DE3215975C1 - Multi-channel directional ratio system - combines available channels on transmitting side in digital form in time-multiplexing framework - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Richtfunksystem, bei dem sendeseitig die verfügbaren Kanäle in digitaler Form zu einem Zeitmultiplexrahmen zusammengefügt und das so gewonnene Summensignal in verschlüsselter Form zur Empfangsseite übertragen wird, bei dem ferner empfangsseitig das Summensignal wiederum entschlüsselt und der Zeitmultiplexrahmen auf die einzelnen Kanäle aufgeteilt wird und bei dem neben lokalen Taktgebern sehr hoher Frequenzkonstanz für den Gleichlauf der Schlüsselgeräte und der Multiplexer Synchronisiereinrichtungen vorgesehen sind, die die Schlüsselgeräte und die Multiplexer in Abhängigkeit der von der Sendeseite zur Empfangsseite mit übertragenen Schlüsselsynchronisierzeichen und Rahmenkennworte in ihrem zeitlichen Ablauf steuern, die Übereinstimmung zwischen dem sende- und empfangsseitigen Takt überwachen und bei gegebenenfalls festgestellter gestörter Synchronisation eine Neusynchronisation der Empfangsseite herbeiführen.

Mit der zunehmenden Verlagerung von zu übertragenden Nachrichtensignalen in von Frequenzmultiplextechnik Gebrauch machenden Vielkanalsystemen in solche mit einer digitalen Zeitmultiplextechnik ergeben sich für eine gezielte Störung solcher Systeme völlig neue Möglichkeiten. Während bei mit Frequenzmultiplex arbeitenden Richtfunksystemen die Dauer einer Verbindungsunterbrechung identisch ist mit der Sendedauer eines Störsenders, können sich bei mit digitaler Zeitmultiplextechnik arbeitenden Richtfunksystemen zahlreiche Störmöglichkeiten ergeben, bei denen die resultierende Verbindungsunterbrechung die Dauer der Einwirkung des Störsenders ganz erheblich, bis zum hunderttausendfachen übersteigen kann. Jedesmal, wenn ein intelligenter Störer beispielsweise die in einem Zeitmultiplexsummensignalkanal übertragene Synchronisierinformation nur ganz kurzzeitig stört, löst dies jedesmal eine Neusynchronisation des Systems aus, wobei gleichzeitig wegen der Kreislaufsynchronisation beide Übertragungsrichtungen hiervon betroffen sind. Auf diese Weise kann also ein Störsender bei extrem kleinem Tastverhältnis die totale Blockierung einer Richtfunkverbindung erreichen. Dabei erzielt ein solcher Störsender aufgrund seines kleinen Tastverhältnisses einen hohen Tarnungsgrad, ist also schwer aufzuspüren und zu zerstören.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein solches digitales Richtfunksystem eine Lösung anzugeben, die bei relativ geringem technischen Aufwand eine hohe Störresistenz gegen intelligente Störer gewährleistet.

Diese Aufgabe wird unter der Voraussetzung des Einsatzes von lokalen Taktoszillatoren sehr hoher Frequenzkonstanz gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei Verwendung von lokalen Taktoszillatoren sehr hoher Frequenzkonstanz die Möglichkeit gegeben ist, ein Störsignal von einem Nutzsignal durch Überwachung des Schlupfes zwischen dem Signal des lokalen Taktoszillators und dem ankommenden Signal sicher zu erkennen, so daß in Abhängigkeit einer solchen Erkennung das Auslösen einer Neusynchronisation verhindert werden kann. Außerdem geben lokale Taktoszillatoren sehr hoher Frequenzkonstanz die Möglichkeit, auch bei hierarchisch aufgebauten Vielkanalsystemen im zu übertragenden Summensignal auf die ansonsten erforderliche Stuffing-Information zu verzichten und auf diese Weise dem Störer eine gezielte Störung zu erschweren.

