DE3343188A1

DE3343188A1 - Hochfrequenzhandhabungssystem

Info

Publication number: DE3343188A1
Application number: DE19833343188
Authority: DE
Inventors: Haim D. Tel Aviv Paul; Joseph Rishon Lezion Perl
Original assignee: Tadiran Israel Electronics Industries Ltd
Current assignee: Tadiran Israel Electronics Industries Ltd
Priority date: 1982-12-01
Filing date: 1983-11-29
Publication date: 1984-06-07
Also published as: US4780885A; IL67379A0; GB2133253A; IL67379A; ZA838950B; GB8332084D0; GB2133253B

Description

Beschreibung

Sich ionospherisch ausbreitende Funksignale sind oft hochgradigen Amplituden- und Phasenverzerrungen durch Fading, Vielfachweg- und Rauschphänomene wie auch durch von Menschen hervorgerufene Interferenzeffekte unterworfen.

Man weiß jetzt, daß für die Bemühung, die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit von Verbindungen durch das Hochfrequenzmedium zu maximalisieren, die beiden folgenden Faktoren vorherrschend sind:

(1) Die Bestimmung der optimalen Ausbreitungsfrequenz für jeden gewählten Weg und jede gewählte Zeit; und

(2) die Richtigkeit bzw. die Versicherung darüber, daß dieser gewählte Kanal auch interferenzfrei ist, und zwar primär auf Seiten des Empfängers.

Das genaueste Mittel zum Spezifizieren von Ausbreitungsbedingungen über eine gegebene Hochfrequenzverbindung wird erzielt durch bzw. ist die Echtzeit-Schrägweg-Lotung, Die Einbeziehung von Echtzeit-Ausbreitungsdaten in genaue Spektruminterferenzdaten an einem Empfänger bildet eine Basis für ein praktisches Frequenzhandhabungssystem. Damit das Frequenzhandhabungssystem voll wirksam ist, erfordert es jedoch außerdem gewisse Mittel zum sehr schnellen Verbreiten der Information über die empfohlenen Frequenzen oder der Spektruminformation an eine Mehrzahl von Hochfrequenzbenutzern. Außerdem sollte diese Verteilung von Frequenzzuweisungen leicht verfügbar, sicher und nicht den Hochfrequenzausfällen unterworfen sein, die durch dieselbe bestimmungsgemäß vermieden werden sollen.

BAD ORIGINAL

Es sei hier darauf hingewiesen, daß in der Beschreibung und in den Ansprüchen für den Begriff "Hochfrequenz" auch die übliche Abkürzung HF verwendet wird.

Die Bandbreite, die eine Raumwellenverbindung zwischen irgendwelchen zwei Punkten begründet, ist normalerweise viel kleiner als das 28 MHz-breite HF-Spektrum. Die Die verfügbare Bandbreite ändert sich zyklisch in täglichen, jährlichen und elfjährigen Zyklen und kann durch unvorhersagbare Kurzzeiteffekte beeinträchtigt werden.

Frequenzzuweisungen werden üblicherweise unter Benutzung von Vorhersagen gemacht, die aus den statistischen Variationen von Ausbreitungserwartungszyklen, dem Weg und den Frequenzen, die der Zuweisungsautorität verfügbar sind, beruhen.

Interferenz kann Komponenten haben, die auf äußere Gründe (galaktisches oder atmosphärisches Rauschen oder Empfängerrauschen) zurückzuführen sind, aber sie ist aktuell ein von Menschen erzeugtes Rauschen, und zwar insbesondere sind es die weit verbreiteten Interferenzen von entfernten HF-Stationen, die die Hauptquelle von Fehlern im HF-Datenverkehr bilden. Die HF-Bandbreite ist in hohem Maße überfüllt, insbesondere bei Nacht, und viele Beobachtungen haben gezeigt, daß Ausfälle aufgrund von Interferenzen, die von anderen Benutzern herkommen, diejenigen, welche aufgrund der Ausbreitung auftreten, um den Faktor 5 übersteigen können. Die Kenntnis des Interferenzgrades, der in einem Nachrichtenverbindungskanal vorhanden ist, ist wesentlich für die Kanaloptimalisierung, wenn die Nachrichtenverbindungen auf einem Kanal stattfinden sollen, der den größten Wert des Signal-zu-Interferenz-Verhältnisses aufweist.

Hv '.?■

Das fortgeschrittenste HF-Frequenzhandhabungssystem
besteht typischerweise aus verschiedenen Kombinationen von drei Ausrüstungseinheiten ausschließlicher Zuordnung. Zwei dieser Einheiten, nämlich ein Schräglotungssender und ein Lotungsempfänger, bilden einen ionosphärischen "Testsatz", indem sie die Ausbreitung eines HF-Signals in Abhängigkeit von der Frequenz über den Verbindungsweg messen. Die dritte Einheit, ein Spektrumüberwacher bzw. -monitor liefert die Angaben über das Ausmaß der

Interferenz, die über das gesamte 2 bis 30 MHz-Band

während der letzten 5 bis 30 Minuten gemessen worden ist. In einem typischen Chirp-Lotungssystem sendet der Lotungssender ein lineares FM/CW-Testsignal (FM = Frequenzmodulation, CW = Trägerwelle bzw. getastete Trägerwelle)

(2 bis 30 MHz Chirp bzw. Zwitschern) und wird von einem zeitsynchronisierten Chirp-Lotungsempfänger am anderen Ende des Nachrichtenverbindungswegs verfolgt. Eine Spektralanalyse der Differenzfrequenz zwischen dem Lokaloszillator des Lotungsempfängers und dem ankommenden Signal ergibt eine Wiedergabe der Zeitverzögerung in Abhängigkeit von der Hochfrequenz.

Spezifische Schlußfolgerungen bezüglich der Betriebsmäßigen Benutzung eines solchen Systems zeigen folgendes:

1. Es ist eine enge betriebsmäßige Steuerung und Koordination zwischen einer Mehrzahl von Benutzern des Systems erforderlich. Gleichzeitige Lotungen erfordern eine sorgfältige Sendersynchronisation.

2. Wenn der Pool bzw. die Gesamtheit von zugewiesenen Frequenzen nicht sehr groß ist, dann kann sich die Benutzung dieses Systems als einer produktiven Betriebsweise entgegenwirkend oder überspezialisiert erweisen.

SAD ORiGIWAL

"J J 4 J I 8 ö

• 3. Im militärischen Bereich haben Lotungssender eine sehr große, identifizierbare Signatur bzw. ein sehr großes, identifizierbares Kennzeichen und müssen daher in einigem Abstand von Nachrichtenverbindungszentren plaziert werden, damit die Gefahr einer Richtungsfindung, eines Störens oder einer physischen Zerstörung minimalisiert wird.

4. Die gleichzeitige Ausstrahlung von einer Mehrzahl von Lotungssendern her, welche das gesamte 2 bis 30 MHz-Band kontinuierlich überstreichen bzw. abtasten, verseucht das HF-Spektrum, erhöht den Hochfrequenzräuschuntergrund und hat infolgedessen eine Eigenstörung der eigenen bzw. der befreundeten HF-Verbindungsempfangsausrüstung zur Folge.

5. Der HF-Ausbreitungsweg ist nicht reziprok, insbesondere bezüglich der außerordentlichen Schwingungsart bzw. Wellen. Ein Zurückgreifen auf eine Zweiweg- Lotung pro Kanal bzw. übertragungsweg macht das Nachrichtenverbindungsnetzwerk betriebsmäßig schwer behandelbar und wirtschaftlich untolerierbar im Hinblick auf die Größe und die hohen Kosten eines solchen Systems.

6. Die menschliche Beurteilung und Analyse kann nicht vollständig ersetzt bzw. ausgeschaltet werden. Eine intelligente und erfahrene Bewertung des dynamischen Ionogramms ist von höchster Wichtigkeit. Dieses System erfordert das kontinuierliche Eingreifen einer erfahrenen Bedienungsperson.

ι *• » »■*■

Es ist daher dort ein radikal unterschiedliches Konzept erforderlich, wo ein einziger Zusatzterminal irgendwelche moderne Standard-HF-Nachrichtenverbindungsausrüstungen steuert und benutzt, um eine große Anzahl von Frequenzkanälen innerhalb eines zugewiesenen HF-Unterbandes automatisch zu sondieren bzw. untersuchen. Er soll folgendes ausführen: Lotung, Verbindungsqualitätsbeurteilungen, sowie Auswahl und sichere Verbreitung der besten Betriebsfrequenzen, daroit eine schnelle und zuverlässige Kanal- bzw. Ubertragungswegverbindbarkeit erzielt wird.

Mit der Erfindung soll primär ein neues Echtzeit-Frequenzhandhabungssystem zur Verfügung gestellt werden, welches eine automatische Auswahl von optimalen Betriebsfrequenzen in HF-Verbindungssendern und -empfängern ermöglicht. Es sollen Nachrichtenverbindungen ohne die Intervention von erfahrenen Bedienungspersonen herstellen, die Notwendigkeit ausschalten, auf Ausbreitungsvorhersagen zurückgreifen zu müssen, und auf diese Weise die Brauchbarkeit und Zuverlässigkeit von Hochfrequenzverbindungssystemen erhöhen.

Um die vorerwähnten Ziele und Vorteile zu erreichen, wird mit der Erfindung ein frequenzprogrammierbares HF-Verbindungssystem zur Verfügung gestellt, in dem Sender und Empfänger verwendet werden, die in Ansprechung auf Steuersignale in der Lage sind, fernabgestimmt zu werden und eine Mehrzahl von Kanälen abzutasten bzw. zu überstreichen. Ein solches Hochfrequenznachrichtenverbindungsnetzwerk hat eine Steuerstation und eine Mehrzahl von gesteuerten Stationen. Es ist eine Einrichtung für alle Stationen vorgesehen, um kontinuierlich eine große Gruppe von statistisch ausgewählten Frequenzen innerhalb eines gegebenen Bandes zu überwachen, zu messen und ihre Rausch- und

BAD ORIGINAL

Interferenzcharakteristika zu analysieren sowie jeden Kanal entweder als "rauschbehaftet" oder "ruhig", basierend auf einem Satz von Kriterien»fest zu markieren. Das sich ergebende Binärwort wird von der steuernden Station in einem vorgewählten Format als Lotungsbotschaft benutzt. Es ist eine zusätzliche Einrichtung für die steuernde Station vorgesehen, um die gleiche Lotungsbotschaft aufeinanderfolgend über jeden einzelnen der Kanäle redundant durch Funk zu verbreiten. Die Hochfrequenzsender und -empfänger werden synchron gemäß einer pseudo-statistisch kodierten Folge im Sprungverfahren bedient.

Die gesteuerte Station hat eine Einrichtung für eine Majoritätsdekodierung der in hohem Maße redundanten Lotungsbotschaft, sowie weiter eine Einrichtung zum Messen der Verbindungsqualität jedes Kanals, auf dem diese Botschaft empfangen worden ist. Die Verbindungsqualitätsanalyse umfaßt eine Einrichtung für das Messen von Bitfehlerraten (die auch abgekürzt als BER bezeichnet werden), Mehrfachwegverzögerungen, Fading-Raten, Interferenzgraden und -Verteilungen sowie Signal-zu-Rauschen-Verhältnissen.

Die gesteuerte Station erzeugt infolgedessen ein anderes Binärwort, in dem jedes Bit eine Festentscheidung repräsentiert, die auf einem Satz von Ubertragungsqualitätskriterien basiert, ob der entsprechende abgetastete Kanal als "gut" oder "schlecht" für Nachrichtenverbindungen angenommen wird. Das Verbindungsqualitätsmuster wird nun von der gesteuerten Station als deren Rückantwort-Lotungsbotschaft benutzt.

Die steuernde Station führt eine Majoritätsdekodierung der wiederholten Lotungsfunksendungen durch, die von der gesteuerten Station durchgeführt werden, während sie synchron die gesamte Gruppe von Frequenzen aufeinanderfolgend durchläuft. Sie führt ihre eigene Verbindungsqualitätsanalyse durch und vergleicht die an beiden Enden der Verbindung bearbeiteten bzw. aufbereiteten Daten. Die steuernde Station leitet nun die optimalen Betriebsfrequenzen ab. Die gewählten Frequenzen werden dann automatisch unter Verwendung der gleichen Frequenzsprungübertragung verbreitet.

Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf ein Hochfrequenz (HF)-Frequenzhandhabungssystem mit wenigstens zwei Stationen, nämlich einer steuernden Station und - einer oder mehreren gesteuerten Stationen, von denen jede einen Hochfrequenzfunksender, einen Hochfrequenzfunkempfänger, eine Steuereinheit zum Steuern des Betriebs des Senders und des Empfängers sowie eine Frequenzhandhabungsprozessoreinrichtung umfaßt, wobei letztere für folgendes vorgesehen ist:

(a) kontinuierliches überwachen der Interferenz und des Besetztseins einer begrenzten Mehrzahl von HF-Kanälen, wobei jeder Kanal auf eine unterschiedliche Frequenz abgestimmt ist;

(b) Festmarkieren von jedem einzelnen dieser Kanäle entweder mit einer binären "1", wenn es ein "ruhiger" Kanal ist oder mit einer binären "0", wenn es ein "rauschbehaftetcr" Kanal ist (oder umgekehrt), und zwar basierend auf einem vorbestimmten Satz von Kriterien;

BAD ORIGINAL

3 4 318

(c) Speichern und Aktualisieren des resultierenden Binärworts, worin jedes Bit eine Beurteilung von einer der inspizierten Frequenzen ist;

(d) Verwenden des Binärworts als Lotungssignal und wiederholtes Senden dieses Signals, und zwar einmal über jede der endlichen Gruppen von Frequenzen bzw. über jede Frequenz aus der endlichen Gruppe von Frequenzen, indem der Sender diese Kanäle überstreicht;

(e) Synchronisieren des Empfängers der entfernten Station derart, daß er durch die gleiche Gruppe von Kanälen mit einer gleichen Geschwindigkeit aufeinanderfolgend hindurchläuft, so daß er in jedem der einzelnen Kanäle zu der gleichen Zeitdauer ist wie der Sender, um zu ermöglichen, daß er die Lotungsbotschaft empfängt;

(f) Majoritätsdetektion der redundanten Lotungsbotschaft durch den Prozessor des entfernten Empfängers;

(g) Durchführen von Verbindungsqualitätsmessungen an jeder einzelnen der überstrichenen Grupppe von Frequenzen bzw. bei jeder Frequenz aus der überstrichenen Gruppe von Frequenzen;

(h) Festmarkieren jedes einzelnen der Kanäle entweder mit einer binären "1", wenn es sich um einen "guten" oder "akzeptablen" Kanal handelt oder mit einer binären "0", wenn es sich um einen "schlechten" oder einen "nichtakzeptablen" Kanal bezüglich der Nachrichtenverbindungsqualität handelt (oder umgekehrt), und zwar basierend auf einem anderen Satz von Kriterien;

(i) Speichern des resultierenden Binärworts in dem Empfängerprozessor der entfernten Station, damit es dort zum Ausbilden des Rückantwort-Lotungssignals benutzt werden kann;
5

(j) wiederholtes Senden der Rückantwort-Lotungsbotschaft einmal über jeden der Gruppe von Kanälen bzw. einmal über jeden Kanal aus der Gruppe von Kanälen, indem der Sender der entfernten Station diese Kanäle überstreicht;

(k) Majoritätsdetektion der redundanten Rückantwort-Lotungsbotschaft durch den Empfängerprozessor der ersten, steuernden Station;
15

(1) Durchführen von Verbindungsqualitätsmessungen durch den Empfängerprozessor der steuernden Station, und zwar an jeder einzelnen aus der überstrichenen Gruppe von Frequenzen bzw. an jeder einzelnen Frequenz aus der überstrichenen Gruppe von Frequenzen;

(m) Auswählen von optimalen Frequenzen durch den Prozessor der steuernden Station für zuverlässige Nach richtenverbindungen in beiden Richtungen, und zwar sowohl von der steuernden Station zu den gesteuerten Stationen als auch von den gesteuerten Stationen zu der steuernden Station, wobei diese Auswahl auf der Analyse der empfangenen und abgeleiteten Verbindungsqualitätsmuster basiert;

(n) Benutzen der synchronen Frequenzsprungbetriebsweise, die zwischen den Stationen aufrechterhalten wird, um durch Senden die Frequenzinformation über die gewählten optimalen Frequenzen zu verbreiten, und zwar die relevante Information für die entfernte Station; und

BAD

JJ4J

(o) automatische Abstimmung der Sender und Empfänger der Nachrichtenverbindungen auf die gewählte bevorzugte Frequenz oder die gewählten bevorzugten Frequenzen, so daß ein zuverlässiger Nachrichtenverbindungsweg zwischen den Stationen hergestellt wird.

Die Zeitgebungs- und Steuereinrichtung umfaßt folgendes:

(A) eine Einrichtung zum statistischen Auswählen von N-Kanälen aus einem spezifizierten HF-Unterband, dessen Grenzen gegeben sind durch f . , . und f. , ;

(B) eine Einrichtung zum Speichern der N-Kanäle als wechselnde Verbindungskanäle, wobei jeder Kanal eine vorbestimmte Frequenz hat;

(C) Empfang/Sendeeinrichtungen, um die Station in

eine Ubertragungs- bzw. Sendebetriebsweise zu bringen;

(D) eine Einrichtung zum aufeinanderfolgenden Durchlaufenlassen und Abstimmen der HF-Empfänger und -Sender durch die Gruppe der N-Kanäle;

(E) eine Einrichtung zum Durchführen einer Zeit- bzw. Taktgebung des Gesamtsystembetriebs, einer Bit-Synchronisierung, einer Satzsynchronisierungsbeschaffung, eines Synchronisierungszyklusbetriebs bzw. eines synchronisierten Zyklusbetriebs, eines Lotungszyklusbetriebs und von Signalverarbeitungsalgorithmen;

(F) eine Einrichtung zum Senden der Lotungsbotschaften unter Verwendung einer kanalinternen Manigfaltigkeit von zwei Frequenzumtastungs-Modulatoren-Demodulatoren; und

(G) eine Einrichtung zum Erzeugen einer vorbestimmten Aufeinanderfolge, basierend auf der Eingabe eines variablen Schlüssels und der Echtzeit des Tages.

Die Rausch- und Interferenzmeßeinrichtung umfaßt folgendes:

(1) eine Einrichtung zum Messen des Hochfrequenzempfänger-Schwundregelungs-Niveaus und des Hochfrequenzempfänger-Rauschausgangs sowie der Hochfrequenzempfänger-Rauschverteilung;

(2) eine Einrichtung zum Messen der kanalinternen Interferenz charakteristika;

(3) eine Einrichtung zum Klassifizieren von Rauschen und Interferenz, die im Nachrichtenverbindungskanal vorhanden sind,in eine vorbestimmte Anzahl von Kategorien gemäß einem vorbestimmten Satz von Kriterien; und

(4) eine Einrichtung zum Erzeugen einer entsprechenden Anzahl von Binärworten, wobei jedes N-Bit lang ist, und zwar je eines für jede Kategorie, worin jedes Bit eine feste Entscheidung repräsentiert, durch die je einer der N-überwachten Verbindungskanäle qualifiziert bzw. qualitätsmäßig gekennzeichnet wird.

Die Verbindungsqualitätsanalysiereinrichtung umfaßt folgendes :

(I) eine Einrichtung zum Detektieren von Rauschen, welches das Rauschen repräsentiert, das innerhalb des Nachrichtenverbindungskanalbands wie auch innerhalb der beiden gesonderten Frequenzumtastungskanäle vorhanden ist;

JJA-J I öö

(II) Datendetektoren zum Abgeben eines Signals, das die Datenniveaus repräsentiert, die in dem Nachrichtenverbindungskanal vorhanden sind, auf welchen der Empfänger abgestimmt ist;

(III) eine Einrichtung zum Messen des Signal-zu-Rauschen-Verhältnisses, der Fading-Rate, und der effektiven Mehrfachweg-Verζögerungsstreuung;

(IV) eine Einrichtung zum Verwenden der demodulierten und majoritätsdetektierten Lotungsbotschaft derart, daß die aktuelle Bitfehlerrate erhalten wird;

(V) eine Einrichtung zum Quantisieren der folgenden Parameter: Signal-zu-Rauschen-Verhältnis und Bitfehlerrate, gewünschtenfalls in Kombination mit einem oder mehreren der folgenden Parameter: Fading-Rate, Verzögerungsstreuung bzw. -toleranz, Kanalrauschen, Datenniveaus; und zwar gemessen im Nachrichtenverbindungskanal zur Definition der gewünschten vorbestimmten Anzahl von Verbindungsqualitätskategorien gemäß einem vorbestimmten Satz von Kriterien; und

(VI) eine Einrichtung zum Erzeugen einer entsprechenden Anzahl von Binärworten, von denen jedes N-Bit lang ist, und zwar je eines für jede Kategorie, worin jedes Bit eine feste Entscheidung repräsentiert, mit der jeweils einer der N-geloteten Nachrichten-Verbindungskanäle qualifiziert bzw. qualitätsmäßig eingestuft wird.

"T >-> I V-/

Die vorstehenden sowie weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung seien nachfolgend anhand einiger besonders bevorzugter Ausführungsformen, die unten in näheren Einzelheiten beschrieben sind, unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung, in denen besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind, näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 drei Blockschaltbilder, die drei unterschiedliehe Konfigurationen von HF-Nachrichtenver

bindungssystemen veranschaulichen, in die das System nach der vorliegenden Erfindung integriert ist;

Fig. 2 ein Format für Lotungsbotschaften zwischen Netzwerkstationen in Grundzügen;

Flg. 3 ein Format, das im Netzwerksynchronisations-

sendezyklus verwendet wird, in Grundzügen; 20

Fig. 4 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Frequenzhandhabungssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 5 ein funktionelles Blockschaltbild eines Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Vor einer eingehenden Beschreibung der Figuren sei ein kurzer Überblick gegeben, in dem die Umgebung und die generellen Merkmale des Systems beschrieben werden.

BAD ORIGINAL

J J 4 J I tf

Bei der betriebsmäßigen Situation wird typischerweise von einem Netzwerk von Hochfrequenzfunkbenutzern ausgegangen, das generell in der Art aufgebaut ist, daß eine Netzsteuerstation in Verbindung mit einer Mehrzahl von in weitem Umfang verstreuten gesteuerten Stationen, und zwar einschließlich Relaisstationen, verwendet wird. Von jeder gesteuerten Netzstation wird erwartet, daß sie kontinuierlich den Netzverkehr überwacht und antwortet, wenn sie von der steuernden Netzstation befragt wird. Es sendet dann jeweils nur eine Station, wobei die Sendedisziplin durch die steuernde Station aufrechterhalten wird.

Zentralisierte Frequenzhandhabung und -steuerung bei voller Frequenzzuteilungsautorität wäre normalerweise der Verantwortungsbereich der steuernden Station innerhalb der Einzelnetz- oder der Mehrfachnetzkonfiguration. Jedoch wird in betriebsmäßigen Konfigurationen, in denen nur Einwegübertragungen angewandt werden, die Fähigkeit der vorliegenden Erfindung, die Auswahl von optimalen HF-Frequenzen dem gesteuerten Terminal zuzuweisen, angewandt.

Das System gemäß der Erfindung kann für die Echtzeit-Handhabung von HF-Nachrichtenverbindungsnetzwerken verwendet werden, die eine steuernde Station und eine oder mehrere gesteuerte (oder entfernte) Stationen haben. Das System ist dazu geeignet, eine Frequenz-Handhabungsfähigkeit für jede vorbestimmte Anzahl von Frequenzen zu besitzen. Praktische Betrachtungen zeigen, daß generell eine Anzahl von etwa 50 bis etwa 150 Frequenzen ein geeignetes System ergibt, was von den Anwendungsbedingungen und der erforderlichen Geschwindigkeit sowie Betriebszuverlässigkeit abhängt. Die in Betrieb befindlichen Unterbänder sind so gewählt, daß sie eine angemessene Breite zum Aufnehmen einer vorbestimmten Anzahl von Frequenzen haben, und zwar bei angemessenen Abständen zwischen den verwendeten

Frequenzen. Nachfolgend wird die Erfindung in einer vollständig willkürlichen Weise unter Bezugnahme auf ein System von 125 Kanälen erläutert. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß es sich hierbei nur um einen Bespielsfall handelt, und daß jede angemessene und praktische Anzahl von Kanälen mittels solcher Systeme gehandhabt werden kann.

