugeführt und dort entschlüsselt. Die entschlüsselten Signale werden anschließend über das Bedienterminal 9 z. B. dem Fernschreiber oder einem (in der Fig. 1 nicht angeführten) Bildschirm zugeführt und dort ausgegeben.

Insoweit unterscheidet sich die Arbeitsweise dieses Funk­ geräts nicht von der eines herkömmlichen Funkgeräts, das auf einer einzigen Trägerfrequenz f₁ verschlüsselte Nach­ richtensignale sendet oder empfängt.

Beim Frequenz-Hopping-Verfahren, nach dem das in Fig. 1 gezeigte Funkgerät arbeitet, werden die Signale jedoch nicht auf einer einzigen Trägerfrequenz f₁ übertragen, sondern blockweise auf verschiedenen Trägerfrequenzen f₁, f₂ . . . f_n (im folgenden kurz "Kanäle" genannt). Bei diesem Verfahren werden vor Aufnahme der eigentlichen Signalüber­ tragung in einem Protokoll u. a. die Dauer (z. B. 100 ms) der einzelnen Sende- und Empfangsblöcke (im folgenden kurz "Rahmen" genannt), die Kanäle und ihre zeitliche Reihen­ folge (z. B. f₁, f₅, f₃, f₆, f₂, f₄, f₁, f₃, f₂ . . .) festge­ legt, wobei jedem Rahmen jeweils ein bestimmter Kanal, d. h. eine bestimmte Trägerfrequenz zugeordnet wird. Die bei diesen Verfahren notwendigen Kanalumschaltungen (d. h. die Trägerfrequenzwechsel) während der Signalübertragung werden in den Pausen zwischen den einzelnen Rahmen (d. h. zwischen den einzelnen Blöcken) vorgenommen. Die zu einer möglichst fehlerfreien Signalübertragung notwendige Rah­ mensynchronisation wird bei diesem Verfahren mittels einer zu Beginn eines Rahmens ausgesendeten Testsignalfolge durchgeführt, die im Modem 2 des Funkgeräts erzeugt wird.

Probleme können sich bei dem geschilderten Frequenz-Hop­ ping-Verfahren dadurch ergeben, daß in manchen Anwendungs­ fällen die vorgegebene Pausenlänge (von z. B. 10 ms) nicht ausreicht, um eine Kanalumschaltung vollständig durchfüh­ ren zu können. In solchen Fällen müssen die Pausen zwi­ schen den einzelnen Rahmen verlängert werden mit der Folge, daß die Signalübertragungsrate sinkt.

Aus DE 33 43 188 A1 ist ein Frequenzsprungverfahren für den Kurzwellenbereich bekannt, welches für nicht kohärente Frequenzumtast- Modulation mit 224 Bits/sek konzipiert ist. Demnach sind max. 224 Tastschritte pro Sekunde möglich. Die Verweilzeit T pro Kanalfrequenz ist 1 Sekunde, also 1 hop pro Sekunde. Ferner ist beispielsweise aus der DE 36 44 477 A1 bekannt, bei einem Antennenanpaßgerät die Anpaßzeiten dadurch zu minimieren, daß der jeweils der momentanen Betriebsfrequenz entsprechende Frequenzwert sofort einem Speicher zugeführt und nach einem gespeicherten Ablaufprogramm einen entsprechenden Parametersatz zur Betätigung des Anpaßnetzwerkes zu verwenden.

Diese Systeme sind für den Gegenstand der Erfindung, der kohärente Phasentastung als Datenmodulationsverfahren verwendet, nicht verwendbar. Mit diesem moderneren Verfahren lassen sich im Kurzwellenbereich Bitraten bis 3000 Bits/sek und Frequenzsprünge von 20 hops pro Sekunde realisieren. Die Fehlerrate BER ist ebenfalls bei 10^-3 und besser.

Um solche neueren Verfahren mit effizienter Steuerung der Empfangs- und Sendegeräte verwirklichen zu können, bedarf es einer subtilen Betrachtung der Laufzeit der Steuerbefehle im Gesamtsystem der Nachrichtengeräte.

Es zeigt sich, daß die Steuerbefehle allein mehr Zeit benötigen als an Totzeit bei festem Frequenzintervall T erlaubt ist. Bei 20 hops pro Sekunde sind dies max. 1,0 ms Totzeit für den Frequenzwechsel, einschließlich Antennen-Empfänger- Sender-Adaption. Um die Geräteeigenschaften nicht zu überfordern, darf die Kommandierung auf einen neuen Frequenzkanal max. 1 ms dauern.