In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, empfangsseitig einen Phasenvergleicher mit einem ausgangsseitigen Phasenstellglied zum schrittweisen Nachziehen des empfangsseitigen Taktes auf den Takt des ankommenden Signals vorzusehen. Hierbei ist dann das Phasenstellglied über die Schlupfschaltung hinweg entsprechend der Synchronisiereinrichtung ebenfalls sperrbar.

In Weiterbildung der Erfindung kann im zu übertragenden Summenkanal eines hierarchisch aufgebauten digitalen Vielkanalrichtfunksystems die Klarinformation in Form eines Rahmenkennwortes für den Multiplexer höherer Ordnung dadurch unterbleiben, daß die Synchronisation dieses Multiplexers höherer Ordnung über einen Multiplexer niederer Ordnung in Verbindung mit dem diesem Multiplexer niederer Ordnung zugehörigen Rahmenkennwort durchgeführt wird. In gleicher Weise läßt sich auch die zeitliche Überwachung der Synchronisation der verwendeten Schlüsselgeräte vornehmen. Ausgestaltungen dieser Weiterbildung sind in den Patentansprüchen 3 und 4 angegeben.

Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Richtfunksystems mit zwei Endstellen, mit einer Zusatzschaltung zur Erhöhung der Störresistenz nach der Erfindung

Fig. 2 das Blockschaltbild einer weiteren störresistenten Endstelle mit multiplexer Hierarchie

Fig. 3 einer Variante des Blockschaltbildes der Endstelle eines Richtfunksystems nach Fig. 2.

Die beiden gleich aufgebauten Endstellen des Richtfunksystems nach Fig. 1 sind mit VS1 und VS2 bezeichnet. Die Sende-Empfangseinrichtung einer Endstelle besteht aus dem Multiplexer MUX für 30 Sprachkanäle NF, der Schlüsseleinrichtung CR, der Sende-Empfangseinrichtung S/E sowie der den Sender und den Empfänger mit der Antenne A verbindenden Weiche W. Der Sendeseite wird der Amtstakt AT1 über die Leitung s zugeführt. Empfangsseitig wird der Amtstakt AT1 der Schutzschaltung SS zugeführt. Die Schutzschaltung SS weist die Synchronisiereinrichtung SYN, den Phasenvergleicher Ph, die Schlupfschaltung SCH und das Phasenstellglied ϕ auf. Der empfangsseitige Amtstakt AT1 wird über das Phasenstellglied ϕ und die Leitung e dem Multiplexer MUX, dem Schlüsselgerät CR und der Sende- Empfangseinrichtung S/E zugeführt. Der Phasenvergleicher Ph vergleicht den Amtstakt AT1 auf der Leitung e mit dem Takt des ankommenden Signals und leitet hiervon ein digitales Steuersignal für das Phasenstellglied ϕ ab. Der jeweils vom Steuerausgang des Phasenvergleichers Ph abgegebene Stellwert wird jeweils auf der Steuereingangsseite des Phasenstellgliedes gespeichert. Die Synchronisiereinrichtung SYN ist ein- und ausgangsseitig jeweils mit dem Multiplexer MUX und der Schlüsseleinrichtung CR verbunden. Eingangsseitig erhält sie im synchronisierten Zustand des Übertragungssystems vom Multiplexer das Rahmenkennwort. Andernfalls löst die Synchronisiereinrichtung eine Neusynchronisierung der Endstelle aus, wobei zunächst über den Sender von der Gegenseite eine Schlüsselsynchronisierimpulsfolge (Kryprosynchronisierpräambel) angefordert wird, auf die sich dann das Schlüsselgerät synchronisiert. Anschließend wird der Multiplexer so lange weitergeschaltet, bis die Synchronisiereinrichtung SYN das Rahmenkennwort erkennt.