Wie oben dargelegt, wird die Erfindung unter Bezugnahme auf ein System erläutert, das eine Gesamtfähigkeit der Frequenzhandhabung in einer Gruppe von 125 Frequenzen ergibt, die statistisch in einem Unterband jeder Größe, das zwischen f. und f₂ des HF-Spektrums liegt, verteilt sind, und zwar für eine Zeitdauer zwischen t.. und t- in jeder Größe am Tag und in der Nach. Das in Betrieb befindliche Unterband muß eine Breite von wenigstens 500 kHz haben,um Kanäle bei 4 kHz Abstand aufnehmen zu können. Infolgedessen kann das System unter Ausschluß von benutzten oder verbotenen Frequenzen so programmiert sein, daß es das gesamte HF-Band zu jeder Zeit oder irgendwelche kleineren Fortpflanzungsfenster von brauchbaren Frequenzen, die grob vorhergesagt wirksam sind, zu gewissen entsprechenden Zeitdauern verarbeitet. Es sei darauf hingewiesen, daß dieses Beispiel zur Erläuterung dient und dadurch die Erfindung in keiner Weise beschränkt wird.

Diese Gesamtheit von 125 automatisch vorzugewiesenen Frequenzen bildet den der Frcquenzhandhabung unterworfenen einzigen Breitband-Betriebskanal. Innerhalb dieses Kanals wird die Information zeit-und-frequenzmultiplexd, wobei die "guten" und die "schlechten" verfügbaren Frequenzen redundant benutzt werden.

Das System kann so programmiert sein, daß es entweder in einem Band oder in zwei gesonderten Bändern arbeitet. 35

_BAD ORIGINAL

1. Ein Frequenzband: ein Paar von Frequenzen definiert die Grenzen des erwarteten Betriebsbandes. Innerhalb dieses Bandes sind 125 Frequenzen für die Beurteilung stets verfügbar, und zwar unabhängig von der Größe des Bandes und bei einem Minimalabstand von 4 kHz.

2. Zwei Frequenzbänder: vier Frequenzen definieren zwei gesonderte "TAG" und "NACHT" Betriebsbänder, die überlappende Bereiche haben können. Eine einzige Ubergangsstunde wird für den übergang vom TAG-Band zum NACHT-Band oder von den 125 TAG-Frequenzen zu den 125 NACHT-Frequenzen gewählt.

Eine sich nicht wiederholende, schlüssel- bzw. tastengesteuerte Permutation der Zahlen 0 bis 125 bestimmt die aktuellen Frequenzstellen und ihre Übertragungsfolge innerhalb der definierten Betriebsbänder. Bei zwei Bändern verarbeitet das System aktuell 250 HF-Frequenzen während der 24 Stundenperiode.
20

Diese 125Frequenzen werden kontinuierlich durch jede der Netzstationen überwacht, das Kanalrauschen sowie die Kanalinterferenz wird beurteilt. Die steuernde Station leitet die Lotungsübertragung ein. Das Lotungssignal besteht aus Lokalrauschinformation, die am Ort der steuernden Station analysiert worden ist. Während des Lotungszyklus durchfährt die steuernde Station alle 125 Frequenzen in einer statistischen Aufeinanderfolge.

Der Abstand zwischen den Frequenzen soll das Vielfache

von 4 kHz betragen.Es sei ein Band F. bis F₂ gegeben, dann ergibt sich für jeden Subsatz von Zahlen N= {ⁿi ' · · · ·'^mi 25J

die aus dem Satz N = fi,2,....N, 1 , willkürlich gewählt

>· max j

sind, folgendes:
35

max 0,004

(F₁ und F₂ sind in MHz angegeben) ist,

Der entsprechende Frequenzsatz ist

Die netzgesteuerte Station schreitet synchron mit der steuernden Station weiter und führt Ubertragungsqualitätsbeurteilungen durch, die sich auf jeden der 125 Kanäle beziehen. Die gesteuerte Station antwortet aufeinanderfolgend mittels eines Wiederhollotungszyklus, indem sie wieder alle 125 Frequenzen überstreicht. Das Lotungssignal trägt nun lokale Empfangsqualitätsinformation zurück zur steuernden Station, wobei es wieder im Frequenzsprung über alle 125 Kanäle geht, und zwar in einer statistischen bzw. willkürlichen Aufeinanderfolge. Die steuernde Station führt ihre eigene Übertragungsqualitätsanalyse aus und setzt sie mit der Information zusammen, die sie durch das Lotungssignal von der gesteuerten Station empfangen und verarbeitet hat.

Ein einziger Zweiwegaustausch von Echzeitlotungsübertragungen ermöglicht es infolgedessen der steuernden Station, die optimal arbeitenden HF-Frequenzen abzuleiten und jeder Kommunikations.verbindung zuverlässig zuzuweisen.

Es ist ein zentrales Merkmal der Erfindung, das der Frequenzhandhabungsprozess als eine automatische HF-Verbindungssteuerung zur Erzielung eines anpassungsfähigen bzw. angepaßten Kanals und zur Vergrößerung der Nachrichtenverbindungszuverlässigkeit wirkt.

OWGlNAt

Die Fig. 1 veranschaulicht ein Blockschaltbild von drei Konfigurationen von HF-Funkverbindungssystemen aus einer Vielzahl von anderen möglichen Konfigurationen derartiger Funkverbindungssysteme, und zwar umfassen diese dargestellten HF-Funkverbindungssysteme eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Ein Frequenzhandhabungsterminal wird normalerweise eng bzw. möglichst vollständig in die Funkausrüstung integriert.

In Fig. 1a ist ein konventionelles HF-Funkverbindungssystem gezeigt, das eine Funkfernsteuereinheit 21, einen HF-Sender/Empfänger 24 und eine Anpassungseinheit 26 zur Ankopplung an eine Schmalbandantenne 29 aufweist. Diese Anpassungseinheit braucht nicht verwendet zu werden, wenn eine Breitbandantenne 27 verfügbar ist. Das gezeigte Frequenzhandhabungssystem umfaßt eine Fernsteuereinheit 22 und einen Prozessor 23, der mit einem anderen konventionellen, jedoch ausschließlich zugeordneten HF-Funksystem verbunden ist. Die beiden Steuereinheiten sind, wie bei 25 dargestellt, miteinander verbunden, damit eine automatische FrequenzZuweisung und Steuerung ermöglicht wird. In dieser Konfiguration ist der Informationskanal vollständig unabhängig von dem Frequenzhandhabungssystemkanal (22, 23, 20). Der Informationskanal (21, 24), der normalerweise eine Frequenz (Halb-Duplex) oder zwei Frequenzen (Duplex) benutzt, wird durch den Frequenzhandhabungsbetrieb nicht unterbrochen. Der Systemkanal, in dem 125 Frequenzen verwendet werden, arbeitete gleichzeitig und kontinuierlich auf einer Nichtinterferenzbasis.

In Fig. 1b umfaßt das dargestellt HF-Funksystem 29 ein gesondertes HF-Sendersystem 30 und ein HF-Empfängersystem 31. Diese können physisch weit voneinander getrennt sein. In dem Frequenzhandhabungssystem jedoch wird nur ein ausschließlich zugeordneter, jedoch konventioneller HF-

empfänger 32 benutzt. Die beiden Empfänger sind mit einer einzigen Empfangsantenne 37 durch eine Antennenmehrfachkupplungseinrichtung 34 verbunden. In dieser Konfiguration benutzt das System nur den Nachrichtenverbindungssender gemeinsam, der daher sowohl für die Informationsübertragung als auch für die Frequenzhandhabungsübertragungen verwendet wird. Der Systemempfänger kann infolgedessen ununterbrochen die 125 Kanäle überwachen.

In Fig. 1c sind in einer einzigen Fernsteuereinheit 33 die Nachrichtenverbindungs- und Frequenzhandhabungsoperationen, Audio und Steuerung durch den Systemprozessor 36 kombiniert, der direkt mit dem HF-Funkempfängersystem 35 verbunden ist, das zu beidem dient.

Wie vorher dargelegt, hält jeder Terminal in einem Netz eine kontinuierliche Beurteilung von allen 125 Kanälen aufrecht, indem er die vorherrschende Interferenz in der normalen 3-kHz-Nachrichtenvefbindungsbandbreite untersucht. Dieser Uberwachungsprozeß geht zu allen verfügbaren Zeiten mittels des Nachrichtenverbindungsempfängers des HF-Systems weiter. Jedes Terminal tastet aufeinanderfolgend die programmierte Liste von 125 Frequenzen ab und stellt kontinuierlich die Kanalbelegungsstatistik bzw. -Statistiken zusammen und aktualisier sei.

Die Anzahl von verfügbaren Betriebskanälen hängt zu allererst von der Wahrscheinlichkeit ab, alle ruhigen Frequenzen (von der vorzugewiesenen Gruppe) während aller Stunden des Tages und der Nacht zu finden, während die Rate bzw..das Maß, womit der Kanal beurteilt werden muß, von der wahrscheinlichen bzw. voraussichtlichen Variabilität des Rauschspektrums und der Ausbreitungsbedingungen in Abhängigkeit von der Zeit abhängt.

BAD ORIGINAL

Die Bezeichnung "ruhiger Kanal" beinhaltet generell einen Kanal, dessen Rausch- und Interferenzniveau, das inhärent eine veränderbare Größe ist, einen gewissen gemessenen Rauschuntergrund, der innerhalb einer beschränkten Bandbreite gemittelt ist, nur leicht überschreitet, oder ein festes Rauschniveau, das einem in der Antenne induzierten Niedrigniveausignal entspricht, oder den Schwellwert des atmospherischen Rauschens.

Jedoch bestimmen die Charakteristika der Interferenz in dem Kanal, die von dem Verkehr und der Betriebsweise abhängen, ob erwartet werden kann, daß der Kanal für eine akzeptable Sprachverständlichkeit oder eine akzeptable Bitfehlerrate sorgt. Die Leistungsspektraldichte der Interferenz von anderen HF-Benutzern kann merklich nichtweiß innerhalb der HF-Sprachkanäle sein. Niedrigfrequente Trägertastung, Mors-Code oder Schmalband-Frequenzumtastung können einen HF-Kanal als "rauschbehaftet" charakterisieren, während er noch für eine verständliche Sprache sorgen kann bzw. eine verständliche Sprache in diesem Kanal übertragen werden kann.

Gemäß der Erfindung wird eine vorbestimmte Anzahl von Quantumzuständen definiert, die sich jeweils auf eine vorbestimmte Anzahl von Parametern beziehen, von denen die hauptsächlichsten das Signal-zu-Rauschen-Verhältnis und die Bitfehlerrate sind, während die anderen das Kanalrauschen, Datenniveau, Fading-Rate und Verzögerungs-Streuung sind. Vorteilhafterweise umfassen die gemessenen Parameter wenigstens die beiden Hauptparameter. Diese können zusammen mit einem oder mehreren der anderen Parameter gemessen werden. Es kann auch jede Kombination von einem der Hauptparameter mit zwei oder mehreren der anderen Parameter verwendet werden.

'JY."

Wie oben erwähnt, wird die Erfindung mit Bezug auf ein System von 125 Kanälen erläutert, und sie wird weiterhin in Bezug auf acht Quantumzustände erläutert, welche das Rauschen und die Interferenz klassifizieren, die
in dem Nachrichtenverbindungskanal vorhanden sind.

