WO2011054338A1 - Frequenzsprungverfahren für ein funkgerät - Google Patents

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WO2011054338A1
WO2011054338A1 PCT/DE2010/001266 DE2010001266W WO2011054338A1 WO 2011054338 A1 WO2011054338 A1 WO 2011054338A1 DE 2010001266 W DE2010001266 W DE 2010001266W WO 2011054338 A1 WO2011054338 A1 WO 2011054338A1
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WO
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signal
data
additional data
transmission
frequency hopping
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PCT/DE2010/001266
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Inventor
Thomas Kottke
Johannes Pittermann
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Airbus Defence and Space GmbH
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EADS Deutschland GmbH
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Publication date
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Priority to EP10798472A priority patent/EP2497191A1/de
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    • H04B1/713—Spread spectrum techniques using frequency hopping
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    • H04B1/69—Spread spectrum techniques
    • H04B1/713—Spread spectrum techniques using frequency hopping
    • H04B1/715—Interference-related aspects
    • H04B2001/7154—Interference-related aspects with means for preventing interference

Definitions

  • the invention relates to a frequency hopping method for a radio.
  • Radios using frequency hopping are well known today. This method is used to reduce transmission errors (for example by fading) and also to prevent recovery of transmitted information (voice or data) from unauthorized third party sites.
  • This method is already possible with known receivers to record the individual jumps of these frequency hopping broadband and then recover the information contained in the signal by classification method ("de-hopping").
  • de-hopping The object of the present invention is to provide a method by which this information recovery from the received signal can be prevented.
  • Embodiments of the invention and a method for receiving the generated signal are the subject of further claims.
  • one or more of the following signal parameters is pseudo-randomly changed in the individual frequency hops:
  • Insertion of an information sequence known to the receiver for example a pseudo random bit sequence (eg pseudo noise (PN) sequences) or bits of an error detection or error correction code (eg CRC or parity) - these additional bits can also be used by the receiver to perform mathematical calculations Procedure to correct transmission errors.
  • PN pseudo noise
  • CRC error correction code
  • the positioning of the additional data (additional bits) in the overall data stream can be done by one of the following alternatives:
  • n and z are specified by the controller and are in one another embodiment of the invention can change dynamically during transmission;
  • the bandwidth can also be varied by selectively transmitting the data in a shorter or a longer transmission duration of a hop, with a shorter hop duration providing a higher bandwidth and a longer hop duration less bandwidth. For this purpose, no additional data must be inserted in the signal. However, a correlation between bandwidth and transmission time must be accepted.
  • Variation of the transmission duration of a hop wherein in a special embodiment, the pause duration between the individual hops can additionally be varied as a further parameter.
  • additional data can be added to the user data, with the above-mentioned methods in principle being able to be used.
  • the changes in the signal parameters mentioned are advantageously carried out during the switching times of the frequency switchover and thus apply to the entire duration of a hops.
  • the change of the mentioned signal parameters can, but does not have to be, done with every new hop. It can also be provided, for example, to make a change only every second or third hop. Of course, here are also any other consequences of jumps to which changes are to take place, possible. In this case, pseudo-random change patterns are also advantageous in order to make the classification more difficult.
  • the switching between the individual types of modulation and the bandwidths as well as the setting of the transmission duration of a hop is carried out on the basis of a pseudo-random pattern, which is e.g. can be generated with a key generator (e.g., via a linear feedback shift register).
  • This pattern must be the same for both transmitter and receiver and is advantageously chosen to minimize correlations between modulation type, bandwidth, hop duration and frequency range.
  • the method according to the invention can be used not only for the transmission of speech but also for general data transmission (arbitrary bit streams).
  • the invention has the following advantages: - Avoiding de-hoping and thus possible decoding of the signal based on the parameters signal bandwidth, power density distribution or modulation type. For a potential de-hopping, therefore, only the direction (and possibly also the signal strength) is available as the sole selection criterion. However, as soon as the frequency hopping area of the transmitter is larger than the scan bandwidth of a direction finder, the direction of the individual transmission packets could be determined, but in the best case they would be perceived as different bursts from a particular direction. - Modulation type recognizers require a certain amount of time to robustly recognize a modulation type. Although this period of time is becoming increasingly shorter as a result of advancing technology, rapid change, as is possible with the method according to the invention, makes detection impossible as long as the (arbitrarily adjustable) transmission duration of the frequency hopping is less than the time necessary for detection.
