DE2544693B2 - Verbesserte Unempfindlichkeit gegenüber frequenzselektiver Dämpfung aufweisendes digitales Datenübertragungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Datenübertragungssystem der im Gattungsbegriff des Patentanspruchs I beschriebenen Art

In Datenübertragungssystemen, bei denen A\e Übertragung durch ein Medium stattfindet, das eine bestimmte frequenzmäßige oder zeitliche Streuung bewirkt, derart, daß die übertragenen Signale auf Grund von Vielfachwegübertragung oder anderer nichtlinearer Verzerrungseinflüsse gedämpft werden, müssen Vorkehrungen zur Sicherung der Datenübertragung getroffen werden. Man hat bisher versucht, dem Problem der Übertragungsstörungen durch die erwähnten Einflüsse durch die Wahl geeigneter Modulationsarten zu begegnen. So werden beispielsweise Impulsdauermodu-Iation, Kodierung durch Frequenz- oder Phasenverschiebung, einschließlich der quaternären Phasenverschiebung, und andere Kodierungsmafinahmen angewendet. Bei allen diesen Systemen wirkt ein Modulator unmittelbar auf das lokalerzeugte sinusförmige Trägersignal ein. Die Bandbreite der übertragenen Signale ist daher nur durch die Breite des durch die Modulation des sinusförmigen Trägersignales erzeugton Frequenzbandes abhängig. Ungunstigerweise ist die Bandbreite einer selektiven Schwunderscheinung, die mit ihrer Frequenz

μ durch das Sendefrequenzband wandert, im allgemeinen gleich oder größer als die Bandbreite des ausgestrahlten Signals, so daß das Signal unter Umständen vor Erreichen des Empfängers vollständig ausgelöscht wird, wenn eine derartige Schwunderscheinung mit dem Sendesignal zeitlich zusammenfällt.

Eine bekannte Möglichkeit zur Verbesserung der durch selektive Schwunderscheinungen und dergleichen beeinträchtigten Empfangsbedingungen besieht in sogenanntem Diversity-Betrieb. Man spricht von Frequenz-Diversity-Berieb, wenn di, Reiche Nachricht mehrfach in verschiedenen Frequenzlagen gesendet und empfangen wird, und von Raum-Diversity-Bctrieb. wenn die Nachricht nur einfach gesendet, aber mehrfach über im Abstand angeordnete Empfangsanlennen empfangen wird. In der Siemens-Druckschrift 1-2250-008, 6610.5 »Funk-WT« Seite 8 bis 12 sind Übertragungs-Systeme für derartige Divcrsity-Bctricb beschrieben. Der Verbesserung der Störsicherheit durch Diversity-Betrieb steht als Nachteil ein vergleichsweise großer apparativer Aufwand gegenüber.

Eine andere wirksame Maßnahme zur Verbesserung der Störsicherheit gegenüber selektiven Schwunderscheinungen besteht darin, die Sendezeit für jedes Bit der digitalen Daten wesentlich zu verlängern und damit die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, daß die Schwunderscheinungen nicht während der gesamten Sendezeit für ein Bit wirksam sind. Ein Nachteil dieser Maßnahme besteht darin, daß die maximale Übertragungsrate des Systems entsprechend verringert wird. Außerdem wird die mittlere Sendeleistung in vielen Übertragungssystemen vermindert, da die für eine Impulsaussendung zur Verfügung stehende Leistung nun auf ein größeres Zeitintervall verteilt werden muß.

Ein weiterer Nachteil bekannter Systeme besteht darin, daß die einem digitalen Übertragungskanal zugeordnete Bandbreite im allgemeinen nicht voll ausgenützt werden kann, da sie nur von der verwendeten Modulationsart abhängig ist.

Per Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Unempfindlichkeil eines Übertragungssystems der im Gattungsbegriff des Patentanspruchs I beschriebenen Art gegenüber selektiven Schwunderscheinungen zu vergrößern und die Ausnutzung der jedem Übertragungskanal zugeordneten Bandbreite sowie der zur Verfügung stehenden Senderleistung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch I genannten Merkmale gelöst.

Bei dem er.'indungsgemäß gestalteten System wird das Ausgangssignal des senderseitigen Oszillators in seiner Bandbreite durch entsprechende Modulation erweitert, bevor die die zu übertragende Nachricht darstellenden Digitaldaten aufmoduliert werden. Zu diesem Zweck wird das Ausgangssignal des sinusförmigen Oszillators mit dem Ausgangssignal eines Bandbreitenerweiterungsoszillators in einem Mischer multipliziert. Das am Ausgang des Mischers erscheinende Trägersignal wird durch eine Tastimpulsschaltung mit einer den Übertragungseigenschaften des Übertragungsmediums angepaßten Geschwindigkeit ein- und ausgeschaltet. Das ein- und ausgeschaltete Trägersignai schließlich erfährt eine Phasenmodulation einsprechend dem die Nachricht darstellenden Digitaldatenstrom und wird anschließend ausgestrahlt

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche, auf die hiermit zur Verkürzung der Beschreibung ausdrücklich hingewiesen wird.