Acht Quantumzustände von Rauschen und Interferenzleistung/Frequenzverteilung werden definiert. Messungen
geben kontinuierlich an, welcher der 8-Schwellenwerte in jedem der 125 Kanäle von 3 kHz durchschritten worden sind. Für jeden dieser acht Zustände wird schnell ein panoramaartiges Muster ausgebildet, durch das jeder einzelne der 125 Kanäle, die das gesamte Netz laufend bestimmen, als "ruhig" oder "rauschbehaftet" qualifiziert wird. Diese Muster werden kontinuierlich während der Uberwachungsperioden aktualisiert. Die Markierung eines Kanals als "ruhig" oder "rauschbehaftet" repräsentiert eine feste Entscheidung, durch die die beste verfügbare Wahl bewirkt wird und die stets eine feste, minimale Anzahl der "ruhigsten" Kanäle in jedem Muster umfaßt. Bei Verteilung der Netzstationen über eine
weite geographische Ausdehnung werden unterschiedliche Interferenzbedingungen an unterschiedlichen Orten beobachtet, was höchstwahrscheinlich zu einem sehr unterschiedlichen Interferenzmessungsmuster (das abgekürzt auch als IMP bezeichnet wird) resultiert.

Dieses Interferenzmessungsmuster bildet infolgedessen eine Aufeinanderfolge von primären Messungen, die 125 Bits lang ist, wobei jede "1" oder "0" einer festen Entscheidung der Interferenzzustandsmessung entspricht.
Jeder einzelne der überwachten Kanäle wird an der Stelle des Terminals als Ruhig ("1") oder Rauschbehaftet ("0") markiert, und zwar basierend auf der kontinuierlichen überwachung und Aktualisierung der Kanalbelegungsstatistiken, in 5 oder 30 Minuten Zeitsegmenten. Jede Bit-

BAD ORIGINAL

Position entspricht der genauen Kanalposition in einer automatisch erzeugten kodierten Tabelle der 125 Frequenzen.

Der Prozeß der Echtzeit-HF-Kanalwahl beinhaltet normalerweise einen einzigen Zweiweg-Ubertragungsaustausch zwischen einem steuernden Frequenzhandhabungsterminal und einem gesteuerten Frequenzhandhabungsterminal. Jedoch kann eine betriebszuverlässige Kanalbewertung auch durch einen Einweg-Ubertragungsprozeß erzeugt werden.

Das IMP, das kontinuierlich zusammengestellte und aktualisierte Interferenzmessungsmuster, wird als das primäre Lotungssignal von dem steuernden Terminal verwendet. Es sei hier darauf hingewiesen, daß die Begriffe Loten, Lotung, Lotungssignal o. dgl. allein oder in Zusammensetzungen auch die Begriffe Sondieren, Sondierung, Untersuchung, Untersuchungssignal o. dgl. mit umfassen sollen. Eine Lotungsübertragung umfaßt einen einzigen Zyklus von 124 pseudo-statistisch ausgewählten HF-Frequenzsprüngen, welche die gleiche Botschaft in einem Stoß bzw. Impuls von Audiodaten wiederholen, und zwar einmal bei jedem Sprung. Während jeder aufeinanderfolgenden Satzperiode werden die gleichen Frequenzen aufgesucht, jedoch gemäß einer unterschiedlichen, sich nicht wiederholenden PN-codierten bzw. positiv-negativ codierten Permutation, die mittels eines nichtlinearen Folgengenerators (der abgekürzt auch als NLSG bezeichnet ist) gesteuert wird. Die identische, redundante Lotungsbotschaft wird über jede einzelne dieser HF-Frequenzen mittels "nichtkohärenter Frequenzumtastung qesendet, und zwar unter Verwendung einer bandinternen Manigfaltigkeit zweiter Ordnung und mit einer Rate von 224 Bits pro Sekünde. Die Anwendung von Dualkanal-Frequenzumtastung trägt auch zu einer erhöhten bzw. verbesserten Korrelation zwischen der bewerteten Kanalqualität und der Sprachqualität bei.

Die Fig. 2 ist ein Zeitgebungsdiagrarrun des gewählten Burst- bzw. Impulsformats des Lotungssatzes 311+312+ 313, der eine Sprungrate von 1/T Sprüngen pro Sekunde hat. Jeder Satz beginnt mit einer Frequenzzeitführungsperiode 311, die lang genug ist, um Zeit für die Frequenzänderung, Zeit für die Antennenanpassung und Zeit für die Einstellung der Empfängerschwundregelung zur Verfügung zu haben. Während der nächsten Zeitperiode 312 benutzt die Empfängerdopplerkorrekturschleife (in der automatischen Frequenznachlaufschaltung 35 in Fig. 4) die Dual-Frequenzumtastungs-Töne und -Filter zum Kompensieren von Frequenzdrifts. Die nachfolgende Zeitperiode 310 ist dem Datenblock gewidmet, der aus einer Gesamtheit von 210 Bits besteht. Der erste Abschnitt 420 von 64 Bits sind jeweils die eindeutigen Synchronisationsworte, die dazu verwendet werden, die Satzsynchronisierung zu bewirken. Der nächste Abschnitt 421 von 24 Bits wird für die Kennzeichnungen des Senders und der Bestimmung bzw. des Bestimmungsorts benutzt.

Der folgende Abschnitt 422 von 125 Bits nimmt die Lotungsbotschaft auf. Der Abschnitt 423 von 3 Bits gibt einen von 8 Qualitätszuständen an, zu dem das gegenwärtige Lotungsmuster gehört. Der letzte Abschnitt 424 von 8 Bits ist der einzige, der sich mit jedem Satz ändert, weil er die Satznummer, von 1 bis 125, angibt. Die Lotungsbotschaft wird mittels Dual-Frequenzumtastungs-Ubertragungen mit 224 Bits pro Sekunde und dann 125mal durch Springen über jeden der 125 Kanäle gesendet.

Die Lotungsstation /steuernd oder gesteuert) sendet wiederum auf jeder Frequenz ihre Botschaft, und alle entfernten empfangenden Netzstationen, die mit der Lotungsstation synchronisiert sind, empfangen wiederholt die identische Botschaft auf jeder Frequenz. Ein

BAD ORIGINAL

spezieller bzw. eindeutiger Majoritäts-Logik-Decodieralgorithmus stellt eine sehr hohe Wahrscheinlichkeit sicher, daß alle Botschaften unter sich extrem ändernden Nachrichtenverbindungsbedingungen fehlerfrei empfangen werden. Diese Fähigkeit einer sicheren Botschaftsübertragung durch redundante Sendungen ist ein einzigartiges Kennzeichen des durch die vorliegende Erfindung verwirklichten Frequenzhandhabungssystems.

Die gleiche Lotungsbotschaft von N Bits (N = 125) wird über N-Kanäle empfangen, wobei jeder Kanal seine eigene Bitfehlerrate (abgekürzt mit BER bezeichnet) hat. Man kann eine erste Annäherung machen und HF-Kanäle als "blockiert" bezeichnen, wenn ihre BER den Wert 1/2 hat, oder als "offen", wenn ihre BER = B ^1/2 ist.

Unter diesen vereinfachten Annahmen ergibt sich, wenn N = 2n+1 Anzahl der getesteten Kanäle ist, von denen M blockiert sind, die Fehlerwahrscheinlichkeit in irgendeinem Bit unter einer N/2 Majoritätsentscheidungsregel zu:

JB (i-

In einer weiteren Annäherung werden zwei Arten von "offenen" Kanälen in Betracht gezogen: "Gut", wenn die BER = B₂ ist, und "Schlecht", wenn die BER = 1O^-=B₁ ist.

Zusätzlich zu den M blockierten Kanälen ändert sich das Verhältnis der "Guten" und "Schlechten" Kanäle bekannter maßen beträchtlich zwischen Tag und Nacht. Während des Tages können etwa 20 bis 30 Prozent der N-M-Kanäle als "Schlecht" betrachtet werden, während während der Nacht 40 bis 70 Prozent von ihnen als "Schlecht"ausscheiden können, und zwar im Durchschnitt.

Unter diesen Annahmen ist die Fehlerwahrscheinlichkeit in irgendeinem einzelnen Bit nach der Majoritätsdecodierung (die Anzahl der B^-Kanäle ist I^) folgende:

Es sei besonders beachtet, daß die obige Bedingung unter der Annahme von gleichförmig verteilten unabhängigen Fehlern abgeleitet worden ist ; diese Annahme ist eine angemessene Annahme. Es sind nämlich die Bits, die im Kanal i empfangen worden sind, unabhängig identisch bezüglich der gleichen Bits (in der Botschaft), die in dem Kanal j empfangen worden sind, verteilt (j = i). Diese Annahme ist nicht genau unter linearen, sehr breitbandigen Fading-Bedingungen von extrem langer Dauer (einige 10 Sekunden), aber diese Bedingungen treten nur sehr selten auf.

Man kann die durchschnittliche Bitfehlerwahrscheinlichkeit über eine diskrete Verteilung von Kanalqualitäten für die "offenen" Kanäle berechnen. Bei einer typischen Kanalverteilung ergibt sich folgendes:

BER: 1/4 10*¹ 10~² 10~³ 10~⁴ 10~⁵

% der offenen Kanäle: 5 10 30 40 10 5 30

Die mittlere Bitfehlerwahrscheinlichkeit nach der Majori-

-1 tätsdecodierung für N=125 und M=50 Prozent beträgt 5x10 , die Bitfehlerrate der Referenzlotungsbotschaft ist nämlich selbst unter sehr harten Bedingungen bei genügend getesteten Kanälen bemerkenswert niedrig.

■: 33 A 3 1

Wenn die Fehlerwahrscheinlichkeit für irgendein Bit in der majoritätsdecodierten Lotungsbotschaft berechnet worden ist, dann kann man die Wahrscheinlichkeit PE des Empfangs einer fehlerhaften Lotungsbotschaft berechnen, und dann wird die Wahrscheinlichkeit des Empfangs einer exakten Lotungsbotschaft durch 1-PE angegeben. Für eine Gesamtheit von 3n Bits der Botschaft (2n+1 Kanäle und n-1 Kontroll- bzw. Steuerbits) ergibt sich:

PE = 1 - (1 - P^M)³ⁿ

Diese Fähigkeit einer sicheren Aufnahme der Lotungsbotschaft durch Benutzung des in hohem Maße redundanten übertragungsschemas ist ein einzigartiger sowie ein zentraler Aspekt der vorliegenden Erfindung:

Um die Systemsynchronxsation aufrechtzuerhalten, müssen alle Terminals ihre Zeitgebungsimpulse ihres nichtlinearen Folgengenerators (der auch als NLSG bezeichnet wird) weiterschreiten lassen, wobei ihre Phasen direkt auf den Taktimpuls des sendenden Terminals bezogen sind, der die Führung übernimmt. Der NLSG hat verschiedene spezielle Merkmale zusätzlich zu den grundsätzlichen Funktionen. Er liefert die Synchronisierungs- oder Resynchronisierungs-

:5 fähigkeit, der NLSG kann zu einem bekannten Startpunkt zurückgebracht und dann zu einem vorbestimmten Zeitpunkt weiterschreiten gelassen werden, und zwar insbesondere beim Vorgang der Einleitung bzw. Vorbereitung. .

JO Der PR-Bitstrom bzw. der pseudo-statistische Bitstrom basiert auf einer Schlüsselvariablen, die innerhalb des NLSG enthalten ist. Der NLSG ist bezüglich der Variablen in dem Sinn programmierbar, daß die gegenwärtige Variable erforderlichenfalls mittels einer speziellen äußeren Beladeeinrichtung durch eine neue Variable ersetzt werden kann.

COPY BAD ORIGINAL

-"38 -

Eine Nullrückstellfunktion ist auch vorgesehen für den Fall, daß es notwendig wird, alle gespeicherten Daten im NLSG unter Notbedingungen zu löschen.

Die synchronisierten pseudo-statistischen Folgegeneratoren bestimmen in allen Frequenzhandhabungsterminals die gleiche neue Frequenz für jeden aufeinanderfolgenden Satz. Die Frequenzen werden aus dem Strang von Bits gewählt, der von dem NLSG erzeugt wird, und zwar jedesmal dann, wenn die Frequenz geändert werden soll.