  • the high dimensionality of the adjustable parameters makes it difficult or impossible to register such a radio in an emitter database. This in turn makes difficult or makes automatic identification of the radio impossible.
  • FIG. 1 shows the signal flow in the transmitter in a first embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 4 shows the signal flow in the receiver according to the method of the invention
  • Fig. 5 the control logic for the inventive variation of the signal parameters in the receiving device.
  • Fig. 1 illustrates the signal flow in the transmitter.
  • additional bits from an additional data source such as generated pseudo-random bits
  • additional data source such as generated pseudo-random bits
  • the distribution of useful and additional data in the data stream is carried out according to the predetermined by the controller
  • the data stream extended in this way is forwarded via a multiplexer in parallel to all modulators (one modulator per modulation type), which generate IQ data in the baseband.
  • modulators one modulator per modulation type
  • only one of the modulator output signals reaches a mixer by means of a switch.
  • This mixer modulates the IQ data into the given RF band according to the center frequency of the current hop.
  • the payload data to be transmitted is thus modulated onto an HF carrier.
  • the controller controls the signal generation and provides the components required for the production of the horns. As can be seen from FIG. 1, the control also provides the modulators with the signal clock, since this is required for the variation of the signal bandwidth.
  • the received signal is mixed down into the baseband with knowledge of the hop control described in FIG. 1 and demodulated by the predetermined demodulator.
  • the payload is based on the pattern of the inserted Additional data extracted.
  • the inserted additional data can also be used in order to be able to more robustly determine the user data.
  • the modulators can be applied in parallel (insofar identical to FIG. 1).
  • the baseband signals generated by the modulators are added together and the sum signal is mixed up to the intended RF frequencies.
  • the individual baseband signals have different IF frequencies in order to simulate a plurality of radios for an unauthorized receiver in the RF signal.
  • Fig. 2 shows the signal flow in the transmitter for a further embodiment of the method according to the invention.
  • the difference to the embodiment according to FIG. 1 is based on the fact that the data stream (user data and optionally inserted additional data) according to FIG. 2 is not supplied to all modulators in parallel, but only to the modulator currently provided for the modulation generation. This is done with an additional, the multiplexer downstream demultiplexer, which forwards the output signal of the multiplexer only to the respective active modulator. The remaining modulators are deactivated.
  • a universal modulator can be provided which can generate all the required types of modulation.
  • Fig. 3 the control logic for the switching of the individual signal parameters is shown, as implemented in the controller (Fig.1, 2).
  • a decoder for the Modulationartenumscnies, a decoder for bandwidth switching, a decoder for Hopsendedauerumscnies, a decoder for the Hoppausendauerumscnies and a decoder for switching the center frequency is controlled via a pseudo-random number generator (eg designed as 16bit linear feedback shift register).
  • a pseudo-random number generator eg designed as 16bit linear feedback shift register.
  • the decoder for the Bandwidth switching requires the data rate of the original signal, the modulation type, the hop duration and the hop duration as further inputs.
  • the respective output signal of the decoder is, as described in FIGS. 1 and 2, used to control the signal flow in the transmitter.
  • the control logic according to FIG. 3 is synchronized with the control logic present in the receiving device, which will be explained in more detail below.
  • the driving of the individual decoders may be e.g. This is done by using individual bits of the pseudo-random generator exclusively to drive a particular decoder, e.g.
  • Number of bits per decoder log 2 (number of possible states, eg number of modulation types or number of bandwidths, etc.), rounded up in whole numbers.
  • individual outputs (bits) of the pseudo-random generator can be used for several decoders, but this can lead to an undesirable correlation of the parameters to be varied.
  • the pseudo-randomly switched operating parameters in the receiver must be exactly simulated and set in the receiver. This must first one
  • Synchronization between radio and radio receiver done. This can be done by a training or synchronization sequence (bit pattern) and / or a pulse pattern, which are exchanged on a user-defined (adjustable) channel between transmitter and receiver (handshake) before the actual transmission.
  • bit pattern bit pattern
  • pulse pattern a training or synchronization sequence
  • the following methods are used to extract the user data when the signal is received: 1.
  • Switching the modulation type The relevant demodulator is used according to the type of modulation used during transmission, eg (QPSK, FSK, ASK.FM,. ..) switched.
