DE4130863C2 - Digitales Nachrichtenübertragungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein digitales Nachrichtenübertra­ gungssystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei derartigen Nachrichtenübertragungen, insbesondere über Kurzwellenverbindungen erleiden die Signale auf dem Über­ tragungsweg Störungen z. B. in Form von Frequenzverschie­ bungen zwischen Sender und Empfänger, Mehrwegeausbreitung usw. Die Störungen der Signale können durch eine Kanal­ stoßantwort beschrieben werden, die aber a priori nicht bekannt ist. Zur empfängerseitigen Ermittlung der Parame­ ter der Nachrichtenverbindung werden in Signalen soge­ nannte Präambeln mit übertragen, deren Symbolfolgen fest­ gelegt und auch empfängerseitig bekannt sind. Im Empfänger werden z. B. unter Verwendung von Korrelationstechniken aus den Präambelsignalen Kanalparameter bestimmt und Entzer­ rerfilter danach eingestellt.

Bekannt ist z. B., die Empfangssignale durch Umsetzen mit mehreren unterschiedlichen Überlagerungsfrequenzen mit ei­ nem gegenseitigen Frequenzversatz von beispielsweise 50 Hz auf mehrere Dopplerkanäle zu verteilen und in jedem Dopp­ lerkanal die Signale über ein Korrelationsfilter, bei­ spielsweise ein Matched-Filter zu leiten. Die mehreren Zeitfolgen an den Ausgängen der Korrelationsfilter bilden eine zweidimensionale Suchfunktion mit der Zeit und der Dopplerfrequenz als unabhängigen Variablen. Durch Schwellwertsetzung für die Suchfunktion können zu einem oder mehreren herausragenden Funktionswerten jeweils eine Dopplerfrequenz und ein Synchronisationszeitpunkt bestimmt und für die weitere Signalverarbeitung herausgezogen wer­ den.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein digitales Nachrichtenübertragungsverfahren anzugeben, welches auf vorteilhafte Weise die Gewinnung einer derartigen Such­ funktion ermöglicht.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Un­ teransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Bei der Erfindung wird die Erkenntnis ausgenutzt, daß die Suchfunktion in Frequenzrichtung abgesehen von einem Pha­ senfaktor periodisch in Frequenzrichtung ist, wenn peri­ odisch fortgesetzte Test folgen in der Präambel verwendet werden. Während bei dem bekannten Verfahren der Dopplerka­ nalfrequenz die Aufteilung auf die verschiedenen Doppler­ frequenzen in einem ersten Schritt erfolgt, wird diese Maßnahme bei der Erfindung in einem späteren Verfahrens­ schritt vorgenommen. Für die Ausführung einer diskreten Fouriertransformation stehen schnelle erprobte Verfahren, zum Teil vollständig als Baugruppen integriert, zur Verfü­ gung.

Die Erfindung ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die Ab­ bildungen noch eingehend erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein Schema eines Verfahrens mit Dopplerkanal­ trennung

Fig. 2 ein Schema einer diskreten Fouriertransformation mit Phasenkorrektur.

Bei dem in Fig. 1 in Funktionsblöcken skizzierten bekann­ ten Verfahren wird das Empfangssignal auf mehrere paral­ lele Dopplerkanäle aufgeteilt mit z. B. + 50 Hz, 0 Hz, -50 Hz Frequenzablage durch Umsetzen der Signale in dem Kanä­ len mit + 50 Hz bzw. -50 Hz mit entsprechenden Überlage­ rungssignalen e^-iwt bzw. e^iwt (w = 2π.50). Die Umsetzung erfolgt im allgemeinen als Quadraturdemodulation mit or­ thogonalen Überlagerungssignalen.

In jedem Dopplerkanal sind Korrelationsfilteranordnungen, z. B. als Matched-Filter-Anordnungen MF vorhanden. Die Zeitsignale Z₊, Z_O und Z₋ an den Ausgängen der Korrelator­ filter bilden zusammen eine zweidimensionale diskrete Suchfunktion z(t, w) mit Funktionswerten bei diskreten Zeitlinien und Frequenzlinien.

Bei dem in Fig. 2 skizzierten erfindungsgemäßen Verfahren werden die Empfangssignale g(t) in gleichen Zeitabständen einer Symboldauer Ts abgetastet und nach Art eines Schie­ beregisters S weitergeschoben. Zu im Abstand Ts aufeinan­ derfolgenden Zeitpunkten werden jeweils aus den Abtastwer­ ten g(t-k.Ts) und korrelationsgewichten g(k) erste Zeit­ folgen