Im folgenden wird die Erfindung durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar:

Fig. I Eine perspektivische Ansicht eines Zweiweg-Digitalübenragungssystems mit Übertragung durch die Troposphäre, J5

Fig. 2 ein Blockschallbild der Generator- und Modulationseinrichlungen zur Erzeugung eines Trägersigals,

Fig. 3 ein Blockschallbild einer gegenüber Fig.? abgewandelten Ausführungsform. w

Fig. 4 eni Diagramm, aus welchem das Frequenzspektrum und der Bandbreitebedarf bisher bekannter Übertragungssysteme ersichtlich ist und

Fig. 5 ein Diagramm, aus welchem das Frequenzspektrum und der Bandbreilenbedarf eines Übertragungssystems der vorliegenden Art ersichtlich ist.

Fig. I zeigt ein Datenübertragungssystem, dessen Übertragungsweg durch die Troposphäre führt, wobei die hier angegebenen Maßnahmen mit Vorteil anwendbar sind. Ubcrtragungssystemc dieser Art nützen die Reflexion an bestimmteil Schichten in der Troposphäre 11 aus, um eine Verbindung zwischen voneinander entfernteii Punkten herzustellen, welche mit Bezug aufeinander jeweils unter dem Horizont gelegen sind. Die reflektierenden Schichten innerhalb der Troposphäre 11 sind jedcch in keiner Weise gleichförmig. Es können verschiedene teilreflektierende Schichten vorhanden sein, welche übereinander liegen, wobei jede Schicht oft ihre Lage und auch den Grad der Reflexion verändert. Die Vielzahl verschiedener reflektierender Schichten in der Troposphäre bewirkt nun, daß die mehrfach reflektierten Signale an bestimmten Orten und bei bestimmten Frequenzen sich addieren, während sie an anderen Orten und bei anderen Frequenzen sich subtrahieren und gegebenenfalls auslöschen. Die Bewegung der verschiedenen reflektierenden Schichten in einer bestimmten Zeit bewirkt, daß die Abdämpfung der empfangenen Signale m irgendeinem Ort sich als Funktion der Frequenz der betreffenden Signale ändert. Wenn das Spektrurr einer Abdämpfungsbedingung frequenzmäOig mit dem Spektrum eines Signalps zusammenfällt oder das Frequenzspektrum des Signales umfaßt und ausgedehnter als dieses Frequenzspektrum ist, so wird das gesamte Signal ausgelöscht und keinerlei Information kann die Empfangsstation erreichen.

Die mit 12 bezeichnete Sende-Empfangseinheit No. 1 sendet über eine Antenne 14 Digitalsignale in quaternärer Phasencodierung aus, wobei die Bandbreite den größten Teil der dem betreffenden Kanal zugeteilten Bandbreite einnimmt Die ausgesendeten Signale werden von den verschiedenen reflektierenden Schichten der Troposphäre 11 reflektiert und werden von einer Antenne 16 der mit 18 bezeichneten Sende-Empfangseinheit No. 2 empfangen. Die beiden Sende-Empfangseinheiten können einen beträchtlichen Abstand voneinander haben, beispielsweise derart, daß sie mit Bezug aufeinander hinter dem Horizont gelegen sind. Abstände von mehreren hundert Kilometern sind bei Systemen dieser Art gebraucht !1. Bei dem System nach Fig. i kann auch eine Sendung ^:n umgekehrter Richtung von der Sende-Empfangseinheit 18 zu der Sende-Empfangseinheit 12 erfolgen. Jede Sende-Empfangseinheit enthält eine Empfängerschaltung und Sender chaltung.

In Fig. 2 sind in Blocksymbolen eine Schaltung zur Erzeugung des Trägersignales, ein Modulator und ein Sender der hier vorgeschlagenen Art angegeben. In der Schaltung 20 zur Erzeugung der Trägerschwingung ist ein Zwischenfrequenzoszillator 22 vorgesehen, welcher eir: sinusförmiges Signal mit der gewünschten Zwischenfrequenz erzeugt. Bevorzugtermaßen wird die allgemein übliche Frequenz von 70 MHz gewählt. Ein zur Erweiterung der Bandbreite dienender Oszillator 23 erzeugt ein weiteres Signal mit einer gegenüber der Frequenz des Zwischenfrequenzos/.illators 22 bedeutend niedrigeren Frequenz. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, welches hier betrachtet 'vird. ist das Ausgangssignal des zur Bandbreitenvergrößerung dienenden Oszillators 30 eine Rechteckwelle mit einer Frequenz von 1.25 MHz. Die Signale, welche von dem Zwischenfrequenzoszillator 22 und dem zur Bandbreitenerweiterung dienenden Oszillator 30 erzeugt werden, werden miteinander multipliziert, was in dem Mischer 24 geschieht. Das auf diese vVeise erzeugte Trägersignal erscheint am Ausgang des Mischers 24.