  • Equalizer by channel estimation.
  • the amount of additional data to be filtered out results from the modulation alphabet and the clock rate of the modulator.
  • the bandwidth in the transmitter has been varied in such a way that the data has optionally been transmitted in a shorter or longer hops-end duration, no additional data need to be inserted into the signal.
  • the hop duration must be configured accordingly in the receiver by the controller.
  • the signal mixed down into the baseband by a mixer is advantageously routed in parallel to a plurality of demodulators.
  • the demodulators correspond to the possible modulation types of the transmission signal.
  • a multiplexer selects the data stream of the respective demodulator required at this time and supplies it to the further signal processing.
  • the output signal of the demodulator currently required is then subjected to data extraction.
  • the additional bits inserted during the transmission are removed.
  • the signal can be subsampled here according to the oversampling factor.
  • An advantage here is an integer oversampling during transmission, since thereby the additional samples can be easily sorted out when receiving. If error detection or error correction bits have been added as additional bits for bandwidth enlargement, these can be used after their extraction for error detection or avoidance.
  • Fig. 5 shows the control logic for the inventive variation of the signal parameters in the receiving device. This corresponds to the control of the radio, as shown in Fig. 3.
  • the controls in the radio device and in the receiving device must be synchronized with one another. This can happen, for example, in which the pseudo- Random generators of radio and receiver are subjected before transmission with a training or synchronization sequence (bit pattern) and / or a pulse pattern.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Frequenzsprungverfahren für ein Funkgerät, wobei das zu übertragende Signal einem HF-Träger aufmoduliert wird, wobei während der Übertragung nach einem oder mehreren Frequenzsprüngen mindestens zwei der folgenden Signaleigenschaften pseudo-zufällig variiert werden: - Bandbreite, - Modulationsart, - Sendedauer eines Frequenzsprungs.

Description

Frequenzsprung verfahren für ein Funkgerät
Die Erfindung betrifft ein Frequenzsprungverfahren für ein Funkgerät.
Funkgeräte, die ein Frequenzsprungverfahren ("frequency hopping") einsetzen, sind heutzutage allgemein bekannt. Dieses Verfahren wird eingesetzt, um Übertragungsfehler (bspw. durch Fading) zu verringern und auch um eine Rückgewinnung der übertragenen Informationen (Sprache oder Daten) von Seiten unautorisierter Dritter zu verhindern. Es ist jedoch bereits mit bekannten Empfängern möglich, die einzelnen Sprünge dieser Frequenzsprungverfahren breitbandig aufzuzeichnen und die im Signal enthaltenen Informationen anschließend durch Klassifikationsverfahren zurückzugewinnen ("de-hopping"). Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem diese Informationsrückgewinnung aus dem empfangenen Signal verhindert werden kann.
Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausführungen der Erfindung sowie ein Verfahren zum Empfang des erzeugten Signals sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
Gemäß der Erfindung wird bei den einzelnen Frequenzsprüngen ("Hops") einer oder mehrere der folgenden Signalparameter pseudo-zufällig geändert:
1. Umschaltung zwischen verschiedenen, verwandten oder nicht verwandten Modulationsarten (z.B. QPSK, FSK, ASK.FM, ...). 2. Umschaltung der Bandbreite. Um eine Umschaltung zwischen verschiedenen Bandbreiten durchführen zu können, ist es vorteilhaft, bei höheren Bandbreiten zu den Nutzdaten Zusatzdaten einzufügen. Dies kann geschehen durch eine der folgenden Alternativen:
- Überabtastung des Signals bei der Übertragung von Analogdaten wie z.B.
Sprache - dies garantiert aufgrund der eingefügten Redundanz auch eine gleichbleibende oder bessere Robustheit gegenüber Übertragungsfehlern;
- Vervielfachung der Nutzdaten bei der Übertragung von digitalen Nutzdaten - dies garantiert ebenfalls aufgrund der eingefügten Redundanz eine gleichbleibende oder bessere Robustheit gegenüber Übertragungsfehlern;
- Einfügen einer dem Empfänger bekannten Informationssequenz, beispielsweise einer Pseudo-Zufallsbitfolge (z.B. Pseudo Noise (PN) -Sequenzen) oder Bits eines Fehlererkennungs- oder Fehlerkorrekturcodes (z.B. CRC oder Parity) - diese zusätzlichen Bits kann der Empfänger auch nutzen, um mit Hilfe mathematischer Verfahren Übertragungsfehler zu korrigieren. Darüber hinaus erschwert dies einem potentiellen (unautorisierten) Mithörer, die tatsächlich übertragenen Daten (Nutzdaten) zu identifizieren. Die Bandbreite ergibt sich aus der Modulationsart und der Symbolrate. Die Menge der zum Einstellen der gewünschten Bandbreite benötigten Zusatzbits ergibt sich aus dem Modulationsalphabet und der Taktrate des Modulators.
