DE3227259C2 - Richtfunkstation - Google Patents

Abstract

Bei einer Richtfunkstation im Rahmen einer LOS(line of sight)-Richtfunkstrecke zur Übertragung breitbandiger Digitalsignale mit einer sehr schmalen, in der Vertikalebene zur Ausschaltung von Mehrwegestörungen geringfügig schwenkenden Antennendiagrammkeule werden als Antennensteuerkriterium für maximalen Empfang und zur Erhöhung der Resistenz gegen ECM(Electronic Counter Measure = Elektronische Gegenmaßnahme)-Störer gleichzeitig sowohl der Empfangssignalpegel als auch die Augenöffnung herangezogen. Die Erfindung ist insbesondere zur Anwendung bei störsicheren digitalen LOS-Richtfunkstrecken geeignet.

Description

gnalen des Empfängers überlagert

Aus der DE-OS 27 24 198 ist ein Verfahren bekannt, das gerade bei der Richtfunkübertragung digitalisierter Nachrichten auch unter Berücksichtigung der durch die Mehrwegeeinflüsse verursachten Fehler zu besseren Ergebnissen führt Hierbei wird als Antennensteuerkriterium die sogenannte Augeröffnung herangezogen. In der Datenübertragungstechnik ist es, wie beispielsweise die Literatursteile »Fernmeldepraxis«, Band 46 (1969),Nr.4, Seiten 150 bis 156 aufweist, bekannt die Güte eines Datenübe'tragungskanals mittels des sogenannten »Augen-Oszillogramms« und zwar über die Augenöffnung zu beurteilen. Durch die Auswertung dieses Kriteriums für die gegenseitige Ausrichtung von Sende- und Empfangsantenne einer Richtfunkstrecke für digitale Signale läßt sich eine Verbesserung ihres Betriebsverhaltens über der Zeit herbeiführen. Das Augendiagramm zeigt jedoch nur in einem schmalen Dynamikbereich nahe der Empfangsschwelle eine ausreichende Empfindlichkeit so daß das Signal auch bei Berücksichtigung des Empfangsjitters nur eine begrenzte Wirkung haben kann. Störsignale, die den Empfänger durchlaufen, sind diesem Signal ebenfalls überlagert

Es hat sich gezeigt daß bei militärischen Systemen, unabhängig davon, welches der bekannten Verfahren zum Einsatz bei einer LOS-Richtfunkstrecke gelangt, stets eine Störanfälligkeit durch gegnerische Maßnahmen besteht Unter gegnerischen Maßnahmen werden hier insbesondere gezielte ECM (Electronic Counter Measure = Elektronische Gegenmaßnahme)Störungen verstanden, die beispielsweise durch Wobbel- oder Pulssignale die Nachführung der Antenne unmöglich machen. Diese Nachführung ist bei der Übertragung breitbandiger Digitalsignale jedoch unerläßlich, da die Verfügbarkeit der Strecke durch Verzerrungen hervorrufende Mehrwegeeffekie stark reduziert wird und durch Leistungsreserven nicht mehr ausgeglichen werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, für eine Richtfunkstation der eingangs genannten Art eine Maßnahme anzu- -geben, durch welche eine hohe Störresistenz gegen ECM-Störer unter Berücksichtigung der Mehrwegeausbreitungsproblematik bei der breiibandigen Richtfunkübertragung gegeben ist

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die zu steuernde Antenne eine Interferometerantennenanordnung mit zwei gleich ausgerichteten, senkrecht übereinander angeordneten Einzelantennen ist, deren SpeiseleitungszüKe jeweils mit einem steuerbaren Phasenschieber versehen und im Anschluß daran mittels eines 3-db-KoppIers zu einem einzigen, an den Empfänger angeschlossenen Speiseleitungszug zusammengefaßt sind, daß den Steuereingängen der beiden Phasenschieber ein in einer Regelschaltung gewonnenes Antennensteuersignal eingegeben wird, daß als Antennensteuerkriterium und damit zur Bildung des Antcnnensteuersignals außer der Auge.iöffnung noch der Empfangssignalpegel herangezogen wird, derart, daß in der Regelschaltung zwei Mischer vorgesehen sind, die beide als erstes Eingangssignal das Signal eines niederfrequenten Schwenkfunktionsgenerators erhalten und von denen dem ersten als zweites Eingangssignal ein vom Empfangssignalpegel direkt abgeleitetes Signal und von denen dem zweiten als zweites Eingangssignal ein in einem Augenöifnungsdiskriminator gebildetes, vom Empfangssignal abgeleitetes Signal eingegeben wird, daß die Ausgangssigvmle der beiden Mischer als zusammengeführte Eingangssignale einem Tiefpaß eingegeben werden, dessen über einen Verstärker und ein üntegrationsglied geleitetes Ausgangssignal einem ersten Eingang eines Summationsgliedes zugeführt wird, an dessen zweitem Eingang das Signal des Schwenkfunktionsgenerators liegt und daß das Summenausgangssigna '. des Summationsgliedes das Antennensteuersignal ist