Beim Verfahren, das bei der Erfindung verwendet wird, muß während der Betriebsart Frequenz-Hopping nachadaptiert werden, um die sich dauernd ändernden Ionosphärendaten zu berücksichtigen und das System zu optimieren ( Entzerrer-Technik). Im aus DE 33 43 188 A1 bekannten System werden nur vor Beginn der Hopping-Betriebsart solche entfernt ähnliche Entscheidungen getroffen

Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin, mit einem Verfahren der eingangs genannten Art möglichst kurze Kanalumschaltzeiten und damit möglichst hohe Signalübertragungsraten zu erreichen.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 wiedergegeben. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß durch die Vorbereitung der bevorstehenden Kanalumschaltung bereits während des jeweils laufenden Rahmens zum einen die Übertragungszeit der vollständigen Frequenzinformation vom Steuerprozessor zum Sendeempfänger (z. B. über eine V.24-Kommandoschnittstelle), welche in der Regel im Millisekundenbereich liegt, und zum anderen die Dauer der Verarbeitung dieser Information im Sendeempfänger (z. B. in dessen Mikroprozessor) für die Bestimmung des eigentlichen Kanalumschaltzeitpunkts ohne Einfluß, d. h ohne Wirkung sind; ferner wirkt das am Ende des jeweils laufenden Rahmens im Modem erzeugte Schaltsignal wie ein Triggersignal, das einen definierten und damit reproduzierbaren Ablauf der eigentlichen Kanalumschaltung im Sendeempfänger ermöglicht.

Durch das Merkmal, daß das Antennenanpaßgerät bereits während des jeweils laufenden Rahmens auf die bevorstehende Kanalumschaltung vorbereitet wird und daß die Kanalumschaltung im Antennenanpaßgerät - innerhalb der Pause - gleichzeitig mit oder zeitlich nach der Kanalumschaltung im Sendeempfänger (oder im Sender oder im Empfänger) vorgenommen wird, ergibt sich der Vorteil, daß bereits während des jeweils laufenden Rahmens aus der vollständigen Information über die neue Trägerfrequenz im folgenden Rahmen die Einstellungen der Schaltglieder (z. B. Reedrelais) im Antennenanpaßgerät (z. B. von dessen Mikroprozessor) berechnet oder aus einem Kanalspeicher abgelesen und vorbereitet werden können, so daß auch hier wertvolle Rechen- und Einstellzeit bei der eigentlichen Kanalumschaltung eingespart wird.

In einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens wird die Vorbereitung des Sendeempfängers (oder des Senders oder des Empfängers) und/oder des Antennenanpaßgerätes auf die bevorstehende Kanalumschaltung innerhalb der zweiten Hälfte, vorzugsweise innerhalb des letzten Viertels, ins­ besondere innerhalb des letzten Zehntels des jeweils lau­ fenden Rahmens durchgeführt, und zwar vorzugsweise mittels eines Schnittstellentelegramms.

Nach dem Anstoß über das Schnittstellentelegramm werden der Sendeempfänger (oder der Sender oder der Empfänger) und/oder das Antennenanpaßgerät auf den bevorstehenden Wechsel der Trägerfrequenz vorbereitet, behalten aber den Sende- bzw. Empfangsbetrieb mit den bisherigen Einstellun­ gen für die momentane Trägerfrequenz bei. Die Steuerung befindet sich nach der Durchführung der Vorbereitung des Frequenzwechsels in dem Zustand "Warten auf das Schaltsi­ gnal". Das Schaltsignal kann z. B. über einen Porteingang (z. B. über eine 1-Bit-Leitung eines z. B. 8-Bit-breiten Da­ ten-Gerätesteuerbusses) mit hoher Geschwindigkeit abgetastet werden. Die Detektion des Schaltsignals veranlaßt den Sendeempfänger (oder den Sender oder den Empfänger) und/oder das Antennenanpaßgerät, den Frequenzwechsel mit allen zugehörigen Schaltsequenzen ablaufen zu lassen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist als Schaltsignal der Übergang von einem ersten Signalpegel zweier möglicher Signalpegel (z. B. TTL-Logikpegel "High" bzw. "Low") auf den zweiten Signalpegel (z. B. TTL-Logikpegel "Low" bzw. "High") in Form einer Schaltflanke vorgesehen.

Bei dieser Lösung wird sofort mit dem Erscheinen der (zeitlich) ersten Flanke des Schaltsignals die Kanalum­ schaltung, d. h. der Wechsel der Trägerfrequenz ohne wei­ tere Verzögerung eingeleitet.

In einer besonderen Ausgestaltung bei Funkgeräten, die mit einem Antennenanpaßgerät ausgerüstet sind, wird unmittel­ bar nach der Detektion dieser Schaltflanke im Sendeempfän­ ger (oder im Sender oder im Empfänger) von diesem dem Antennenanpaßgerät ein weiteres Schaltsignal vorzugsweise in Form eines Kurztelegramms übermittelt, nach dessen Emp­ fang die Kanalumschaltung auch im Antennenanpaßgerät vor­ genommen wird.

Um trägerbedingte Störungen während der Kanalumschaltzeit weitgehend zu vermeiden, ist in einer besonderen Ausfüh­ rungsform vorgesehen, während dieser Zeit eine Träger­ sperre im Sendeempfänger (oder im Sender oder im Empfän­ ger) wirksam werden zu lassen.

In Fig. 2 ist ein typisches Beispiel einer erfindungsge­ mäßen Signalübertragung des im Sendemodus arbeitenden Funkgeräts gemäß Fig. 1 gezeigt.