Während des Empfangs der wiederholten Lotungsbotschaft, die auch als Sondierungsbotschaft bezeichnet werden kann, hält das System eine aufwendige Verbindungsqualitätsanalyse aufrecht, wobei es gleichzeitig Messungen von allen dejenigen Parametern durchführt, die als wesentlich für die überwachung des Nachrichtenverbindungsverkehrs betrachtet werden. Die Verbindungsqualitätsanalyse oder die bandinterne Kanalbeurteilung ist ein Schlüsselvorgang für die Verbesserung der HF-Frequenzwahl und für die Abschätzung/Projektion der Arbeitsleistung bzw. Leistungsfähigkeit des Nachrichtenverbindungssystems.

Die Erfindung umfaßt fortgeschrittene Signalverarbeitungsalgorithmen, welche Messungen von allen wesentlichen Parametern innerhalb der zeitlichen Beschränkungen ermöglichen, die durch den sich zeitlich verändernden HF-Kanal gesetzt werden. Ein fundamentales Maß des Systemkanalleistungsfähigkeitsabbaus in einem digitalen Nachrichtenverbindungssystem ist die Bitfehlerrate (BER). In der Zeitperiode, in welcher die HF-Kanalübertragungsfunktion als quasistationär angenähert werden kann, ist es allgemein schwierig, genügend Bitfehler anzusammeln, um die nahezu-augenblickliche Datenleistungsfähigkeit zu charakterisieren. Gemäß der Erfindung wird eine modifizierte Annäherung der

BAD ORIGINAL

■: 3343183

Fehlerratenextrapolation benutzt, die auf Pseudofehlern (PBER) beruht, um die Wahrscheinlichkeit eines Fehlers in einer sehr kurzen Zeit abzuschätzen. Pseudofehler können durch Modifizierung des Verstärkungsfaktors oder des

Phasenschwellenwertkriteriums in dem Fehlerentscheidungsprozeß erzeugt werden, um Parameter zu erhalten, welche eine anscheinend größere Kreisverschlechterung anzeigen, als sie in Wirklichkeit vorhanden ist. Die Meßperiode ist verkürzt, da der Pseudofehler absichtlich größer als die entsprechende aktuelle Fehlerrate ist. Die Grundidee besteht darin, daß man durch Verschmälerung des "guten Detektionsbereichs" und durch Verbreiterung des "Fehlerdetektionsbereichs" eine höhere BER als die tatsächliche BER des Detektors mißt. Als Ergebnis hiervon können hochgenaue niedrige BER-Werte von (a) kleinen Datenproben und (b) ohne aktuelles Wissen der übertragenen Daten gemessen werden.

Die PBER und die aktuelle BER sind wie folgt miteinander verknüpft:

log P_p = K + logP_E

worin P die Bit-Pseudo-Fehlerwahrscheinlichkeit und P

P ^

die aktuelle Fehlerwahrscheinlichkeit sind.

Wenn die übertragenen Daten bekannt sind oder durch Majoritätsdecodierung von wiederholten Lotungen abgeleitet sind, wie das in der vorliegenden Erfindung geschieht, dann kann man durch Berechnen von K aus den gemessenen Werten

von P und P- "den Kanal skalieren", ρ &

Es ist besonders zu beachten, daß obiges hauptsächlich für Fading-Kanäle vom Typ des linearen, additiven Rauschens entwickelt worden ist. Da das nicht immer bei HF-Kanälen der Fall ist, sollte eine gewisse Korrektur vorgenommen werden, die dieser Diskrepanz Rechnung trägt. Das Kanal-BER-Modell kann umgeschrieben als:

logP^ = K + 1OgP₁. + K₁

worin K₁ ein Kompensationsfaktor ist, dessen Wert aus den Burst- bzw. Impulsfehlerstatistiken des HF-Kanals abgeleitet ist.

Wenn der Lotungszyklus geendet hat, hat der Empfänger des gesteuerten Terminals eine weite Vielfalt von Information über jeden der N geloteten bzw. sondierten Kanäle zu seiner Verfügung. Die vorliegende Erfindung benutzt in vorteilhafter Weise diese einzigartige Fähigkeit, um die Lotungsbotschafts-Bit-Folge vollständig wiederzugewinnen. Diese ursprüngliche Botschaft wird für die Fehlerzählung sowie für die PBER- und die BER-Bestimmung benutzt. Außerdem werden Messungen der effektiven Mehrwegverzögerungsstreuung, der Fading-Rate, der Interferenzniveaus und -verteilung sowie des Signal-zu-Rauschen-Verhältnisses ausgeführt. Diese Daten werden bei jeder zusätzlichen bzw. weiteren Lotungsübertragung verarbeitet und aktualisiert. Es ergibt sich eine sehr zuverlässige Charakterisierung des HF-Nachrichtenverbindungskanals. Das Wissen um die Kanalbedingungen und -parameter ermöglicht die Vorhersage der Kanalleistungsfähigkeit bei Datenübertragungen mit hoher Rate basierend auf Datenübertragungen mit niedriger Rate.

Getestete Kanäle werden auch für verschiedene Zwecke eingestuft: Sprache, Mehrfachton-Phasendifferenzmodulation-Modem, Breitband-Frequenzumtastung, Schmalband-Frequenzumtastung, etc. Der vorgesehene betriebsmäßige Gebrauch beeinflußt natürlich die Verbindungsqualitätsbestimmung, da die Interferenzen unterschiedliche Wirkungen in unterschiedlichen Anwendungsfällen haben.

BAD ORIGINAL

Basierend auf der Verbindungsqualitatsanalyse und der Betriebsweise werden feste Entscheidungen durch den Empfangsterminal fällt, welche jeden einzelnen der getesteten 125 Kanäle als "Gut" oder "Schlecht" qualifizieren. Es wird ein binäres Verbindungsqualitätsmuster (das abgekürzt auch als LQP bezeichnet wird) der Ubertragungsleistungsfähigkeitsmessungen erzeugt/ worin jeder einzelne der getesteten Kanäle mit "1" (Gut) oder "0" (Schlecht) markiert ist. Die Markierung "1" bezeichnet einen annehmbaren Kanal, und die Markierung "0" bezeichnet einen nichtannehmbaren Kanal.

Die Annehmbarkeit wird basierend· auf acht Quantumszuständen der Leistungsfähigkeit bestimmt, welche acht gesonderte Verbindungsqualitätsmuster charakterisieren. Diese LQP's repräsentieren die bestverfügbare Wahl und enthalten stets eine feste, minimale Anzahl der "besten" Kanäle in jedem Muster. Zum Beispiel kann in dem Grenzfall, bei dem alle anderen gemessenen Parameter gleich sind, "Gut" oder "Schlecht" angeben, daß beispielsweise BER<^10~ oder BER >10~³ ist.

Nachfolgend auf die Dopplerkorrektur und die Schwundregelung^» einstellung muß der Empfänger die folgenden Funktionen ausführen:

a) Wiedergewinnung der Taktimpulszeitgebung für die Bitdetektion.

b) Erkennen des speziellen bzw. eindeutigen Synchronisierungsworts für die Wortsynchronisierung zum Herstellen

) der grundsätzlichen Satzzeitgebungsreferenz und Identifizieren der Netzzahl.

c) Identifizieren der Kennzeichnungsmuster. Diese Bits ermöglichen es dem Empfänger, die Gültigkeit und Legitimität des empfangenen Bursts bzw. Impulses zu verifizieren.

^BAD ORIGINAL COPY

d) Annehmen des übrigen Teils jeder Botschaft. Ankommen bei dem korrekten IMP oder LQP und Ausführen der notwendigen Tests, Berechnungen und Entscheidungen (IMP = Abkürzung für Interferenzmessungsmuster). 5

Um den Betrieb des Systems zu erläutern, sei davon ausgegangen, daß der steuernde Terminal, der mit C bezeichnet wird, einen Lotungs- bzw. Sondierungsfunksendezyklus einleitet. C verwendet sein neuestes IMP als ein Lotungs- bzw. Sondierungssignal. Der gesteuerte Terminal, der mit c bezeichnet wird, leitet Cs IMP fehlerfrei ab bzw. empfängt Cs IMP fehlerfrei, wodurch er mit den Rausch- und Interferenzniveaus versorgt wird, die am Ort von C in jedem der überwachten 125 Kanäle gemessen worden sind. Außerdem führt c 125 LQP-Tests während des Lotungs- bzw. Sondierungszyklus durch, um die "Guten" Kanäle auszusortieren. Die Endergebnisse können gemäß dem nachfolgenden vereinfachten Beispiel tabellarisch wie folgt wiedergegeben werden:

Kanal Nummer 24 25 26 27 28 29 30 31

Cs IMP (empfangen) 0 0 10 110 1

c's IMP (gemessen) 10 0 0 10 1 1

C¹S LQP-Entscheidungen—G BBGBGB G

(G bedeutet "Gut" und B bedeutet "Schlecht" gemäß dem entsprechenden englischen Wort hierfür).

Aus den obigen Daten kann c unmittelbar folgendes herleiten:

a) Am steuernden Terminal C sind die die Frequenzen 24,25, -⁵⁰ 27 und 30 rauschbehaftet. Die Frequenzen 26, 28, 29 und

31 sind ruhig.

b) Am gesteuerten Terminal c sind die Frequenzen 25,26,27 und 29 rauschbehaftet, während die Frequenzen 24,28,30 und 31 ruhig sind.

BAD ORIGINAL

C) DLe Empfangsqualität war gut bei den Frequenzen 24,27, 29 und 31 sowie schlecht bei den Frequenzen 25, 26, und 30.

d) Bei den Frequenzen 27 und 29 war der Empfang auf c's-Seite, obwohl die Kanäle rauschbehaftet waren, gut, wahrscheinlich, weil das Signal das Rauschniveau leistungsmäßig übertroffen hat.

e) Bei den Frequenzen 28 und 30 war der Empfang auf c*s-Seite, obwohl die Kanäle ruhig waren, schlecht, wahrscheinlich,weil keine Ausbreitung erfolgte oder ein sehr niedriges bzw. kleines Signal vorhanden war.

f) Für die übertragung in der Richtung von C-zu-c können die Frequenzen 24 und 31 eine gute Wahl sein.

g) Für die übertragung in der Richtung c-zu-C können die

Frequenzen 29 und 31 eine gute Wahl sein. 20

h) In Abhängigkeit von der Art und dem Niveau des Rauschens auf Seiten des Empfängers können auch andere Frequenzen in Betracht abgezogen werden, wenn das Niveau des erwarteten empfangenen Signals abgeschätzt werden kann.

In Anwendungsfällen, in denen die meiste Zeit nur Einwegübertragungen ausgeführt werden (von C zu c), kann die Frequenzanderungs- oder Zuv/eisungsfunktion über die Nachrichtenverbindung dem gesteuerten Terminal c zugewiesen werden. Der Betrieb beruht gerade auf den Einweg-Lotungs-Funksendungen (von C zu c). Es wird eine zuverlässige und sehr schnelle Entscheidung getroffen, durch die das beste Paar von Sende/Empfangs-Betriebsfrequenzen für den Nachrichtenverkehr mit dem steuernden Terminal bestimmt wird.

Diese Frequenzzuweisung muß sicher durch Burst bzw. Im-

^ puls zu dem steuernden Terminal übertragen werden,

damit es ermöglicht wird, daß die normalen HF-Nachrichtenverbindungen weitergehen.

Nachfolgend auf den Empfang des Lotungs- bzw. Sondierungssendezyklus wartet der gesteuerte Terminal eine festgelegte Anzahl von Zeitschlitzen, bevor er zu antworten versucht, so daß sein Nachrichtenverbindungssender Zeit hat, sich auf die Frequenz abzustimmen, die für die übertragung von c-zu-C gewählt worden ist. Bei der Vorbereitung zum Antworten setzt der gesteuerte Terminal automatisch eine Berichtsbotschaft auf, die gerade aus der einen gewählten Nachrichtenverbindungsfrequenz von C-zu-c aufgebaut ist (bis zum nächsten Aktualisieren). Beim Antworten schaltet der gesteuerr te Terminal erst beim Ankommen an demjenigen Zeitschlitz, der mit der gewählten Frequenz für die Verbindung von c-zu-C übereinstimmt (in der FH-Aufeinanderfolge bzw. in der HF-Aufeinanderfolge) seine Sender-Hochfrequenzleistung für eine Burst- bzw. Impulsübertragung dieser Botschaft ein. Dadurch wird die gewählte Frequenz für die Verbindung von c-zu-C automatisch dem C mitgeteilt. Der steuernde und der gesteuerte Terminal haben nun ihre Festkanal-HF-Nachrichtenverbindungs-Empfänger und -sender auf das gewählte Paar von Betriebsfrequenzen abgestimmt.