Die Positionierung der Zusatzdaten (Zusatzbits) im Gesamtdatenstrom kann durch eine der folgenden Alternativen geschehen:
- Einfügen der Zusatzdaten nach den Nutzdaten - hierbei können jedoch die
Nutzdaten einfacher durch unautorisierte Dritte extrahiert werden;
- Abwechselndes Aneinanderreihen von Nutz- und Zusatzdaten, d.h. n Bits
Nutzdaten, z Bits Zusatzdaten, n Bits Nutzdaten, z Bits Zusatzdaten, usw., wobei die Parameter n und zvon der Steuerung vorgegeben werden und sich in einer weiteren Ausführung der Erfindung während der Übertragung dynamisch ändern können;
- Einfügen der Zusatzdaten gemäß der beiden obigen Alternativen plus zusätzliches Interleaving, d.h. pseudozufälliges Permutieren der Gesamtdaten, um eine Extraktion der Nutzdaten durch unautorisierte Dritte zu erschweren bzw. zu verhindern.
In einer weiteren Ausprägung der Erfindung kann die Bandbreite auch dadurch variiert werden, dass die Daten wahlweise in einem kürzeren oder einer längeren Sendedauer eines Hops übertragen werden, wobei eine kürzere Hopsendedauer eine höhere Bandbreite ergibt und eine längere Hopsendedauer eine geringere Bandbreite. Hierzu müssen keine Zusatzdaten in das Signal eingefügt werden. Es muss jedoch eine Korrelation zwischen Bandbreite und Übertragungsdauer hingenommen werden.
3. Variation der Sendedauer eines Hops, wobei in einer speziellen Ausführung zusätzlich als weiterer Parameter die Pausendauer zwischen den einzelnen Hops variiert werden kann. Auch hier können zu den Nutzdaten Zusatzdaten eingefügt werden, wobei prinzipiell die oben genannten Verfahren angewandt werden können.
Die Änderungen der genannten Signalparameter erfolgen vorteilhaft während der Umschaltzeiten der Frequenzumschaltung und gelten somit für die gesamte Dauer eines Hops.
Die Änderung der genannten Signalparameter kann, muss jedoch nicht bei jedem neuen Hop erfolgen. Es kann z.B. auch vorgesehen sein, eine Änderung nur bei jedem zweiten oder dritten Hop durchzuführen. Selbstverständlich sind hier auch beliebige andere Folgen von Sprüngen, an denen Änderungen erfolgen sollen, möglich. Hierbei sind ebenfalls pseudozufällige Änderungsmuster von Vorteil, um die Klassifikation zu erschweren.
Als besonders vorteilhaft werden die folgenden Änderungen von Signaleigenschaf- ten miteinander kombiniert:
a) Änderung der Modulationsart und Änderung der Bandbreite.
b) Änderung der Modulationsart und Änderung der Sendedauer eines Frequenzsprungs - zusätzlich zur Änderung der Sendedauer kann auch die Pausendauer zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Frequenzsprüngen mit der Änderung der Modulationsart kombiniert werden.
c) Änderung der Bandbreite und Änderung der Sendedauer eines Frequenzsprungs - zusätzlich zur Änderung der Sendedauer kann auch die Pausendauer zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Frequenzsprüngen mit der Änderung der Bandbreite kombiniert werden.
Die Umschaltung zwischen den einzelnen Modulationsarten und den Bandbreiten sowie die Einstellung der Sendedauer eines Hops erfolgt anhand eines Pseudo- Zufallsmusters, welches z.B. mit einem Schlüsselgenerator generiert werden kann (z.B. über ein Linear Feedback Shift Register). Dieses Muster muss für Sender und Empfänger gleich sein und wird vorteilhaft so gewählt, dass Korrelationen zwischen Modulationsart, Bandbreite, Sendedauer des Hops und Frequenzbereich minimiert werden.