Der Amtstakt AT1 bzw. AT2 weist eine Frequenzkonstanz in der Größenordnung Δf≈10^-1 auf, so daß das Gesamtsystem als taktsynchron angesehen werden kann. Bei der in Fig. 1 angenommenen Kanalgruppe von 30 Kanäle NF a 64 kbit ergibt sich für die Übertragung ein Zeitmultiplexsummensignal von 2048 kbit. Bei einer Frequenzkonstanz des Amtstaktes in der angegebenen Größenordnung dauert es hierbei 6 Tage, bis ein ganzes 8 bit- PCM-Wort bei entsprechenden Schwebungen einmal entfällt oder einmal verdoppelt wird. Bei einer schnellen Datenübertragung geht das Ereignis in der zulässigen Fehlerrate unter. Bei nicht festgeschalteten Verbindungen kann durch Steuerungsmaßnahmen innerhalb einer Endstelle auch dieser Fehler vermieden werden.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 geschieht dies durch das bereits erwähnte phasenmäßige Nachziehen des Amtstaktes über das Phasenstellglied ϕ. Auf diese Weise ist es möglich, einen Störer immer daran zu erkennen, daß sein Takt einen gewissen Schlupf zum lokalen Amtstakt aufweist, was mittels der Schlupfschaltung SCH der Schutzschaltung SS erfolgt. Erkennt die Schlupfschaltung SCH einen solchen Schlupf, so gibt sie ein Sperrsignal einerseits an die Synchronisiereinrichtung SYN und andererseits an das Phasennachstellglied ϕ ab. Dieses Sperrsignal bleibt solange erhalten, bis die Störung beendet ist und darüber hinaus ein systembedingtes Zeitintervall abgelaufen ist, das die Zeit berücksichtigt, die die auf den Relaisstellen und den Endstellen vorgesehenen Regenerator benötigen, um mittels ihrer PLL-Schaltungen den durch die Störung weggeschobenen Streckentakt wieder nachzustellen. Die einen Synchronisierausfall vortäuschende sowie eine Verschiebung des Streckentaktes bewirkende Störung wird auf diese Weise unterlaufen und sichergestellt, daß nach Beendigung der Störung das System im Synchronismus weiterläuft. Mit anderen Worten wird also auch bei einem digitalen Richtfunksystem auf diese Weise die Beschränkung der Störung auf die Dauer der Störeinwirkung erreicht.

Wie bereits darauf hingewiesen wurde, nutzt ein intelligenter Störer bei einem digitalen Richtfunksystem die Tatsache aus, daß auch bei Verschlüsselung der zu übertragenden Nachricht, mit Rücksicht auf die zwischen den Endstellen einer Strecke aufrechtzuerhaltende Synchronisation, im Summensignalkanal Synchronisierinformation in unverschlüsselter Form zu übertragen ist und gerade die Störung dieser unverschlüsselten Information die Möglichkeit gibt, bei sehr kleinem Tastverhältnis des Störers eine solche Richtfunkstrecke dauerhaft zu stören.

Gegen einen solchen Angriff läßt sich ein digitales Richtfunksystem verständlicherweise umso besser schützen, je weniger Klarinformation im zu übertragenden Summensignal vorkommt. Bei einem Zeitmultiplexsystem erster Ordnung, wie es im Blockschaltbild der Fig. 1 dargestellt ist, wird keine Klarinformation übertragen, da das Rahmenkennwort für denMultiplexer mit dem eigentlichen Nutzsignal zusammen im Schlüsselgerät verschlüsselt wird. Anders sieht es aus, wenn das Richtfunktsystem anstelle von 30 Sprachkanälen NF oder Datenkanälen 120 solche Kanäle in einem Summenzeitmultiplexsignalkanal übertragen soll.

In diesem Fall erfordert die Endstelle entsprechend Fig. 2 einen zweiten Multiplexer höherer Ordnung der hierbei mit MUX2 bezeichnet ist. Sende- und empfangsseitig weist also eine solche Endstelle vier Multiplexer MUX11, 12, 13 und 14 für jeweils 30 Kanäle auf, die anschließend zusammen mit einem Rahmenkennwort in einem jeweils einem Multiplexer zugeordneten Schlüsselgerät CR1, CR2, CR3 und CR4 verschlüsselt werden. Die so gewonnenen verschlüsselten Zeitmultiplexrahmen werden im Multiplexer zweiter Ordnung MUX2 zu einem Summenzeitmultiplexrahmen zusammengefaßt und normalerweise zusammen mit einem Summenrahmenkennwort der Sende-Empfangseinrichtung S/E zugeführt.