Normalerweise beinhaltet der Systembetrieb über eine HF-Verbindung einen Zweiweglotungs- bzw. Sondierungsprozeß, wobei der steuernde Terminal die Frequenzzuweisungsautorität inne hat. Nachfolgend auf den ersten Lotungs- bzw. Sondierungszyklus von C-zu-c antwortet der gesteuerte Terminal, der sein Verbindungsqualitätsmuster ausgebildet hat, automatisch mit einer Lotungs- bzw. Sondierungsfunksendung von c-zu-C. Wiederum wird innerhalb des einzigen Satzes von 125 Frequenzsprüngen die LQP-Lotungsbotschaft von c einmal bei jedem Sprung wiederholt. Dieser Zweiweglotungs- bzw. Sondierungsvorgang braucht weniger als 5 Minuten. Der steuernde Terminal sieht nun in beiden LQP's

nach, die gleichzeitig die gemessene Nachrichtenverbindungsleistungsfähigkeit auf beiden Seiten der Verbindung enthalten und daher eine direkte und einfache Wahl der optimalen Betriebsfrequenzen ermöglichen. Die Verbreitung der Frequenzinformation wird dadurch ausgeführt, daß entweder eine Lotungs- bzw. Sondierungsfunksendungsburst- bzw. -impulsübertragung oder der gegenwärtige sichere Betriebsnachrichtenverbindungskanal benutzt wird.

Bevor ein Terminal in einem aktuellen Austausch von Signalen verwendet werden kann, ist ein gewisser vorbereitender Betrieb erforderlich. Die notwendigen Daten müssen eingegeben und gespeichert werden: das Frequenzband, das verwendet werden soll oder die Frequenzbänder, die verwendet werden sollen, die Betriebsweisen, die Kennzeichnungen der Netzsenderbestimmungsorte, Schlüsselvariable, anfängliche Betriebsfrequenzen, und eine gewisse übereinkunfts-Zyklusstartzeit wird auch eingegeben. Diese wird zusammen mit der aktuellen Zeit dazu benutzt, automatisch die abgelaufene Zeit des Betriebs für Frequenzspring- und Schlüsselsynchronisationszwecke zu bestimmen. Die aktuelle Zeit wird von einer geeigneten äußeren Bezugsquelle genommen, die eine Sekundengenauigkeit hat, wie beispielsweise von der koordinierten Universalzeit,einer elektronischen Uhr, einem Count-Down über Sprechfunk bzw. Rundfunk, etc.

Um einen angemessenen Netzbeginn unter Suchbetriebsweisen Bedingungen sicherzustellen, wenn eine neue Anzahl zum Netz hinzugekommen ist oder Übertragungen während vieler Stunden nicht stattgefunden haben, wird ein spezieller Synchronisationszyklus vorgesehen. Während dieses Zyklus wird eine spezielle bzw. eindeutige Synchronisationsbotschaft, die von dem steuernden Terminal ausgesendet wird, einmal über jeden der 125 Kanäle wiederholt.

Die Fig. 3 veranschaulicht ein vereinfachtes Ubertragungszeitgebungsdiagramm des Synchronisierzyklus. In einem typischen Satz sind der erste und letzte 64-Bit-Datenbiock die beiden komplementären speziellen bzw. eindeutigen Worte 501 und 505, die dazu bestimmt sind, als Doublet einer positiven Spitze detektiert zu werden, auf die eine negative Korrelationsspitze folgt. Im zentralen Datenfeld umfassen die Blöcke 502, 503 und 504 von 96 Bits drei Acht-Bit-Zeichen, und zwar alpha-Zeichen oder nummerische Zeichen, die der Senderkennzeichnung und dem Senderbestimmungsort gewidmet und dreimal wiederholt sind.

Es folgt die Vorbereitung, welche das Beladen des NLSG des Terminals mit dem gemeinsamen Schlüssel umfaßt; die Netzsynchronisierung wird sehr schnell erreicht, wenn die internen Tageszeituhren alle innerhalb eines Maximums von +Ό (t+T) Sekunden der Echtzeit eingestellt sind, worin t die Sprungzieit des Systems zwischen den Frequenzen und T die Systemverweilzeit bei jeder Frequenz ist. Die Reihenfolge, in der das System durch die Gruppe von Kanälen aufeinanderfolgend hindurchgeht, wird durch das Ausgangssignal der NLSG's gesteuert.

Beim Eintreten in die Suchbetriebsweise schieben die Frequenzhandhabungsterminals automatisch ihre eingestellte Tageszeit um D Zeitschlitze in der Zeit vor. Die NLSG's der Terminals werden daher zwangsweise dazu gebracht, innerhalb (0, 2D) Zeitschlitzen vor der Echtzeit des Tages zu sein.
30

Der Suchempfänger unternimmt ungleiche Schritte, wobei er stets vor dem Lotungs- bzw. Sondierungssender herspringt und darauf wartet, daß der Sender ankommt bzw. die Botschaft vom Sender eintrifft. Der Empfänger wartet 2D+1 Zeitschlitze auf seiner gegenwärtigen Frequenz, dann springt er 2D Frequenzen vor, dann wartet er erneut 2D+1

BAD ORiGINAU

33431

Zeitschlitze, dann springt er 2D+2 Frequenzen vor, wartet weitere 2D+1 Zeitschlitze, dann springt er wieder 2D Frequenzen vor, etc.

Nachfolgend auf eine anfängliche Verschiebung von +D Zeitschlitzen und unter der Annahme, daß t=0 und T=1 Sek. ist, ist der optimale Suchvorgang folgender: Warten = 2D+1 und Suchen =bei 2D, dann bei 2D+2. Als Ergebnis dieses Suchmusters kommt es dazu, daß sich der steuernde Terminal und der gesteuerte Terminal auf verschiedenen Frequenzen treffen, was mit anderen Worten bedeutet, daß sie einander wiederholt kreuzen bzw. überschneiden, bis eine Erfassung erzielt worden ist und der Suchvorgang endet.

Die mittlere Wartezeit (T_) zwischen Treffen der Terminals

während des Suchvorgangs wird gegeben durch den Ausdruck:

I_n = —* -^—■ '— , Um Ih-

Die maximale Wartezeit bis zu einem ersten Treffen für ein gegebenes D beträgt T max. = 2D.
25

Während der Synchronisationsperiode treffen sich die Terminals auf einem Mittel von M₀ unterschiedlichen Frequenzen, und zwar gemäß folgender Gleichung:

M ^N'

worin N die Anzahl von zugewiesenen Frequenzen ist, im vorliegenden Fall gilt N = 125.

- JOHO-IOO

Die Satzsynchronisation nutzt die systematische Natur des Suchdetektionsvorgangs zur Realisierung einer sehr zuverlässigen und sehr schnellen Satzsynchronisierungswiederfindung bzw. -wiederherstellung aus. 5

Ein digitaler Korrelator detektiert ankommende Satzsynchronisierungsfolgen, und die sogenannte Fenstertechnik wird in vollem Umfang angewandt. Dieses Verfahren zieht einen Vorteil aus der Tatsache, daß die Synchronisierungsfolgen periodisch sind und daß echte Korrelatorausgangssignale zeitlich gemäß dem Muster (2D)-(2D+1)-(2D+2)-(2D+1)-... im Abstand voneinander angeordnet sein müssen bzw. angeordnet sind. Die Erfassung wird nach Detektion von drei Synchronisierfolgen erklärt. Die Detektionsschwellenwerte bestimmen die mittlere Synchronisationszeit wie auch die maximale Synchronisierungszeit für spezifizierte Fehl/ Falsch-Alarmwahrscheinlichkeiten.

Wenn die Wahrscheinlichkeit der Detektion einer Synchronisierfolge in einem Kanal Ps ist, dann ist die mittlere Wahrscheinlichkeit der Detektion von drei aufeinanderfolgenden Synchronisierungen in richtigen Abständen wie folgt:

Hierin wird Ps gegeben durch die Wahrscheinlichkeit eine Anzahl von korrekten Bits in einer PN-Folge bzw. in einer pseudo-statistischen Folge "über dem Schwellenwert" zu detektieren; es ist eine Funktion der Kanal-BER.

= UV2 R t-f?

BAD ORIGINAL

Infolgedessen ist die mittlere Synchronisationszeit PZ Wenn drei aufeinanderfolgende Aufeinandertreffen unter den gekreuzten Kanälen (bevor ein Abtastzyklus vollständig ist) festgestellt werden, geht die Operation in die stationäre Betriebsweise über. In dieser Betriebsweise befindet sich der Empfänger in voller Synchronisation mit dem Sender und springt mit diesem in der regulären Rate. Der Satzsynchronisationsdetektor hält einen kontinuierlichen Gleichlaufprozeß aufrecht und überwacht das Ende der Lotungs- bzw. Sondierungsübertragung.

Dieser einzigartige bzw. spezielle Synchronisationsalgorithmus ist ein anderer wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung.
15

Es sei nun auf Fig. 4 Bezug genommen, die ein Blockschaltbild eines Frequenzhandhabungsterminals ist, und gemäß dieser Darstellung umfaßt das System vier Hauptmodule:

1. Analogmodul 12, daß die Datenverbindung und die grundsätzlichen Sensoren des Terminals aufweist·.

2. Prozeßsteuermodul 14, welches die Zeitgebungswellenformen des Systems erzeugt sowie die Lotung bzw. Sondierung steuert, und Hochfrequenzfunktionen sicherstellt.

3. Computermodul 11, das für die Signalverarbeitung des Systems, für die Analyse des Systems und die Gesamt-Systemsteuerung verantwortlich ist.

4. Fronttafelsteuermodul 13, welches alle manuellen Schnittstellensteuerungen und -anzeiger der Bedienungsperson aufweist.

Von dem Hochfrequenzschnittstellenverbinder 15 wird das Schwundregelungssignal des Funkempfängers (das auch als AGC bezeichnet ist) durch einen Leiter 71 dem Computermodul 11 zugeführt. Das empfangene Audio-Frequenzumtastungssignal (das auch als FSK-Signal bezeichnet ist), wird über einen Leiter 73 zu Überwachungsfiltern 31 und einer Funkfernsprechsteuereinrichtung 32 zugeführt. Die Uberwachungsfilter prüfen diskrete Abschnitte im 200-3200-Audioband, und vorhandene Signale werden über einen Leiter 72 an den Prozessormodul 11 abgegeben. Wenn der Terminal eine Lotungs- bzw. Sondierungsübertragung einleitet, erscheint ein Sender/Empfänger-Ein-Signal über einen Leiter 74 am Eingang der Einrichtung 32. Aus dem Computermodul heraus wird die digitale Lotungs- bzw. Sondierungsbotschaft durch einen Leiter 45 auf den Dual-Frequenz-Umtastungsmodulator 37 gegeben. Diese Einrichtung weist zwei in weitem Abstand (in der Frequenz) befindliche Frequenzumtastungsmodulatoren auf, denen die gleiche Botschaft gleichzeitig eingegeben wird. Zwei Frequenzumtastungs-Ausgangssignale werden dann über einen Leiter 76 zu einem bi-direktionellen bzw. in zwei Richtungen leitenden Analog-Tor 32 gegeben, welches diese an die dualen Bandpaßfilter 33 zur Signalformung und verbesserten Isolierung abgibt. EinLeiter 78 führt die beiden Frequenzumtastungs-Ausgangssignale dem Hochfrequenzmodulator zu.