In Fig. 2a sind beispielhaft vier aufeinanderfolgende Rah­ men 1-4 gezeigt, die durch Pausen 1-3 voneinander getrennt sind. Jeder der Rahmen 1-4 wird zu Beginn durch eine Test­ signalfolge synchronisiert. Während des Rahmens 1 sendet das Gerät auf der Frequenz f₁, während des Rahmens 2 auf der Frequenz f₅, während des Rahmens 3 auf der Frequenz f₂ und während des Rahmens 4 wieder auf der Frequenz f₁ (die Frequenzen gehören einem vorher vereinbarten Fre­ quenzpool an; ihre Reihenfolge ist ebenfalls vorher fest­ gelegt worden).

In Fig. 2b ist beispielhaft die Pause 1 zwischen den Rah­ men 1 und 2 anhand der ausgewählten Signalverläufe näher erläutert. Im einzelnen handelt es sich dabei um i) das eigentliche Sendesignal, d. h. den mit dem zu übertragenden Nachrichtensignal modulierten Träger der Frequenz f₁ wäh­ rend des Rahmens 1 und der Frequenz f₂ während des Rahmens 2, ii) das im Modem erzeugte Schaltsignal für den Sendeempfänger 3 in Fig. 1, dessen Schaltflanke von "High" nach "Low" die (vorbereitete) Kanalumschaltung initiiert; iii) die unmittelbar nach der Schaltflanke für die volle Pausenzeit wirksam werdende Trägersperre, die eine Unterbrechung des Trägersignals in der Sendepause zur Folge hat, sowie iv) das weitere Schaltsignal, das unmit­ telbar nach der Schaltflanke vom Sendeempfänger 3 in Fig. 1 dem nachgeschalteten Antennenanpaßgerät 4 in Fig. 1 übermittelt wird und dort die Kanalumschaltung initiiert.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf das be­ schriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Es ist vielmehr ganz allgemein zur Steuerung der Kanalumschaltung bei nach dem Frequenz-Hopping-Verfahren arbeitenden Funk­ geräten anwendbar, seien es Funkgeräte, die mit Sendeempfängern ausgestattet sind, oder seien es Funkge­ räte, die nur mit Sendern oder nur mit Empfängern aus­ gestattet sind.

Claims (6)

1. Verfahren zur Steuerung der Kanalumschaltung in einem nach dem Frequenz-Hopping-Verfahren arbeitenden und mit einem Steuerprozessor, mit einem Modem und mit einem Sendeempfänger oder Sender oder Empfänger sowie mit einem Antennenanpaßgerät (4) ausgerüsteten Funkgerät, bei welchem Verfahren zum einen die Kanalumschaltung jeweils in den Pausen zwischen den einzelnen Sende- und/oder Empfangsblöcken (Rahmen) vorgenommen wird und zum anderen die Rahmensynchronisation der einzelnen Rahmen jeweils mittels einer im Modem erzeugten Testsignalfolge durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
der Sendeempfänger (3) oder Sender oder Empfänger sowie das Antennenanpaßgerät (4) bereits während des jeweils laufenden Rahmens durch den Steuerprozessor (1) auf die bevorstehende Kanalumschaltung vorbereitet wird,
daß im Modem (2) am Ende des jeweils laufenden Rahmens ein von der Testsignalfolge dieses Rahmens abgeleitetes Schaltsignal erzeugt und an den Sendeempfänger (3) oder Sender oder Empfänger weitergeleitet wird,
daß nach Detektion dieses Schaltsignals durch den Sendeempfänger (3) oder Sender oder Empfänger dort die Kanalumschaltung vorgenommen wird und
daß die Kanalumschaltung im Antennenanpaßgerät (4) gleichzeitig mit oder zeitlich nach der Kanalumschaltung im Sendeempfänger (3) oder Sender oder Empfänger vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbereitung des Sendeempfängers (3) oder Senders oder Empfängers und/oder des Antennenanpaßgeräts (4) auf die bevorstehende Kanalumschaltung innerhalb der zweiten Hälfte, vorzugsweise innerhalb des letzten Viertels, insbesondere des letzten Zehntels des jeweils laufenden Rahmens vorzugsweise mittels eines Schnittstellentelegramms durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltsignal der Übergang von einem ersten Signalpegel zweier möglicher Signalpegel auf den zweiten Signalpegel in Form einer Schaltflanke vorgesehen ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar nach der Detektion der Schaltflanke durch den Sendeempfänger (3) oder Sender oder Empfänger von diesem dem Antennenanpaßgerät (4) ein weiteres Schaltsignal vorzugsweise in Form eines Kurztelegramms übermittelt wird und daß unmittelbar nach Empfang dieses weiteren Schaltsignals die Kanalumschaltung im Antennenanpaßgerät (4) vorgenommen wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Testsignalfolge jeweils in der ersten Hälfte, vorzugsweise im ersten Viertel, insbesondere gleich zu Beginn des jeweils laufenden Rahmens erzeugt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während der Pausen zwischen den einzelnen Rahmen, zumindest jedoch während der einzelnen Kanalumschaltzeiten eine Trägersignalsperre im Sendeempfänger (3) oder Sender oder Empfänger wirksam wird.