Durch die Erfindung wird sichergestellt daß das die Antenne steuernde Fehlersignal nur dann ein Minimum. wird, wenn sowohl das Augenkriterium als auch das Pegelkriterium minimale Fehlersignalanteile liefern.

Die bei der Erfindung verwendete Interferometeranordnung hat den Vorteil, daß das Summendiagramm eine äußerst schmale Diagrammkeule aufweist (wenige mrad bei — 3dB), die bis zur ersten Nullstelle schwenkbar ist Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise in den NTG-Fachberichten, Band 70, Richtfunk, 1980, Seiten 199 bis 205 beschrieben. Grundgedanke dieser automatischen Nechführung ist die differentielle Aussteuerung eines Phasenschiebers, d.h. ei..·.· geringe Diagrammschwenkung, mit einer Wechseispamung, die bei der gemäß der Erfindung ausgebildeten Richtfunkstation durch den Schwenkfunktionsgenerator gebildet wird. Das Ergebnis der Diagrammschwenkung sind Schwankungen des Empfangspegelsignals. Selbstverständlich sind in diesem Signal aufgrund der Amplitudenmodulation wiederum Spektrallinien der Wobbeifrequenz (Schwenkfrequenz) enthalten. Je nach Diagrammzustand sind diese Anteile jedoch mit der Erregerspannung in Phase oder in Gegenphase. Bei optimaler Einstellung entsteht sogar ein Signalanteil der doppelten Frequenz.

Die Zusammenhänge dieses Regelprinzips können aus F i g. 1 entnommen werden. Die mit AD bezeichneten Antennendiagramm ist über dem Auslenkwinkel ±g? aufgezeichnet. Mit 1, 2 und 3 sind sinusförmige Empfangsspannungen bezeichnet und zwar 1 bei optimaler Ausrichtung des Antennendiagramms AD, Z bei positiver Ablage dieses Diagramms bzw. 3 bei negativer Ablage dieses Diagramms. Es zeigt sich, daß bei optimaler Ausrichtung des Antennendiagramms AD ein Empfangssignal Γ der doppelten Frequenz entsteht. Die Empfangssignale 2' und 3' sind gegenphasig und genauso wie das Empfangssignal Γ zusätzlich noch mit der Wobbeifrequenz des Antennendiagramms AD moduliert Die Phasenbeziehung zwischen der anregenden Wobbeifrequenz und ihrer Spektralanteile im Empfangspegel zeigt an, in welche Richtung die Antenne nachzustellen ist, um den Arbeitspunkt mit maximalem Empfangspegel zu finden. Ist dieser Punkt erreicht, so entsteht im Empfangspegel die doppelte Wobbelfrequenz, wie bei 1', die ebenfalls als Regelkriterium verwerdbc. in. Diese Verfahren haben den Nachteil, daß aufgrund einer Analyse des Sendesignals die Systemparameter und die WoLbelfrequenz bekannt sind Gegnerische Störsender werden daher vorzugsweise Spektren aussenden, die diese Frequenzen beinhalten. Die Auswertung des Nutzsignals kann daher hinsichtlich einer Optimierung der Antenneneinstellung nicht mehr herangezogen werden, Dieses Verfahren ist also nicht ausreichend resistent gegen ECM-Störer.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in Fig.2 dargestellten Blockschaltbildes einer ECM-resistenten Antennenansteuerschaltung mit mehreren Regelkriterien erläutert.