W_t(k) = y(k).g(t-k.Ts)

gebildet mit k = 0, 1, 2, . . ., (Nf-1). Die Anzahl Nf der Kor­ relationsgewichte y(k) bzw. der ersten Folgen W_t(k) ist mindestens gleich der Periodenlänge N_p der in der Präambel periodisch fortgesetzten Testfolge in Vielfachen der Sym­ boldauer Ts. Dieser Satz von Nf ersten Zeitfolgen W_t(k) wird einer inversen diskreten Fouriertransformation DFT^-1 unterzogen, welche die transformierten Zeitfolgen

liefert, mit n = 0, 1, 2, . . ., (Nf-1). Auf diese Folgen wird danach noch eine Phasenkorrektur mit einem Faktor Nf.e^-jβ_nt gemäß

z'_t(n) = Nf e^-jβn^.t.z_t(n)

angewandt mit

Die Gesamtheit der Folgen z'_t(n) bildet dann die zweidi­ mensionale Suchfunktion

für die weitere Auswertung. Eine solche weitere Auswertung kann beispielsweise die wertweise Betragsbildung und einen Schwellwertvergleich zur Ermittlung eines Synchronisati­ onszeitpunkts und zur Dopplerfrequenzschätzung umfassen. Bei Übertragungswegen, in denen Mehrwegeausbreitung auf­ treten kann, wird vorteilhafterweise eine Integration der Suchfunktion über ein Zeitintervall, das mindestens so groß ist wie der maximal zu erwartende Laufzeitunterschied vorgenommen.

Vorzugsweise wird die Suchfunktion auch in Frequenzrich­ tung integriert, wodurch berücksichtigt wird, daß im Re­ gelfall die tatsächliche Dopplerfrequenzverschiebung eines Empfangssignals nicht genau auf einer Frequenzlinie der inversen Fouriertransformation liegt. Für die Integration in Frequenzrichtung kann die Länge des Integrationsinter­ valls auf zwei oder drei jeweils benachbarte Frequenzli­ nien beschränkt werden wegen der geringen zu erwartenden Dopplerfrequenzdifferenz bei Mehrwegeausbreitung. Die Länge Nf der inversen diskreten Fouriertransformation kann gegenüber der Periodenlänge Np der in der Präambel peri­ odisch fortgesetzten Testfolgen erhöht werden, um eine hö­ here Frequenzauflösung zu erzielen und/oder zur Anpassung an eine in einer Signalverarbeitungseinrichtung fest vor­ gegebene Länge der diskreten Fouriertransformation, bei­ spielsweise eine ganzzahlige Potenz von Zwei. Die gegen­ über der Periodenlänge überzähligen Eingänge mit k = N_p, . . ., Nf-1 bei der DFT^-1 werden mit Signalen iden­ tisch Null beaufschlagt, was einer Nullsetzung von Korrelationsgewichten y(k) für k = N_p, . . ., Nf-1 gleich ist.

Als Testfolgen werden vorzugsweise in an sich bekannter Weise Pseudo-Noise (PN)-Folgen mit Symbolwerten x_pn, als Korrelationsgewichte y(k) die konjugiert komplexen Symbol­ werte der PN-Folgen gemäß

y(k) = x*_pn (N_p-1-k)

für

k = 0, 1, . . ., N_p-1 gewählt.

Für die Schwellwertsetzung ist in gebräuchlicher Weise noch ein Normierungsfaktor zu beachten, der neben der Pe­ riodenlänge N_p, der DFT^-1-Länge Nf und ggf. der Größe der Integrationsintervalle vorzugsweise auch den fortlaufend bestimmten Energieinhalt der Empfangssignale berücksich­ tigt.

Claims (6)

1. Nachrichtenübertragungssystem, bei welchem eine Sen­ dung mindestens eine Präambel mit periodisch fortgesetzten Testfolgen enthält und empfängerseitig durch Wichtung der in festen Zeitabständen (Ts) abgetasteten Empfangssignale g(t) mit Korrelationsgewichten y(k) eine dopplerfrequenz- und zeitabhängige Suchfunktion z(t,β) gebildet wird, da­ durch gekennzeichnet, daß aus den Abtastwerten des Ein­ gangssignals und den Korrelationsgewichten erste Folgen
W_t(k) = y(k).g(t-k.Ts)
gebildet werden, wobei k = 0, 1, . . ., Nf-1 mit Nf als Anzahl der Korrelationsgewichte, daß daraus mittels einer inver­ sen diskreten Fouriertransformation transformierte Folgen
abgeleitet werden und daß aus diesen transformierten Fol­ gen mittels einer Phasenkorrektur die Suchfunktion
z(t,β) = Nf e^-jβn^t.z_t(n) (n = 0,1, . . ., Nf-1)
gebildet wird, wobei mit t die Zeit und mit
diskrete Frequenzen bezeichnet sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Testfolgen Pseudo-Noise (PN)-Folgen sind.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelationsgewichte die Symbole der PN-Folge sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Länge der DFT^-1(NF) gleich der Länge der Periodenlänge (N_p) der Testfolgen ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Länge (Nf) der DFT^-1 größer ist als die Periodenlänge (N_p) der Testfolgen und daß die Folgen an den überzähligen (Nf-Np) Eingängen der DFT^-1 gleich Null gesetzt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch Integration über jeweils benachbarte diskrete Frequenzen der Sendefunktion eine integrale Suchfunktion gebildet wird.