DE69123475T2 - Frequenzsteuerung in Einseitenband-Mobilfunksystemen - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft den Funkverkehr und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, Vorrichtungen, die sicherstellen, daß ein Einseitenbandfunkempfänger die korrekte Frequenz des Lokaloszillators für die Demodulation einer Einseitenbandübertragung in das Basisband verwendet.
• In einem Einseitenbandsender wird das Basisband(Tonfrequenz-)signal in einer oder mehreren linearen Frequenzmischstufen mit zugehörigen Filterungsprozessen nach oben zu einer Funkfrequenz hin versetzt. Die verschiedenen Mittel, durch die diese Umsetzung erreicht wird, betreffen diese Erfindung nicht direkt, lediglich ist zu bemerken, daß das Nutzergebnis jedes dieser Mittel darin besteht, jede eingegebene Basisbandkomponente mit der Frequenz f&sub1; linear zur Funkfrequenz ft zu versetzen, und dabei gilt:
• ft = (f&sub0; + f&sub1;).
• Im Einseitenbandempfänger werden eine oder mehrere Misch- und Filterstufen für die Rückversetzung des Funkfrequenzsignals in das Basisband verwendet. Die Summe der dabei ausgeführten Frequenzumsetzungen muß gleich f&sub0; sein, wenn das ursprüngliche Basisbandsignal ohne Frequenzfehler wiederhergestellt werden soll.
• Ohne Verlust an Allgemeingültigkeit kann man annehmen, daß der betreffende Empfänger nur eine Mischstufe verwendet und einen Lokaloszillator mit einem Frequenzfehler hat, der ± Δf&sub0; ist. In diesem Fall sind die wiederhergestellten Basisbandfrequenzkomponenten gleich (f&sub1; + Δf&sub0;), wobei jede Komponente mit dem Fehler von ± Δf&sub0; behaftet ist.
• In vielen stationären Punkt-zu-Punkt-Verbindungen kann der eingesetzte Empfänger einen hochgenauen Lokaloszillator verwenden, der den Frequenzfehler in vernachlässigbarer Größe hält. Dagegen verursacht eine Relativbewegung zwischen Sender und Empfänger (oder die Bewegung der Ionosphäre für hohe Frequenzen) bei Anwendungen, wie dem Satelitenverkehr, Hochfrequenzverbindungen oder beim mobilen Landverkehr durch den Dopplereffekt eine Frequenzverschiebung des gesendeten Signals ft (relativ zum Empfänger) um ± fd, wobei fd die Dopplerverschiebungsfrequenz ist. Im allgemeinen kennt man fd zuvor nicht, und die Frequenz verändert sich zeitlich und kann im Lokaloszillator nicht kompensiert werden, ohne Information aus dem empfangenen Signal abzuleiten.
• Beispielsweise ist, wenn sich der Empfänger mit 30 m/s (67 Miles/h) relativ zum Sender bewegt, die Dopplerverschiebung einer Hochfrequenz von 220 MHz annähernd gleich 22 Hz und wächst proportional mit höher werdenden Frequenzen oder größeren Geschwindigkeiten.
• Wenn der unkorrigierte Basisbandfrequenzfehler etwa 20 Hz überschreitet, beginnt die Sprache einen unnatürlichen Klang anzunehmen, und Datenmodems können hohe Fehlerraten erzeugen. In letzterem Fall rühren hohe Fehlerraten von den kombinierten Effekten der Bewegung des wiederhergestellten Basisbandsignals zur Bandbreite der Filter des Modems (oder außerhalb) und von der zerstörung der harmonischen Beziehungen im Basisbandsignal her. In manchen kohärenten Modems (z.B. solchen, die die Quadratur-Amplitudenmodulation verwenden) kann die Taktsynchronisation bei einem Frequenzfehler von nur wenigen Hz verlorengehen.
• Somit ist es üblich, Mittel, die die Dopplerverschiebung korrigieren, bereitzustelen, die ein Referenztonsignal niedrigen Pegels zusammen mit dem Basissignal senden. Der Referenzton kann ein Pilotträger sein (der sich auf die Null-Frequenz des Basisbands bezieht), oder er kann ein Ton sein, der unmittelbar oberhalb des Basisbands liegt, oder er kann auch ein innerhalb des Bandes liegender transparenter Ton sein. In dem Empfänger beinhalten übliche Basisbandwiederherstellungstechniken eine Suchmethode - wie sie die Fig. 3 der beiliegenden zeichnungen zeigt - die ein Wobbeln des Lokaloszillators im Empfänger verwenden, bis sich ein Ton (der als Bezugston angenommen wird) in einem Schmalbandfilter befindet, dessen Mittenfrequenz gleich der Frequenz des senderseitig eingefügten Tons ist.
• Allerdings ist im Falle eines niedrigen Signal-Störverhältnisses im Empfänger und/oder bei Mehrweg-Fading anfangs der Referenzton nur schwer oder gar nicht identifizierbar. Diese Schwierigkeit wird noch gesteigert, wenn die Übertragung ein kontinuierlich ausgestrahltes Datensignal aufweist. In diesem Fall kann das übertragene Signal eine komplexe Signalform mit vielen Spitzen seiner Energiespektraldichte haben, und ein üblicher Empfänger könnte sich leicht auf einen solchen unechten Ton abstimmen. Dies hat man in der Praxis häufig festgestellt.
• Ein für den Zweck dieser Spezifikation geeignetes Mehrkanalfunkverkehrsystem ist eines, in dem ein Abschnitt des Hochfrequenzspektrums in eine Anzahl Kanäle unterteilt ist, die für unabhängige Übertragungen verwendet werden, und eine Gleichkanalübertragung findet im selben Kanal statt, wie die interessierende Übertragung. Die Kanäle sind typischerweise 5 kHz breit.