Das Trägersignal wird vermittels einer Torschaltung 26 und eines Tastimpulsgenerators oder Codeimpulsgenerators 28 ein- und ausgeschaltet. Die resultierenden Folgen von Trägersignalimpulsen erfahren eine quaternäre Phasenverscniebungsverschlüsselung durch entsprechende Modulation mit einem eingegebenen Digi'a'datenstrom in dein QPSK-Modu\a\or 30. und zwar mit einer Geschwindigkeit von 2 Bits je verschlüsselten Irrpuls. Der Sender 32 verstärkt die digital modulierten Trägerimpulsfolgcn, wobei eine Überlagerung mit den Schwingungen eines Senderoszillators erfolgt, so daß eine Umsetzung auf eine Frequenz vorgenommen wird, die für die Übertragung unter Reflexion an Troposphärenschichten geeignet ist. Vorzugsweise wählt man eine Frequenz zwischen 300 MHz und IOGHz.

Bisher bekannte Übertragungssysteme sahen die Bildung des Subträgersignales nur unter Verwendung einer einzigen Sinusschwingung vor. Das Spektrum eines solchen Signales nach Ein- und Ausschalten durch einen Tastimpuls ist in Fig.4 angegeben und ist das

bekannte (sin x)/*-Spektrum für den Impuls einer einzigen Frequenz, welcher durch die Tastenimpulsschaltung herausgegriffen wird. Fi und F„sind die untere bzw. die obere Grenze der dem betreffenden Übertragungskanal zugeteilten Bandbreite. P_m„ ist die Maximalleistung, welche beim Betrieb des Systems zulässig ist. Bekanntermaßen ist die Lage der Punkte halber Leistung mit Bezug auf das mittlere Maximum des zu der Frequenz Fo symmetrischen Spektrums abhängig von der Zeitdauer, die das Trägersignal eingeschaltet bleibt. Je langer das Trägersignal eingeschaltet bleibt, desto geringer ist die Breite der Spitze im Spektrum zwischen den Punkten halber Leistung. Soll die Breite des Spektrums erhöht werden, so muß die Zeitdauer, welche zur Übertragung jedes Datenbits erforderlich ist. vergrößert werden und damit wird die Geschwindigkeit der Datenübertragung herabgesetzt. Auch führt das Ausfüllen der zugeteilten Bandbreite mit einer einzigen Spitze nicht zu einem minimalen Einfluß einer frequenzselektiven Abdämpfung. Wenn die Breite des Maximums im Spektrum nach Fig.4 dadurch vergrößert wird, daß ein ganz kurzer Tastimpuls oder Codierungsimpuls verwendet wird, so wird dadurch die mittlere Sendeleistung entsprechend vermindert und somit die Zuverlässigkeit des gesamten Systems herabgesetzt.

Fig. 5 zeigt das Spektrum, welches bei dem Datenübertragungssystem der hier vorgeschlagenen Art auftritt. Im Spektrum nach F i g. 5 ist die Zeit, während welcher die Trägerschwingiing eingeschaltet wird, genauso lang wie bei dem Spektrum gemäß F i g. 4. Man sieht jedoch ohne weiteres aus der Zeichnung, daß die spektrale Belegung bei dem vorliegenden Datenübertragungssystem bedeutend größer als bei bisher bekannten Systemen ist. Darübcrhinaus wird die größere Ausnützung des zugeteilten Bandbereichcs verwirklicht, ohne daß die mittlere Senderleistng verkleinert wird. Es sind zwei Hauptspitzen im Trägerschwingungsspektrum vorhanden und zwar je eine auf jeder Seite der Mitienfrcquenz F_n. welches die Frequenz des Z.wischcnfrcquenzoszillators 22 nach F i g. 2 ist. |ede der beiden Hauptspitzen ist von der Mittenfrequenz Fo um den Frequenzbeirag <4Fentfernt. wobei es sich um die Primärfrequenz des zur Bandbreitenvergrößerung dienenden Oszillators 23 nach F i g. 2 handelt. Die Schaltung nach F i g. 2 verursacht im Spektrum noch weitere Frequenzkomponenten, welche durch die Harmonischen gebildet werden, die in dem Rechteckwellen-Bandbrcitenvcrgrößerungssignal vorhanden sind.