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann das erfindungsgemäße Verfahren neben der Übertragung von Sprache auch zur allgemeinen Datenübertragung (beliebige Bitströme) verwendet werden.
Die Erfindung weist die folgenden Vorteile auf: - Vermeidung eines De-Hoppings und einer dadurch möglichen Decodierung des Signals anhand der Parameter Signalbandbreite, Leistungsdichteverteilung oder Modulationsart. Für ein potentielles De-Hopping steht folglich nur noch die Richtung (und evtl. noch die Signalstärke) als einziges Selektionskriterium zur Verfü- gung. Sobald jedoch der Frequenzsprungbereich des Senders größer ist als die Scanbandbreite eines Peilers, ließe sich zwar die Richtung der einzelnen Sendungspakete bestimmen, allerdings würden diese im besten Fall als unterschiedliche Bursts aus einer bestimmten Richtung wahrgenommen. - Modulationsartenerkenner benötigen eine gewisse Zeit, um eine Modulationsart robust zu erkennen. Durch den Technologiefortschritt wird diese Zeitspanne zwar zunehmend kürzer, ein schneller Wechsel, wie er mit der erfindungsgemäßen Methode ermöglicht wird, macht jedoch eine Erkennung unmöglich, solange die (beliebig einstellbare) Sendedauer des Frequenzsprungs geringer als die für die Erkennung notwendige Zeit ist.
- Die hohe Dimensionalität der einstellbaren Parameter erschwert die Eintragung eines solchen Funkgerätes in einer Emitterdatenbank bzw. macht dies unmöglich. Dies wiederum erschwert bzw. macht eine automatische Identifikation des Funkgeräts unmöglich.
- Es kann nicht eindeutig geklärt werden, um wie viele Funkgeräte/Sendungen es sich handelt. Die Erfindung wird anhand von konkreten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Fig. näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 den Signalfluss im Sender bei einer ersten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 den Signalfluss im Sender bei einer zweiten Ausführung des erfindungs- gemäßen Verfahrens;
Fig. 3 die Steuerlogik für die erfindungsgemäße Variation der Signalparameter im Funkgerät;
Fig. 4 den Signalfluss im Empfänger gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren; Fig. 5 die Steuerlogik für die erfindungsgemäße Variation der Signalparameter im Empfangsgerät.
Fig. 1 veranschaulicht den Signalfluss im Sender. In die Nutzdaten (digitalisiertes Sprachsignal, Binärdaten) werden zusätzliche Bits aus einer Zusatzdatenquelle (beispielsweise generierte Pseudozufallsbits) oder durch Erzeugung von Wiederholungen der Nutzdaten oder durch eine Überabtastung eingefügt, je nach aktueller Bandbreite und verwendeter Modulationsart. Die Verteilung der Nutz- und Zusatzdaten im Datenstrom erfolgt gemäß der durch die Steuerung vorgegebenen
Positionen bzw. Interleaver-Matrizen. Anschließend wird der so erweiterte Daten- ström über einen Multiplexer parallel an sämtliche Modulatoren (ein Modulator pro Modulationsart) weitergeleitet, welche IQ-Daten im Basisband erzeugen. Entsprechend der aktuell vorgegebenen Modulationsart gelangt jedoch mittels eines Schalters nur eines der Modulatorausgangssignale an einen Mischer. Dieser Mischer moduliert die IQ-Daten entsprechend der Mittenfrequenz des aktuellen Hops in das vorgegebene HF-Band. Im Ergebnis werden somit die zu übertragenden Nutzdaten einem HF-Träger aufmoduliert. Die Steuerung steuert die Signalerzeugung und stellt den genannten Komponenten die für die Hoperzeugung benötigten Parameter zur Verfügung. Wie man aus der Fig. 1 erkennt, stellt die Steuerung den Modulatoren auch den Signaltakt zur Verfügung, da dieser für die Variation der Signalbandbreite benötigt wird.
Im Empfänger wird das Empfangssignal in Kenntnis der in Fig. 1 beschriebenen Hopsteuerung in das Basisband herabgemischt und vom vorgegebenen Demodula- tor demoduliert. Die Nutzdaten werden auf der Basis des Musters der eingefügten Zusatzdaten extrahiert. Hierbei können die eingefügten Zusatzdaten auch herangezogen werden, um die Nutzdaten robuster bestimmen zu können.