Das Empfangssignal der Richtfunkstation gelangt von zwei gleich ausgerichteten, vertikal übereinander angeordneten Einzelantennen 4 und 5 über zwei steuerbare

Phasenschieber 6 und 7 auf einen 3-dB-Koppler 8. Dort werden die beiden Signale zusammengefaßt und an einen Empfänger 9 abgegeben. Die Phasenschieber 6 und 7 sind dabei so steuerbar, daß ein für sie gemeinsames Antennensteuersignal 10 eine gegenläufige Phasenver-Schiebung in ihnen bewirkt. Dieses Antennensteuersignal 10 wird in einem niederfrequenten Schwenkfunktionsgenerator 11 erzeugt und gelangt über ein Summa· tionsglied 12 an die Steuereingänge der Phasenschieber 6 und 7. Das niederfrequente Signal des Schwenkfunk- to tionsgenerators 11 gelangt nun außerdem auf jeweils einen ersten Eingang zweier Mischer 13 und 14, deren Eingangssignale AS 1 und AS 2 am jeweils zweiten Eingang das NachsHIkriterium für die Phasenschieber 6 und 7 liefern. Ein im Empfänger 9 abgeleitetes Empfangspegelsignal ASi wird dem zweiten Eingang des einen Mischers 13 zugeführt, wogegen dem zweiten Eingang des anderen Mischers 14 ein aus den Empfangsdaten in einem ÄugeiiüimuiigsdiskriuiinaUif 13 abgeleitetes Augenöffnungssignal AS 2 eingegeben wird. Durch den Steuerungsvorgang der Phasenschieber 6 und 7 mit dem Antennensteuersignal 10 aus dem Schwenkfunktionsgenerator 11 schwenken die Einzelantennen 4 und 5 geringfügig ihr Summendiagramm mit einer äußerst schmalen Antennenkeule. Es handelt sich hierbei um eine Interferometeranordnung. Durch diesen Schwenkvorgang entstehen zwei Effekte. Der erste Effekt besteht darin, daß der Empfangssignalpegei sich entsprechend F i g. 1 synchron mit dem im Schwenkfunktionsgenerator 11 erzeugten Signal ändert Der zweite Effekt ist darin zu sehen, daß das Augendiagramm dabei synchron zu diesen Pegeländerungen eine mehr oder weniger große Augenöffnung zeigt

Wird in den Mischern 13 und 14 das im Schwenkfunktionsgenerator U erzeugte Signal mit dem Empfangs- pegel-Auswertesignal AS 1 bzw. dem Augenöffnungs-,AiicwertgcigTjal AS 2 multipliziert, so entstehen an den Ausgängen der beiden Mischer 13 und 14 Gleichspannungssignale, die jeweils der Phasendifferenz beider Eingangssignale proportional sind, und zwar nach dem in F i g. 1 gezeigten Bildungsgesetz. Ober einen Tiefpaß 16, einen Verstärker 17 und ein Integrationsglied 18 gelangt das so gebildete Gleichspannungssignal über den zweiten Eingang des Summationsgliedes 12 auf die Steuereingänge der beiden Phasenschieber 6 und 7.

Dieses Gleichspannungssignal ist aufgrund der Phasenbeziehung an den Mischern 13 und 14 so gerichtet, daß es die Schwenkung des Antennendiagramms der Einzelantennen 4 und 5 zur optimalen Richtung bewirkt, d. h. in Richtung auf maximalen Empfangspegel und auf größte Augenöffnung.

Beim Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß dem Blockschaltbild in F i g. 2 finden somit beide Auswertesignale AS 1 und AS 2 gleichzeitig für die Regelung Verwendung. Hierdurch ist sichergestellt, daß das Fehlersi- gnal am Ausgang des Verstärkers 17 nur dann ein Minimum wird, wenn sowohl das Augenkriterium als auch das Empfangspegelkriterium minimale Fehlersignalanteite liefern. Erst die Kombination beider Kriterien ermöglicht den Betrieb von schwenkbaren Antennen beim breitbandigen Digitalrichtfunk.

Um die Resistenz gegen Störsignale noch zu verbessern, ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Frequenz des Schwenkfunktionsgenerators 11 aufgrund der Verwendung einer Steuereinrich- tung 19 variabel gemacht

Diese Steuereinrichtung 19 kann beliebige niederfrequente Signalfunktionen abgeben, die geeignet sind, ei ne statistische Steuerung des Schwenkfunktionsgenerators 11 durchzuführen. Aufgrund der selektiven Wirkung der Phasendetektion mit den beiden Mischern 13 und 14 sind die Eingangssignale des Tiefpasses 16 im Gleichspannungsanteil von dieser Steuerung unberührt konstant. Die restlichen Spektralanteile des Schwenkfunktionsgeneratorsignals werden durch den Tiefpaß 16 vom Eingang des Verstärkers 17 ferngehalten.