Wenn das Terminal zur Empfangsbetriebsweise zurückkehrt, leitet die Funksprechsteuereinrichtung 32 die beiden Frequenztastungssignale, die von dem Frequenzdemodulator erhalten worden sind, durch die dualen Bandpaßfilter 33 und läßt deren Ausgangssignal über einen Leiter 79 zu dem dualen Frequenzdemodulator 34 durch. Das Ausgangssignal dieser Einrichtung, das nun die wiederhergestellt digitale Botschaft ist, wird durch einen Leiter 81 dem Prozessormodul zugeführt.

BAD ORIGfNAI.

- 51 -

Die automatische Frequenzsteuereinrichtung 35 bildet eine Einrichtung zum Fühlen bzw. Ermitteln der Dopplerfrequenzverschiebung und zum Anwenden einer anpassungsfähigen bzw. angepaßten Kompensation zur Verbesserung der Bitdetektionsfähigkeit der Frequenzumtastungsdemodulatoren. Zur Unterstützung der Synchronisierung der lokalen Uhr bzw. Taktgebung mit dem ankommenden digitalen Burst bzw. Impuls steht die Bitsynchronisiereinrichtung 36 kontinuierlich in Wechselwirkung mit der zentralen Zeitgebungsquelle 41, und zwar über einen Leiter 85. Die gemessene Dopplerverschiebung wie auch die verarbeiteten bzw. durch Verarbeitung erhaltenen Korrekturen werden über einen Leiter 82 der Computermodulschnittstelle 22 zugeführt.

In dem Mikrocomputermodul 21 wird unter Programmsteuerung eine Mehrzahl von speziellen bzw. eindeutigen Algorithmen und Funktionen gleichzeitig verarbeitet. Diese betreffen die sehr schnellen Signalmessungen, Berechnungen und Frequenzhandhabungsentscheidungen, die in nahezu Echtzeit ausgeführt werden müssen, während jede der 125 Frequenzen überstrichen bzw. inspiziert wird. Das Testen der Rausch- und Schnittstellencharakteristik-Parameter wie auch der Qualitätsparameter der aktuellen Nachrichten-Verbindung, des Erzeugen und Einstufen der IMP- und LQP-Lotungsbzw. -Sondierungssignale, das Verarbeiten des Synchronisationserfassungsschemas, die Botschaftsblock-Verschlüsselung/Entschlüsselung, sicheres Protokoll, FrequenzZuweisungen etc. sind alles Aktivitäten, die computergesteuert sind.

Die Zeitgebungs- und Prozeß-Steuereinrichtung 41 verteilt alle Zeitgebungswellenformen, speichert und steuert alle Vorbereiturigs- bzw. Inbetriebsetzungsdaten, die seriell durch den Leiter 94 und die Fernsteuerschnittstelle 48 eingegeben worden sind. Sie empfängt das Ausgangssignal der Nichtlinear-Folge-Generatoreinrichtung 44. Mittels einer externen Beladeeinrichtung werden Schlüsselvariable seriell in den NLSG zum Erzeugen einer statistischen Aufeinanderfolge eingegeben, die für die digitale Verschlüsseiung, für die Frequenzübersetzung und für einen sicheren Betrieb verwendet wird. Die Hochfrequenzsteuereinrichtung 42 empfängt Steuerdaten von der Zeitgebungseinrichtung 41 über den Leiter 87 und koppelt Frequenzsowie Sende/Empfangs-Steuerinformation bzw. Sender/Empfänger-Steuerinformation in das Hochfrequenzsystem ein.

Das Frontafelsteuermodul 13 bildet eine manuell betätigte Schnittstelle und umfaßt eine Sichtwiedergabe der Tageszeit und eine Datenanzeigeeinrichtung 51, einen Funktionsschalter 52 zum Testen, Inbetriebsetzen, zur Zeiteinstellung, Bandwahl etc., und einen betriebsweisen Schalter 53 zur Auswahl von automatischem oder manuellem Betrieb, Einwegübertragung, etc.

Ein funktionelles Blockschaltbild eines Frequenzhandhabungsterminals ist in Fig. 5 wiedergegeben. Es enthält zwei funktioneile Gruppen: eine Empfängergruppe und eine Sendergruppe. Funktionalmodule, die mit 601, 610 bezeichnet sind, sind Teil des Senders, während Funktionalmodule 611-625 (unter Ausschluß der Funktionalmodule 616 und 617) Teile des Empfängers sind. Die Zeit- bzw. Taktgebung des Terminals geht vom Zeit- bzw. Taktgeber 616 aus, der die erforderlichen Taktimpulse an die Steuereinheit 617, die Signalverarbeitungseinheit 615 sowie den Modulator 608 und den Demodulator 612 gibt, welche die angegebenen Funktionen haben. Von dem externen Funkempfänger 650 werden

BAD ORIGINAL

- 53 -

zwei Eingangssignale geliefert, nämlich das empfangene Audiosignal und das AGC, also das Schwundregelungssignal. Das Audiosignal und das Eingangssignal für den Empfänger, in welchem die Zeitwiedergewinnungseinrichtung 611 und die Detektionseinrichtung 612 in der ausgeführten Weise funktionieren. Hilfsfunktionen, wie Frequenzverschiebungskorrekturen, welche beispielsweise von der automatischen Frequenznachlaufeinrichtung 613 ausgeführt werden, und Pseudo-BER-Messungen, die beispielsweise von dem PBER-Detektor 614 ausgeführt werden, geschehen ebenfalls im Empfänger. Das Audiosignal und das Schwundregelungssignal werden mittels einer überwachungseinrichtung 604 überwacht, das IMP oder LQP wird, beispielsweise mittels eines Botschaftsgenerators 605, erzeugt. Nach der Synchronisiermusterübertragung, die beispielsweise durch die Ubertragungseinheit 606 erfolgt, wird das IMP oder LQP als Lotungsbzw. Sondierungsbotschaft durch die Übertragungseinheit 607 und durch den Modulator 608 übertragen. Das Frequenzspringen der Hochfrequenzeinheit (Empfänger und Sender) wird durch die Kontrollfunktion bzw. -einheit 617 gesteuert. Die Synchronisationssucheinheit 618, die Erfassungseinheit 619 und die Gleichlaufeinheit 620 sind in dem Empfänger vorgesehen und arbeiten mit den empfangenen Daten, so daß also die Synchronisationssuche, die Erfassung und der Gleichlauf im Empfänger an den empfangenen Daten ausgeführt werden. Die Sprungsynchronisierung wird in der Sprungsynchronisierungseinrichtung 621 während der Erfassungsphase vorbereitet, wogegen die Schlüsselsynchronisierung in der Schlüsselsynchronisiereinheit 622 von den Steuer- und Zeitgebungseinheiten her eingeleitet wird, wobei der Schlüsselwert und die Zeit extern, beispielsweise über eine Schlüsselspeicher- und -ladeeinheit 623 eingegeben werden. Die Synchronisiergleichlaufeinheit 620 bewirkt den Gleichlauf der Frequenzschlüssel nachfolgend auf die Erfassung. Wenn der Lotungs- bzw. Sondierungszyklus geendet hat und der Terminalempfänger in der Analy-

BAD

siereinrichtung 624 die Lotungs- bzw. Sondierungsbotschaft analysiert hat, wird eine Entscheidung betreffs des besten Frequenzsubsatzes in der Entscheidungslogik bzw, -einheit 625 getroffen. Diese Entscheidung wird dem Operator (einer Person oder einer automatischen Einrichtung) über die Fernsteuerung 627 bzw. deren Eingabe-Ausgabe mitgeteilt und auf der Sichtwiedergabe, die sich vorzugsweise in der Steuertafel 26 befindet, wiedergegeben, über die Steuertafel 626 oder einen Fernsteuerkanal kann ein Selbsttestzyklus mittels der Einheit 628 eingeleitet werden, dessen Ergebnisse (für eine weitere Statistik) gespeichert und ebenso dem Operator mitgeteilt werden.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die be-1.5 schriebenen und dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern sie läßt sich im Rahmen des Gegenstandes der Erfindung, wie er in den Ansprüchen angegeben ist, sowie im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens, wie er sich aus den gesamten Unterlagen entnehmen läßt, in vielfältiger Weise abwandeln und verwirklichen.

Es sei darauf hingewiesen, daß der Begriff "statistisch" allein oder in Zusammensetzungen insbesondere die Begriffe "zufällig, willkürlich, wahllos, beliebig" o. dgl. in der Beschreibung und den Ansprüchen beinhaltet.

BAO ORIGINAL

Claims

K RAUS' &W& IS E Rf

ΡΑΓΕ NTAN WA LTr;

UND ZUGELASSENE VERTRETER VOR DEM EUROPÄISCHEN PATENTAMT

DR.WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER ■ DR.-ING. ANNEKÄIE WEISERT OIPL.-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDSTRASSE 15 · D-8OOO MÜNCHEN 71 . TELEFON 089/7B7O77-797O78 · TE LEX Ο5-21215 β kpat <

TELEGRAMM KRAUSPATENT

TADIRAN ISRAEL ELECTRONICS 4183 JS/ei

INDUSTRIES, LTD.,
GIVAT SHMUEL/ISRAEL

Patentansprüche

Hochfrequenzhandhabungssystem

C)

Hochfrequenzhandhabuhgssystem mit wenigstens zwei ^Stationen, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens zwei Stationen eine steuernde Station und eine oder mehrere gesteuerte Stationen umfassen, wobei jede dieser Stationen einen Hochfrequenzfunksender, einen Hochfrequenzfunkempfänger, eine Steuereinheit zum Steuern des Betriebs des Senders und Empfängers und eine Frequenzhandhabungsprozessoreinrichtung für folgendes aufweist:

(a) kontinuierliches überwachen der Interferenz und Belegung einer begrenzten Mehrzahl von Hochfrequenzkanälen, wobei jeder Kanal auf eine unterschiedliche Frequenz abgestimmt ist;

(b) festes Markieren von jedem einzelnen dieser Kanäle

entweder mit einer binären "1", wenn es sich um einen "ruhigen" Kanal handelt, oder mit einer binären "0",

BAD

wenn es sich um einen "rauschbehafteten" Kanal handelt, oder umgekehrt, und zwar basierend auf einem vorbestimmten Satz von Kriterien;

(c) Speichern und Aktualisieren des resultierenden Binärworts, worin jedes Bit eine Beurteilung von einer der inspizierten Frequenzen repräsentiert;

(d) Verwenden dieses Binärworts als Lotungs- bzw. Sondierungssignal und wiederholtes Senden dieses Signals, und zwar einmal über jede Frequenz aus der begrenzten Gruppe von Frequenzen, indem der Sender diese Kanäle überstreicht;

(e) Synchronisieren des Empfängers der entfernten Station, so daß er durch die gleiche Gruppe von Kanälen mit gleicher Geschwindigkeit schrittweise hindurchlaufen gelassen wird, indem er zur gleichen Zeitdauer wie der Sender auf jedem einzelnen dieser Kanäle ist und dadurch die Lotungs- bzw. Sondierungsbotschaft empfangen kann;

(f) Durchführen einer Majoritätsdetektion der genannten redundanten Lotungs- bzw. Orientierungsbotschaft durch den Prozessor des entfernten Empfängers;

(g) Durchführen von Verbindungsqualitätsmessungen auf jeder Frequenz der überstrichenen Gruppe von Frequenzen;

(h) festes Markieren von jedem einzelnen der Kanäle entweder mit einer binären "1", wenn es sich um einen Kanal mit einer "guten" oder "akzeptablen" Nachrichtenverbindungsqualität handelt, oder mit einer binären "0", wenn es sich um einen Kanal mit einer

BAD ORIGINAL

33A3188

"schlechten" oder "nichtakzeptablen" Nachrichtenverbindungsqualität handelt,oder umgekehrt, und zwar basierend auf einem anderen Satz von Kriterien;

(i) Speichern des resultierenden Binärworts im Empfängerprozessor der entfernten Station, damit es von diesem beim Bilden des Antwort-Rücklotungs- bzw. -sondierungssignals benutzt wird;

(j) Senden der Antwort-Rücklotungs- bzw. -sondierungsbotschaft wiederholt und zwar über jeden Kanal aus der Gruppe der Kanäle, indem der Sender der entfernten Station diese Kanäle abtastet bzw. überstreicht;