Jedem der Multiplexer erster Ordnung und dem zugehörigen Schlüsselgerät ist jeweils eine Synchronisiereinrichtung SYN1 . . . SYN4 zugeordnet. Der Summenzeitmultiplexrahmen fordert infolge der hohen Frequenzkonstanz des Amtstaktes AT keine Stuffing-Information und kann auch, wie das in Fig. 2 dargestellt ist, gemäß der Erfindung auf die Übertragung eines Summenrahmenkennwortes für den Multiplexer zweiter Ordnung MUX2 verzichten, so daß auch hier im Summenzeitmultiplexrahmen auf der Übertragungsstrecke keine Klarinformation vorhanden ist.

Die Schutzschaltung SS′ unterscheidet sich hier von der Schutzschaltung SS nach Fig. 1 lediglich dadurch, daß ausschließlich die Synchronisiereinrichtung SYN4 auf die Weiterschaltung des Multiplexers zweiter Ordnung MUX2 einwirkt. Dem zugehörigen Multiplexer erster Ordnung MUX14 ist hierzu ein sich von den Rahmenkennwörtern der übrigen Multiplexer erster Ordnung MUX11 . . . MUX13 klar unterscheidendes Rahmenkennwort zugeordnet. Beispielsweise kann dieses Rahmenkennwort die Inversion des für die übrigen Multiplexer erster Ordnung verwendeten Rahmenkennworts sein. Bei Durchführung einer Synchronisation wird in einem ersten Synchronisierschritt für das Schlüsselgerät CR4 in der üblichen Weise die Synchronisation durchgeführt und anschließend mittels der Synchronisiereinrichtung SYN4 der Multiplexer zweiter Ordnung MUX2 so lange fortgeschaltet, bis der Multiplexer erster Ordnung MUX14 seiner Synchronisiereinrichtung das Erkennen des ihm zugeordneten Rahmenkennwortes signalisiert. Abschließend synchronisieren sich dann die übrigen Schlüsselgeräte und die sich daran anschließenden Multiplexer selbsttätig über die ihnen zugeordneten Synchronisiereinrichtungen. Der Signalausgang der Schlupfschaltung SCH ist mit jeweils einem Sperreingang der Synchronisiereinrichtung SYN1 . . . SYN4 sowie mit dem Sperreingang des Phasenstellgliedes ϕ verbunden.

Fig. 3 zeigt eine Variante der Endstelle VS nach Fig. 2, bei der anstelle der auf seiten der Multiplexer erster Ordnung vorgesehenen Schlüsselgeräte ein übergeordnetes Schlüsselgerät CR′ vorgesehen ist, das die Verschlüsselung in der zweiten Multiplexerebene vornimmt. Für ihre Synchronisierung weisen die Multiplexer erster Ordnung MUX11 . . . MUX13 eine integrierte nicht näher dargestellte Synchronisiereinrichtung auf, die vom Ausgangssignal der Schlupfschaltung SCH nicht beeinflußt wird. Diese Vereinfachung ist möglich, da sich die Multiplexer jeweils sehr schnell synchronisieren lassen und es daher praktisch zu keiner Störung über die Zeit der Einwirkung eines Störers hinaus kommt, wenn sie hierbei jedesmal einen Synchronisiervorgang einleiten.

Die Aufrechterhaltung der Synchronisation läßt sich durch den ständigen Empfang des dem Multiplexer MUX14 zugeordneten Rahmenkennwortes durch die Synchronisiereinrichtung SYN14 durchführen, so daß die Übertragung einer Kryptosynchronisierpräambel für das Schlüsselgerät CR′ nach Fig. 3 bzw. für die Schlüsselgeräte CR1 . . . CR4 nach Fig. 2 in wesentlich größeren Zeitintervallen vorgenommen werden können, als dies sonst der Fall sein müßte.