In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführung können die Modulatoren parallel beaufschlagt werden (insoweit identisch zu Fig. 1). Die von den Modulatoren jeweils erzeugten Basisbandsignale werden addiert und das Summensignal auf die vorgesehenen HF-Frequenzen hochgemischt. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die einzelnen Basisbandsignale verschiedene ZF-Frequenzen aufweisen, um für einen nicht autorisierten Empfänger im HF-Signal mehrere Funkgeräte vorzutäuschen.
Fig. 2 zeigt den Signalfluss im Sender für eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Unterschied zu der Ausführung nach Fig. 1 ist darin begründet, dass der Datenstrom (Nutzdaten und ggf. darin eingefügte Zusatzdaten) gemäß Fig. 2 nicht allen Modulatoren parallel zugeführt wird, sondern nur dem für die Modulationserzeugung aktuell vorgesehenen Modulator. Dies geschieht mit einem zusätzlichen, dem Multiplexer nachgeschalteten Demultiplexer, der das Ausgangssignal des Mulitplexers nur an den jeweils aktiven Modulator weiterleitet. Die übrigen Modulatoren sind deaktiviert. Anstatt eines Modulators für jede Modulationsart kann in einer weiteren Ausführung auch ein Universalmodulator vorgesehen werden, der sämtliche benötigten Modulationsarten erzeugen kann.
In Fig. 3 ist die Steuerlogik für die Umschaltung der einzelnen Signalparameter dargestellt, wie sie in der Steuerung (Fig.1 ,2) implementiert ist. Dabei wird über einen Pseudo-Zufallsgenerator (z.B. ausgebildet als 16bit Linear Feedback Shift Register) jeweils ein Decoder für die Modulationsartenumschaltung, ein Decoder für die Bandbreitenumschaltung, ein Decoder für die Hopsendedauerumschaltung, ein Decoder für die Hoppausendauerumschaltung und ein Decoder zur Umschaltung der Mittenfrequenz angesteuert. Zu beachten hierbei ist, dass der Decoder für die Bandbreitenumschaltung als weitere Inputs die Datenrate des Ursprungssignals, die Modulationsart, die Hopsendedauer und die Hoppausendauer benötigt. Das jeweilige Ausgangssignal der Decoder wird, wie in den Fig. 1 und 2 beschrieben, zur Steuerung des Signalflusses im Sender eingesetzt. Die Steuerlogik gemäß Fig. 3 ist mit der im Empfangsgerät vorhandenen Steuerlogik synchronisiert, was weiter unten noch näher erläutert werden wird.
Die Ansteuerung der einzelnen Decoder kann z.B. dadurch geschehen, dass einzelne Bits des Pseudo-Zufallsgenerators exklusiv für die Ansteuerung eines bestimmten Decoders verwendet wird, z.B.
Bit Nr. 1 bis 4 für die Ansteuerung des Modulationsartendecoders,
Bit Nr. 5 und 6 für die Ansteuerung des Bandbreitendecoders, usw.
Für die Anzahl der benötigten Bits gilt z.B.:
Anzahl Bits pro Decoder = log2(Anzahl der möglichen Zustände, z.B. Anzahl der Modulationsarten oder Anzahl der Bandbreiten, etc), ganzzahlig aufgerundet.
Alternativ können auch einzelne Ausgänge (Bits) des Pseudo-Zufallsgenerators für mehrere Decoder verwendet werden, jedoch kann dies zu einer unerwünschten Korrelation der zu variierenden Parameter führen.
Um die gemäß dem erfindungsgemäßen Frequenzsprungverfahren erzeugten Sendesignale zu verarbeiten und an die darin enthaltenen Nutzdaten zu gelangen, müssen die beim Senden pseudo-zufällig umgeschalteten Betriebsparameter im Empfänger exakt nachgebildet und eingestellt werden. Dazu muss zuerst eine
Synchronisation zwischen Funkgerät und Funkempfänger erfolgen. Dies kann durch eine Trainings- oder Synchronisationssequenz (Bitmuster) und/oder ein Pulsmuster erfolgen, welche vor der eigentlichen Übertragung auf einem vom Benutzer definierten (einstellbaren) Kanal zwischen Sender und Empfänger (Handshake) ausge- tauscht werden. Abhängig von den beim Senden erzeugten Signaleigenschaften werden beim Empfang des Signals folgende Verfahren zur Extraktion der Nutzdaten angewandt: 1. Umschaltung der Modulationsart: Es wird auf den betreffenden Demodulator entsprechend der beim Senden verwendeten Modulationsart, z.B. (QPSK, FSK, ASK.FM, ...) umgeschaltet.