Eine optimale Einstellung der aus den beiden Einzelantennen 4 und 5 bestehenden Interferometerantenne liegt wiederum vor, wenn der Ausgang des Verstärkeis

17 keine wirksame Spannung an das Integrationsglied

18 liefert. Dieser Zustand kann von einem Nullpunktdetektor 20 erkannt werden und zur Steuerung des statistischen Programms für den Schwenkfunktionsgenerator 11 verwendet werden.

In einem sich an den Empfänger 9 anschließenden Regenerator 21 werden die empfangenen Daten zur

Wcitcfcn ÄüS'weriüFig aüiucTcitct.

Durch die in F i g. 2 dargestellte Anordnung ist sichergestellt, daß eine gegnerische Störung mit einer konstanten oder variablen Störfrequenz nur äußerst kurz mit der Frequenz des Schwenkfunktionsgenerators 11 übereinstimmt Die Störung des Gegners ist daher bei einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Richtfunkstation für die Einstellung des Antennendiagramms unwirksam.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 dadurch gekennzeichnet, daß zur Triggerung der Patentansprüche: Steuereinrichtung (19) für die Frequenz und damit des statistischen Programms des Schwenkfunktions-

1. Richtfunkstation, die zu einer im Bereich der generators (11) das Ausgangssignal des Nullpunktoptischen Sicht arbeitenden Richtfunkstrecke ge- 5 detektors (20) verwendet ist.

hört, mit Einzelantennen, deren sehr schmale Anten-

nendiagrammkeule in vertikaler Richtung fortlau-

fend geringfügig geschwenkt wird, und bei der im Zuge einer Empfangssignalauswertung die Augenöffnung ermittelt und als ein Antennensteuerkriteri- io Die Erfindung bezieht sich auf eine Richtfunkstation, um zur Verschwenkung der Antennendiagramm- die zu einer im Bereich der optischen Sicht arbeitenden keule herangezogen wird, dadurch gekenn- Richtfunkstrecke gehört, mit Einzelantennen, deren zeichnet, daß die zu steuernde Antenne eine In- sehr schmale Antennendiagrammkeule in vertikaler terferometerantennenanordnung mit zwei gleich Richtung fortlaufend geringfügig geschwenkt wird und ausgerichteten, senkrecht übereinander angeordne- 15 hei der im Zuge einer Empfangssignalauswertung die ten Einzelantennen (4,5) ist, deren Speiseleitungszü- Augenöffnung ermittelt und als ein Antennensteuerkrige jeweils mit einem steuerbaren Phasenschieber (6, terium zur Verschwenkung der Antennendiagramm-7) versehen und im Anschluß daran mittels eines keule herangezogen wird.