Claims (4)

1. Richtfunksystem, bei dem sendeseitig die verfügbaren Kanäle in digitaler Form zu einem Zeitmultiplexrahmen zusammengefügt und das so gewonnene Summensignal in verschlüsselter Form zur Empfangsseite übertragen wird, bei dem ferner empfangsseitig das Summensignal wiederum entschlüsselt und der Zeitmultiplexrahmen auf die einzelnen Kanäle aufgeteilt wird und bei dem neben lokalen Taktgebern sehr hoher Frequenzkonstanz für den Gleichlauf der Schlüsselgeräte und der Multiplexer Synchronisiereinrichtungen vorgesehen sind, die die Schlüsselgeräte und die Multiplexer in Abhängigkeit der von der Sendeseite zur Empfangsseite mit übertragenen Schlüsselsynchronisierzeichen und Rahmenkennworte in ihrem zeitlichen Ablauf steuern, die Übereinstimmung zwischen dem sende- und empfangsseitigen Takt überwachen und bei gegebenenfalls festgestellter gestörter Synchronisation eine Neusynchronisation der Empfangsseite herbeiführen, dadurch gekennzeichnet, daß empfangsseitig eine Schlupfschaltung (SCH) zum Erkennen eines Schlupfes zwischen dem empfangsseitigen Takt (AT, AT1, AT2) und dem Takt des ankommenden Signals vorgesehen ist und daß die Schlupfschaltung für die Zeit des Vorhandenseins eines Schlupfes und eine sich daran anschließende systembedingte Wartezeit die Synchronisiereinrichtung (SYN, SYN1 . . . SYN4) daran hindert, eine Neusynchronisation der Schlüsselgeräte (CR; CR′, CR1 . . . CR4) gegebenenfalls auch der Multiplexer durchzuführen.

2. Richtfunksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß empfangsseitig ein Phasenvergleicher (Ph) mit einem ausgangsseitigen Phasenstellglied (ϕ) zum schrittweisen Nachziehen des empfangsseitigen Taktes (AT, AT1, AT2) auf den Takt des ankommenden Signals vorgesehen ist und daß das Phasenstellglied über die Schlupfschaltung (SCH) hinweg entsprechend der Synchronisiereinrichtung (SYN, SYN1 . . . SYN4) sperrbar ist.

3. Richtfunksystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem nach einer hierarchischen Ordnung Zeitmultiplexrahmen einer vorgegebenen Ordnung unter Anwendung einer Verschlüsselung für ihre Übertragung zu einem Summenzeitmultiplexrahmen der nächst höheren Ordnung zusammengefaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verzicht eines dem Summenzeitmultiplexrahmen beigeordneten Summenrahmenkennwortes einem der Zeitmultiplexrahmen ein sich von den übrigen Zeitmultiplexrahmen klar unterscheidendes Rahmenkennwort zugeordnet ist, daß ferner der Multiplexer (MUX14) dem dieser Zeitmultiplexrahmen zugeordnet ist über die Synchronisiereinrichtung (SYN14) nach der Synchronisatin der Schlüsselgeräte (CR11 . . . CR14) den Multiplexer (MUX2) höherer Ordnung so lange fortschaltet, bis er sein Rahmenkennwort an der seine Synchronisation anzeigenden Stelle erkennt und daß die den übrigen Zeitmultiplexrahmen zugeordneten Multiplexer (MUX11 . . . MUX13) im Anschluß hieran ihre eigene Synchronisation durchführen.

4. Richtfunksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Überwachung der Synchronisation der Schlüsselgeräte (CR, CR′, CR1 . . . CR4) weitgehend durch das Erkennen des Rahmenkennwortes im Multiplexer (MUX) bzw. in einem von mehreren vorhandenen Multiplexern (MUX14) erfolgt, so daß die Übertragung einer Kryptosynchronisierpräambel nur in größeren Zeitabständen erforderlich ist.