2. Umschaltung der Bandbreite: Um die Daten dekodieren zu können, ist es notwendig, bei höheren Bandbreiten aus den übertragenen Daten die zugefügten Zusatzdaten auszufiltern. Dies kann insbesondere geschehen durch eine der folgenden Alternativen:
- Unterabtastung des (analogen) Signals;
- Verwendung der bekannten eingefügten (digitalen) Informationssequenz zur Korrektur von Übertragungsfehlern auf Bit-Ebene und zur Parametrierung des
Entzerrers (mittels Kanalschätzung). Die Menge der auszufilternden Zusatzdaten ergibt sich aus dem Modulationsalphabet und der Taktrate des Modulators.
- Filterung des (analogen) Sprachsignals zur Verbesserung der Sprachqualität bei gestörter Übertragung;
Sofern die Bandbreite im Sender derart variiert wurde, dass die Daten wahlweise in einem kürzeren oder einem längeren Hopsendedauer übertragen wurden, müssen keine Zusatzdaten in das Signal eingefügt werden. Die Hopsendedauer muss im Empfänger von der Steuerung entsprechend parametriert werden.
3. Variation der Sendedauer eines Hops: Auch hier müssen ggf. Zusatzdaten entfernt werden, wobei prinzipiell die oben genannten Verfahren angewandt werden können. Fig. 4 zeigt den Signalfluss im Empfänger gemäß einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Beim Empfang des Signals wird das durch einen Mischer in das Basisband herun- tergemischte Signal vorteilhaft parallel auf mehrere Demodulatoren geführt. Die Demodulatoren entsprechen den möglichen Modulationsarten des Sendesignals. Anschließend wählt ein Multiplexer den Datenstrom des zu diesem Zeitpunkt jeweils benötigten Demodulators aus und führt ihn der weiteren Signalbearbeitung zu. Alternativ kann eine Umschaltung des heruntergemischten Signals direkt zu dem aktuell benötigten Demodulator erfolgen, so dass der den Demodulatoren nachgeschaltete Multiplexer nicht benötigt wird.
In jeder der beiden genannten Alternativen wird anschließend das Ausgangssignal des aktuell benötigten Demodulators einer Datenextraktion unterzogen. Hierbei werden die während des Sendens eingefügten Zusatzbits entfernt. Wurde zur Bandbreitenvergrößerung beim Senden die Methode des Überabtastens gewählt, so kann hier das Signal entsprechend dem Überabtastfaktor unterabgetastet werden. Vorteilhaft hierbei ist eine ganzzahlige Überabtastung beim Senden, da dadurch die zusätzlichen Samples beim Empfang leicht aussortiert werden können. Wurden als Zusatzbits zur Bandbreitenvergrößerung Fehlerentdeckungs- oder Fehlerkorrekturbits eingefügt, so können diese nach ihrer Extraktion zur Fehlererkennung oder -Vermeidung eingesetzt werden. Fig. 5 zeigt die Steuerlogik für die erfindungsgemäße Variation der Signalparameter im Empfangsgerät. Diese entspricht der Steuerung des Funkgeräts, wie sie in Fig. 3 dargestellt wurde. Damit beim Empfang die richtigen, gemäß der aktuellen Signaleigenschaften des empfangenen Signals benötigten Betriebsparameter eingestellt werden können, müssen die Steuerungen im Funkgerät und im Empfangsgerät miteinander synchronisiert werden. Dies kann z.B. geschehen, in dem die Pseudo- Zufallsgeneratoren von Funkgerät und Empfangsgerät vor der Übertragung mit einer Trainings- oder Synchronisationssequenz (Bitmuster) und/oder einem Pulsmuster beaufschlagt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Frequenzsprungverfahren für ein Funkgerät, wobei das zu übertragende Signal einem HF-Träger aufmoduliert wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der Übertragung nach einem oder mehreren Frequenzsprüngen mindestens zwei der folgenden Signaleigenschaften pseudo-zufällig variiert werden:
- Bandbreite,
- Modulationsart,