(k) Durchführen einer Majoritätsdetektion der redundanten Antwort-Rücklotungs- bzw. -Sondierungsbotschaft durch den ersten, dem Empfänger der steuernden Station gehörenden Prozessor;

(1) Durchführen von Verbindungsqualitätsmessungen durch den Empfänger-Prozessor der steuernden Station, und zwar auf jeder einzelnen Frequenz aus der überstrichenen bzw. abgetasteten Gruppe von Frequenzen;

(TTi) Auswählen von optimalen Frequenzen durch den Prozessor der steuernden Station für zuverlässige Nachrichtenverbindungen in beiden Richtungen, nämlich von der steuernden zu der gesteuerten und von der gesteuerten zu der steuernden Station, wobei dieses Auswählen auf der Basis der Analyse des empfangenen und des abgeleiteten Verbindungsqualitätsmusters erfolgt;

(η) Anwenden der synchronen Frequenzsprungbetriebsweise, die zwischen den Stationen aufrechterhalten wird/ um FrequenzInformation durch Senden über die gewählten optimalen Frequenzen zu verbreiten, und zwar die relevante Information für die entfernte Station; und

(o) automatisches Abstimmen der Nachrichtenverbindungssender und -empfänger auf die ausgewählte bevorzugte Frequenz oder auf die ausgewählten, bevorzugten Frequenzen, so daß ein zuverlässiger Nachrichtenverbindungsweg zwischen den Stationen hergestellt wird.
2. Hochfrequenzhandhabungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzinformation durch Impulsübertragung auf der gewählten Frequenz bzw. aufgrund von Impulsübertragung auf der gewählten Frequenz bewertet bzw. abgeschätzt wird.
3. Hochfrequenzhandhabungssystem nach Anspruch 1, da-

durch gekennzeichnet, daß die Zeitgebungsund Steuereinrichtung folgendes umfaßt:

(a) eine Einrichtung zum zufälligen Auswählen von N-Kanälen innerhalb eines spezifizierten Hochfrequenzunterbands, dessen Grenzen an den Frequenzen f . , .

^{und f}hoch ^lie9^en'

(b) eine Einrichtung zum Speichern der N-Kanäle als abwechselnde Nachrichtenverbindungskanäle, wobei jeder Kanal eine vorbestimmte Frequenz hat;

(c) eine Empfangs/Sende-Einrichtung zum überführen der Station in eine Sendebetriebsweise;

BAD ORieiNAL

33Λ3188

(d) eine Einrichtung zum schrittweisen Durchführen und Abstimmen der Hochfrequenzempfänger- und sender durch die Gruppe von N-Kanälen;

(e) eine Einrichtung zum Bewirken einer Zeit- bzw. Taktgebung für den Gesamtsystembetrieb/ die Bit-Synchronisation, die Satzsynchronisierungserfassung, Synchronisierungszyklusbetrieb, den Lotungs- bzw. Sondierungszyklusbetrieb und die Signalverarbeitungsalgorithmen; 10

(f) eine Einrichtung zum Senden der Lotungs- bzw. Orientierungsbotschaften unter Verwendung einer kanalinternen Verschiedenheit von zwei Frequenzumtastungs-Modulatoren-Demodulatoren; und

(g) eine Einrichtung zum Erzeugen einer vorbestimmten Aufeinanderfolge, und zwar basierend auf die Eingabe einer Schlüsselvariablen und der Echtzeit des Tages.
4. Hochfrequenzhandhabungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum pseudo-zufälligen aufeinanderfolgenden Durchlaufen und Abstimmen der Hochfrequenzempfänger- und Sender durch bzw. auf die Gruppe von N-Kanälen vorgesehen ist, und daß außerdem eine Einrichtung zum Erzeugen einer pseudo-zufälligen Aufeinanderfolge, basierend auf der Eingabe einer Schlüsselvariablen und der Echtzeit des Tages vorgesehen ist.
5. Hochfrequenzhandhabungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauschund Interferenzmeßeinrichtung folgendes umfaßt:

(a) eine Einrichtung zum Messen des Funkempfänger-Schwundregelungsniveaus und des Funkempfängerrauschausgangs sowie der Funkempfängerrauschverteilung;

(b) eine Einrichtung zum Messen der kanalinternen Interferenzcharakter ist ika;

(c) eine Einrichtung zum Klassifizieren von Rauschen und Interferenz, die im Nachrichtenverbindungskanal vorhanden sind, in eine vorbestimmte Anzahl von Kategorien gemäß einem vorbestimmten Satz von Kriterien; und

(d) eine Einrichtung zum Erzeugen einer entsprechenden Anzahl von Binärworten, von denen jedes N-Bit lang ist, und zwar je eines für jede Kategorie, und worin jedes Bit eine feste Entscheidung repräsentiert, mit der jeder einzelne der überwachten N-Nachrichtenverbindungskanäle qualifiziert bzw. qualitätsmäßig eingestuft wird.
6· Hochfrequenzhandhabungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Kategorien von 3 bis 10 beträgt, und daß eine Einrichtung zum Erzeugen einer entsprechenden Anzahl von Binärworten, je eines für jede Kategorie, vorgesehen ist.
7. Hochfrequenzhandhabungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsqualitätsanalysiereinrichtung folgendes umfaßt:

(a) eine Einrichtung zum Detektieren von Rauschen, das für das Rauschen repräsentativ ist, welches innerhalb des Nachrichtenverbindungskanalbands wie auch innerhalb von zwei gesonderten Frequenzumtastungskanälen vorhanden ist;

BAD ORIGINAL

(b) Datendetektoren zum Abgeben eines Signals, das für die Datenniveaus representativ ist, die im Nachrichtenverbindungskanal vorhanden sind, auf den der Empfänger angestimmt ist;

(c) eine Einrichtung zum Bestimmen des Signal-zu-Rauschen-Verhältnisses;

(d) eine Einrichtung zum Messen der Fading-Rate und deren Streuung;

(e) eine Einrichtung zum Messen der effektiven Mehrwegverzögerungsstreuung;

(f) eine Einrichtung, welche die demodulierte und majoritätsdetektierte Lotungs- bzw. Orientierungsbotschaft verwendet, um zu der aktuellen Bitfehlerrate zu gelangen;

(g) eine Einrichtung zum Quantisieren der folgenden Parameter: Signal-zu-Rauschen-Verhältnis und Bitfehlerrate, gewünschtenfalls in Kombination mit einem oder mehreren der folgenden Parameter: Fading-Rate, Verzögerungsstreuung, Kanalrauschen, Datenniveaus, und zwar gemes- sen auf dem Nachrichtenverbindungskanal, um die gewünschte vorbestimmte Anzahl von Verbindungsqualitätskategorien gemäß einem vorbestimmten Satz von Kriterien zu definieren; und

th) eine Einrichtung zum Erzeugen einer entsprechenden Anzahl von Binärworten, von denen jedes N-Bits lang ist, und zwar je eines für jede Kategorie, worin jedes Bit eine feste Entscheidung repräsentiert, mit der jeweils einer der geloteten bzw. sondierten N-Nachrichtenverbindungskanäle qualifiziert bzw. qualitätsmäßig eingestuft wird.
8. Hochfrequenzhandhabungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Kategorien das Signal-zu-Rauschen-Verhältnis und die Bitfehlerrate sind.
9. Hochfrequenzhandhabungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Kanäle 125 bis 130 beträgt, und daß die Anzahl der verwendeten Kategorien von 2 bis 8 beträgt.
10. Hochfrequenzhandhabungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterband etwa 500 kHz breit ist, und daß die Anzahl der verwendeten Kanäle 25 bis 130 bei einem Abstand von etwa 4 kHz beträgt.
11. Hochfrequenzhandhabungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfängersynchronisationseinrichtung folgendes umfaßt:

(a) eine Einrichtung zum Senden eines N-Satzsynchronisierzyklus, welche pseudo-zufällig über die Gruppe von N-Kanälen springt, wobei jeder Satz ein spezielles bzw. eindeutiges Synchronisierformat enthält, bzw. aufweist,

(b) wenn der Empfänger zur "Such"-Betriebsweise zurückkehrt,

eine Einrichtung, die geeignet ist, den Empfänger mit einer unregelmäßigen Rate, jedoch in einem speziellen, bzw. eindeutigen Muster von "X-Kanäle springen und dann Y-Zeitschlitze warten, etc." schrittweise weiterschaltet, und die so ausgebildet ist, daß sie den Empfänger stets vor dem regelmäßig schrittweise weiterschaltenden Sender hält, wobei sie dieses Suchmuster aufrechterhält, bis eine vorbestimmte Anzahl von Synchronisierungen

BAD ORIGINAL

detektiert worden ist, wodurch die Synchronisiererfassung angezeigt wird; und

(c) eine Einrichtung zum Aufrechterhalten eines kontinuierlichen Gleichlaufsatzsynchronisierprozesses während der Lotungs- bzw. Sondierungszyklen.
12. Hochfrequenzhandhabungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalwähleinrichtung folgendes umfaßt:

(a) eine Vergleichseinrichtung zum Beurteilen, Berechnen, Abschätzen o. dgl. und Vergleichen der Interferenzmessungsmuster (IMP's), die empfangen und lokal gemessen worden sind, und der Verbindungsqualitätsmuster (LQP's),die lokal gemessen worden sind, in der gesteuerten Station, so daß die gesteuerte Station basierend auf einem einzigen Lotungs- bzw. Sondierungszyklus optimale Betriebsfrequenzen für die Richtungen von der gesteuerten zur steuernden und von der steuernden zur gesteuerten Station ableiten kann; und

(b) eine Vergleichseinrichtung zum Beurteilen, Berechnen, Abschätzen, o. dgl. und Vergleichen der Verbindungsqualitätsmuster (LQP's), die empfangen worden sind, und der Verbindungsqualitätsmuster (LQP's), die in der steuernden Station gemessen worden sind, so daß die steuernde Station basierend auf dem Antwort-Rücklotungs- bzw -Sondierungszyklus optimale Betriebsfrequenzen für die Richtungen von der steuernden zur gesteuerten und von der gesteuerten zur steuernden Station herleiten kann.
13. Hochfrequenzhandhabungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß es weiter eine Frequenzverbreitungseinrichtung für die Verteilung der Frequenzzuteilungsinformation umfaßt.
14. Hochfrequenzhandhabungssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzverbreitungseinrichtung folgendes umfaßt:

(a) eine Einrichtung zum Auswählen und Speichern von optimalen Nachrichtenverbindungsfrequenzen in der Speichereinrichtung von jedem Kanal gemäß der diskreten Adresse der entfernten und der nahen Station bzw, Stationen bzw. eine Einrichtung zum Auswählen und Speichern von optimalen Nachrichtenverbindungsfrequenzen jedes Kanals in der Speichereinrichtung entsprechend der diskreten Adresse der entfernten und nahen Station bzw. Stationen;

(b) eine Einrichtung für die nahe oder entfernte Station, auf der gewählten Ausgangsfrequenz der entfernten bzw. nahen Station Information zu senden, welcher eine spezielle bzw. eindeutige Senderidentität und Adresse vorangeht und welche die gewählte ankommende Frequenz betrifft;

(c) eine Einrichtung zum Messen des Funkempfänger-Schwundregelungsniveaus und des Funkempfänger-Rauschausgangs sowie der Funkempfänger-Rauschverteilung;

(d) eine Einrichtung zum Messen der kanalinternen Interferenzcharakter ist ika;

BAD ORIGINAL

(e) eine Einrichtung zum Klassifizieren von Rauschen und Interferenz, die im Nachrichtenverbindungskanal vorhanden sind, in eine vofbestimmte Anzahl von Kategorien gemäß einem vorbestimmten Satz von Kriterien;

und

(f) eine Einrichtung zum Erzeugen einer entsprechenden
Anzahl von Binärworten, von denen jedes N-Bits lang
ist, und zwar je eines für jede Kategorie, worin jedes Bit eine feste Entscheidung repräsentiert, durch die jeder einzelne der überwachten N-Nachrichtenverbindungskanäle qualifiziert bzw. qualitätsmäßig eingestuft wird.