Fig. 3 zeigt eine andere Aiisfiihrungsform der Schaltung zur Erzeugung des Trägersignnles und der Sendeeinrichtungen gegenüber der Ausführungsform nach F i g. 2. In dem mit 21 bezeichneten Generator zur Erzeugung des Trägersignales ist der zur Vergrößerung der Bandbreite dienende Oszillator 23 gemäß F i g. 2 durch einen Tastfolgcgenerator 36 ersetzt. Der Tastfolgegenerator 36 erzeugt an seinem Ausgang Signale entsprechend einer bestimmten Folge binärer Zahlen.

Die binären Bits oder Ziffern in der Folge werden so gewählt, daß sich je nach den Erfordernissen des Anwendungsfalles ein gewünschtes Ausgangsspektnim einstellt. Bcispicleswcisc ist ein Barker-Code oder eine Pseudo-Barker-Code-Folge besonders zweckmäßig zur

2ί Verminderung von Seitenbändern oder Nebenmaximen der im Spektrum auftretenden Hauptspitzen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Bauart des Systems enthält der Tastimpulsfolgegencrator 36 einen Festwertspeicher, in welchem die bestimmte Folge gespeichert ist. Der Festwertspeicher wird vorzugsweise durch einen ständig umlaufenden Binärzähler adressiert.

Am Orte der Sende-Empfangseinheiten können die Signale durch einen differenziell anpaßbaren Empfän-

!5 ger aufgenommen werden, wie er etwa in der US-Patentschrift 37 94 921 beschrieben ist. Ein solcher Empfänger paßt sich selbsttätig an das spektrale Verhalten der Empfangssignalc für irgendeine Art ausgesendeter Wellenformen und an nicht-lineare frequenzselektive Verzerrungen an.

Hierzu 2 liiatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche;

1. Verbesserte Unempfindlichkeit gegenüber frequenzselektiver Dämpfung, insbesondere auf einem reflektierende Bereiche der Troposphäre enthaltenden Übertragungsweg, aufweisendes digitales Datenübertragungssystem, das auf der Senderseite einen Oszillator zur Erzeugung einer im wesentlichen sinusförmigen Schwingung aufweist, weiche zur Bildung einer Trägerschwingung dient, die nach taktweiser Phasenmodulation entsprechend den zu übertragenden Daten ausgesendet wird, und das auf der Empfängerseile Phasendetektormittel zum Auswerten der Phasenmodulation enthält, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Bandbreitenvergrößerung die Ausgangsschwingung des Oszillators (22) in einem Mischer (24) entweder mit einer Rechteckwellensignalschwingung (23J oder einem Recntecksignal entsprechend einer bestimmten Folge binärer Zahlen (36) gemischt wird, daß das Ausgangssignal des genannten Mischers mittels Schalteinrichtungen (26,28) in bestimmtem Takt ein- und ausschaltet und die so erzeugten Signaltastungen zur Vornahme der Phasenmodulation entsprechend den zu übertragenden Daten Phasenmodulationseinrichtungen (30) zugeführt werden und daß ferner der Empfänger in an sich bekannter Weise eine sich differentiell anpassende Empfangsschaltung enthält und ein Bezugssignal erzeugt, das im wesentliche· dieselbe komplexe Hüllkurve wie die Empfangssignale hat und ans diesen Digital-Ausgangssignale erzeugt, indem die Empfangssignale mit dem Bczugssignal vergliche", werden.

2. Datenübertragungssystem nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenmodulationseinrichtungen einen Modulator (30) zurquaternären Phasenverschiebungskodierung beinhalten.

3. Datenübertragungssystem nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Phasenmodulationseinrichtungen (30) mit einer weiteren, vorzugsweise im Bereich von 300MHz bis 10GHz liegenden Trägerschwingung überlagert und ausgesendet werden.

4. Datenübertragungssystem nach einem der Ansprüche I bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungsweg zwischen Sender und Empfänger reflektierende Bereiche der Troposphäre (11) enthält.

5. Daienübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelle (36) zur Erzeugung des Rechticksignals entsprechend einer bestimmten Folge binärer Zahlen einen Speicher beinhaltet, in welchem die Binärzahlen entsprechend der gewünschten Folge speicherbar sind, sowie einen Adressignalgenerator zur schrittweisen Adressierung des Speichers.

6. Datenübertragungssystem nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelle (36) zur Erzeugung des Rechlecksignals entsprechend einer bestimmten Folge binärer Zahlen ein Schieberegister sowie Steuermittel zur Voreinstellung des Schieberegisters entsprechend der Folge der Binärzahlen enthält.

7. Datenübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Folge binärer Zahlen einen Bqrker-Kode oder einen Pseudo-Barker-Kode enthält.