- Sendedauer eines Frequenzsprungs.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Änderung der Bandbreite oder der Sendedauer eines Frequenzsprungs den Nutzdaten des Signals Zusatzdaten hinzugefügt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hinzufügen von Zusatzdaten durch die Vervielfachung der Nutzdaten erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hinzufügen von Zusatzdaten durch Überabtastung des Signals erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hinzufügen von Zusatzdaten durch Einfügung von pseudo-zufälligen Informationen erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Zusatzdaten en bloc nach den Nutzdaten in den Datenstrom eingefügt werden.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzdaten abwechselnd mit den Nutzdaten nach dem Schema n Bits Nutzdaten, z Bits Zusatzdaten, n Bits Nutzdaten, z Bits Zusatzdaten, ... in den Datenstrom eingefügt werden, wobei n und z ganze Zahlen sind.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter n und z während der Übertragung dynamisch geändert werden.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach Einfügen der Zusatzdaten die Gesamtdaten aus Zusatzdaten und Nutzdaten gemäß einer Interleaver-Matrix permutiert werden.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Hinzufügen von Zusatzdaten durch Einfügung der Bits eines Fehlererkennungs- oder Fehlerkorrekturcodes erfolgt.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung der Bandbreite durch eine Änderung der Sendedauer eines Frequenzsprungs erfolgt.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass für die Erzeugung der einzelnen Modulationsarten jeweils ein
Modulator vorhanden ist, wobei das zu modulierende Signal parallel allen Modulatoren zugeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangs- Signale der einzelnen Modulatoren addiert werden und diese Ausgangssignale unterschiedliche Zwischenfrequenzen aufweisen.
14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Erzeugung der einzelnen Modulationsarten jeweils ein Modulator vorhanden ist, wobei das zu modulierende Signal nur dem für den aktuellen Frequenzsprung vorgesehenen Modulator zugeführt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pseudo- Zufallsgenerator mindestens zwei der folgenden Decoder ansteuert:
- Decoder für die Änderung der Modulationsart,
- Decoder für die Änderung der Bandbreite, dem als weitere Eingangsgrößen die Datenrate des Signals, die Sendedauer des Frequenzsprungs, die Pausendauer zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Frequenzsprüngen sowie die Modulationsart zugeführt werden,
- Decoder für die Änderung der Sendedauer des Frequenzsprungs,
- Decoder für die Änderung der Mittenfrequenz des Signals.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass bestimmte Ausgangsbits des Pseudo-Zufallsgenerators exklusiv einem bestimmten Decoder zugeordnet sind.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass bestimmte Ausgangsbits des Pseudo-Zufallsgenerators mehreren Decodern zugeordnet sind.
18. Verfahren für ein Empfangsgerät zum Empfang eines nach einem der vorangehenden Ansprüchen erzeugten Sendesignals, wobei das Empfangsgerät mit dem Funkgerät synchronisiert ist, und die Empfangseigenschaften des Empfangsgeräts entsprechend der bekannten pseudo-zufälligen Variation von mindestens zwei der Signaleigenschaften des Sendesignals:
- Bandbreite,
- Modulationsart,
- Sendedauer eines Frequenzsprungs,
eingestellt werden.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Änderung der Bandbreite oder der Sendedauer eines Frequenzsprungs die Zusatzdaten herausgefiltert werden.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die auszufilternden Zusatzdaten aufgrund der enthaltenen Redundanz zur Korrektur von Übertragungsfehlern verwendet werden.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die auszufil- ternden Zusatzdaten zur Kanalschätzung und zur Einstellung eines Entzerrers zur
Korrektur von Kanalfadingeffekten verwendet werden.
22. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 18 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass vor der Ausfilterung der Zusatzdaten die Daten im Gesamt- datenstrom gemäß einer Deinterleaver-Matrix permutiert werden.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausfiltern der Zusatzdaten bei der Übertragung von Analogsignalen durch eine Unterabtastung erfolgt.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastwerte der Zusatzdaten mittels geeigneter Filter zur Verbesserung eines eventuell durch Übertragungsfehler gestörten Sprachsignals herangezogen werden.
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