3-dB-K.opplers (8) zu einem einzigen, an den Emp- Bei im Bereich der optischen Sicht arbeitenden Richtfänger (9) ingeschlossenen Speiseleitungszug zu- 20 funkstrecken, den sogenannten LOS (Line Of sammengefaBt sind, daß den Steuereingängen der Sight)-Richtfunkstrecken. können durch geeignet dibeiden Phasenschieber (6,7) ein in einer Regelschal- mensionierte, schwenkbare Antennen die störenden, tung gewonnenes Antennensteuersignal (10) einge- aufgrund der Mehrwegproblematik entstehenden Amgeben wird, daß als Antennensteuerkriterium und plituden- und Gruppenlaufzeitveiveirungen unterdamit zur Bildung des Antennensteuersignals außer 25 drückt werden. Um den optimalen Schwenkwinkel der der Augenöffnung noch der Empfangssignalpegel Antenne erfassen zu können, kann man sich verschiedeherangezogen wird, derart, daß in der Regelschal- ner bekannter Verfahren bedienen, tung zwei Mischer (13,14) vorgesehen sind, die beide Aus der DE-PS 8 35 908 ist ein Verfahren zur Optials erstes Eingangssignal das Signal eines niederfre- mierung der Betriebseigenschaften einer Richtfunkquenten Schwenkfunktionsgenerators (11) erhalten 30 Übertragungsstrecke bekannt, bei der die Strahlrichtung und von den?n dem ersten (13) als zweites Eingangs- der im Bereich der optischen Sicht gegeneinander aussignal (ASi) ein vom Empfangssignalpegel direkt gerichteten Antennen, und zwar die jeweils empfangene abgeleitetes Signal unc/ von cknen dem zweiten (14) Antenne, in kurzen Abständen oder kontinuierlich autoals zweites Eingangssignal (AS 2) ein in einem Au- matisch und fortlaufend durch Schwenken des Antengenöffnungsdiskriminator (15) % Dildetes, vom Emp- 35 nendiagramms in der Hauptachse in vertikaler Richtung fangssignal abgeleitetes Signal eingegeben wird, daß von der Hauptstrahlrichtung, vorzugsweise in kleinen die Ausgangssignale der beiden Mischer (13,14) als Winkeln im Vergleich zur Halbwertsbreite, geändert zusammengeführte Eingangssignale einem Tiefpaß und mittels Signalauswertung ein Antennensteuerkrite-(16) eingegeben werden, dessen über einen Verstär- rium für weitgehend verzerrungsfreien Empfang abgeker (17) und ein Integrationsglied (18) geleitetes 40 leitet wird. Es ist in diesem Zusammenhang bekannt, die Ausgangssignal einem ersten Eingang eines Summa- empfangende Richtantenne in Richtung des Minimums tionsgliedes (12) zugeführt wird, an dessen zweitem der Funkfelddämpfung auszurichten. Als Antennensteu-Eingang das Signal des Schwenkfunktionsgenera- erkriterium wird somit hier der Empfangssignalpegel tors (11) liegt, und daß das Summenausgangssignal verwendet. Wie die Praxis zeigt, führt jedoch eine derardes Summationsgliedes (12) das Antennensteuersi- 45 tige Ausrichtung der Richtantenne nicht in allen Fällen gnal(10)ist. zu einer Optimierung der Übertragungseigenschaften

2. Richtfunkstation nach Anspruch 1, dadurch ge- der Strecke. Dies trifft insbesondere für den Fall zu, daß kennzeichnet, daß die beiden Phasenschieber (6, 7) die Übertragung der Nachricht in digitalisierter Form so gesteuert sind, daß das ihnen gemeinsam züge- vorgenommen wird. Erfolgt die Regelung der Antenne führte Antennensteuersignal (10) gegenläufige Pha- su nach dem Empfangspegelprinzip, so ist ein breitbandig senverschiebungen gleicher Größe erzeugt. wirkendes Nachführkriterium nicht in allen Fällen si-

3. Richtfunkstation nach einem der Ansprüche 1 chergestellt. Es hat sich herausgestellt, daß das Pegelkri- und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz terium nur in einem bestimmten Frequenzbereich um des Schwenkfunktionsgenerators (11) variabel ist. die Trägerfrequenz zu einer breitbandig wirkenden

4. Richtfunkstation nach Anspruch 3, dadurch ge- 55 Winkeleinstellung der Antenne führt. Liegt der Hochkennzeichnet, daß zur Steuerung der Frequenz des frequenz-Träger jedoch außerhalb dieses Frequenzbe-Schwenkfunktionsgenerators (11) eine Steuerein- reiches, so wird das die Antenne steuernde Fehlersignal richtung (19) vorgesehen ist, die niederfrequente Si- minimal und ein relativer Maximalpegel des Eingangssignalfunktionen abgibt, welche dazu geeignet sind, gnals gefunden, jedoch zeigt die dazugehörige breitbaneine statistische Steuerung des Schwenkfunktions- 60 dige Übertragungsfunktion bei einer bestimmten Fregenerators (11) durchzuführen. quenz einen tiefen Einbruch. Diese Einstellung kann so-

5. Richtfunkstation nach einem der vorhergehen- mit nur bei schmalbandigen Datenübertragungssysteden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor men akzeptiert werden, da ein derartiger Einbruch mit dem Integrationsglied (18) ein Nullpunktdetektor Gruppenlaufzeitverzerrungen verbunden ist und zum (20) angeschlossen ist, der feststellt, ob an dieser 65 Totalausfall der Breitbandstrecke führt.

Stelle der Regelschaltung eine wirksame Regelspan- Außerdem sind bei der bekannten Regelung der An-

nung vorhanden ist. tenne mit dem Empfangspegelkriterium die vom Emp-

6. Richtfunkstation nach den Ansprüchen 4 und 5, fänger abgeleiteten Pegelsignale mit sämtlichen Störsi-