• Gemäß dem ersten Aspekt verwendet diese Erfindung die Decodier- und Fehlererfassungseigenschaften eines Datensignals, um zu prüfen, ob sich der Empfänger auf den Referenzton aufsynchronisiert hat und läßt, wenn dieses nicht der Fall ist, den Lokaloszillator weiterhin wobbeln, bis die korrekte Aufsynchronisation erreicht worden ist.
• Somit sieht diese Erfindung gemäß einem ersten Aspekt ein Verfahren und ein Empfangsgerät vor, das ein Hochfrequenzsignal, welches ein Pilottonsignal hat, das vor der Modulation und Übertragung eine vorbestimmte Referenzfrequenz hat und ein digitales Datensignal empfängt, dessen Datenfehlerrate abhängig vom Frequenzfehler bei der Abstimmung des Empfängers auf das Empfangssignal variiert.
• Gemäß diesem Aspekt der Erfindung wird die Frequenz des empfängerseitigen zur Demodulation des empfangenen HF- Signals dienenden Lokaloszillators gewobbelt, und Schaltungen im Empfänger überwachen das demodulierte Signal auf eine Frequenzkomponente mit der erwarteten Frequenz des Pilottones, und eine Steuerschaltung unterbricht das Wobbeln und hält die Frequenz des Lokaloszillators bei dem momentanen Wert, wenn das demodulierte Signal ein korrekt abgestimmtes Referenzpilottonsignal nahelegt. Außerdem wird die digitale Datenfehlerrate des demodulierten digitalen Datensignals geprüft und das Wobbeln erneut gestartet, wenn diese Prüfung eine zu große Fehlerrate ergibt.
• Erfindungsgemäß ist ein Empfangsgerät zum Empfang eines ein moduliertes Pilottonsignal und ein moduliertes Digitalsignal aufweisenden Funksignals vorgesehen, dessen Datenfehlerrate bei der Demodulation abhängig vom Frequenzfehler der Abstimmung des Empfangsgeräts auf das empfangene Signal variiert. Das digitale Signal hat vor der Modulation Spektralkomponenten innerhalb eines Basisbandspektrums, und der Pilotton hat vor der Modulation eine vorbestimmte Basisbandfrequenz relativ zu diesen Spektralkomponenten. Das Empfangsgerät hat einen Demodulator und einen Lokaloszillator, der ein Ausgangssignal steuerbarer Frequenz zur Demodulation des empfangenen Signals erzeugt. Der Demodulator hat die Funktion das empfangene digitale Datensignal und das Pilottonsignal unter Verwendung des Oszillatorausgangssignals durch Frequenzumsetzung des modulierten Pilottons und des modulierten Digitalsignals herunter in ihre Basisbandfrequenzen zu demodulieren, und hat eine Steuereinrichtung, die das Wobbeln der Ausgangsfrequenz des Lokaloszillators steuert; dabei hat diese Steuereinrichtung die Funktion, das Wobbeln zu unterbrechen und die Frequenz des Lokaloszillators festzuhalten, wenn das demodulierte Signal eine Signalkomponente mit der vorbestimmten Frequenz des Pilottonsignals in diesem Basisband aufweist und hat außerdem eine Einrichtung, die die digitale Datenfehlerrate des demodulierten digitalen Datensignals prüft und das Wobbeln erneut aufnimmt, wenn diese Prüfung eine zu hohe Fehlerrate ergibt.
• Die Erfindung gibt außerdem ein Verfahren für den Empfang eines Funksignals an, welches ein moduliertes Pilottonsignal und moduliertes digitales Datensignal aufweist, dessen Datenfehlerrate bei der Demodulation abhängig vom Frequenzfehler der Abstimmung des Empfängers auf das empfangene Signal variiert. Das Digitalsignal hat vor der Modulation Spektralkomponenten innerhalb eines Basisbandspektrums, und der Pilotton hat vor der Modulation eine vorbestimmte Frequenz in diesem Basisband relativ zu diesen Spektralkomponenten. Das Verfahren weist das Wobbeln der Frequenz eines Lokaloszillators, der im Empfänger zur Demodulation des empfangenen Funksignals dient, die Überwachung des sich ergebenden demodulierten Signals hinsichtlich einer Frequenzkomponente bei der erwarteten Frequenz des Pilottons und außerdem die Unterbrechung des Wobbelns und das Festhalten der Frequenz des Lokaloszillators auf, wenn das demodulierte Signal eine Signalkomponente der vorbestimmten Frequenz des Pilottonsignals im Basisband hat, eine Prüfung der digitalen Datenfehlerrate des demodulierten Digitaldatensignals und die Wiederaufnahme des Wobbelvorgangs auf, wenn diese Prüfung eine zu hohe Fehlerrate ergibt.
• Optionelle Merkmale der Erfindung erzielen unter anderem zwei unterschiedliche Wege, die bei Gleichkanalbetrieb einer Anzahl geographisch verteilter Sender einhergehenden Schwierigkeiten zu lösen, wo ein Gleichkanaldurchbruch eine Störung und andere ungenaue Verarbeitungen des empfangenen Signals verursachen kann. Diese schwierigkeiten sind insbesondere bei der Methode vorhanden, die als Feed-Forward- Signalregenerierung (FFSR) bei der Verarbeitung des Empfangssignals zur Verringerung der Wirkungen der Mehrwegausbreitung des Nutzsignals bekannt ist (siehe J P McGeehan und A Bateman: Theoretical and Experimental Investigation of Feed-Forward Signal Regeneration as a Means of Combating Multipath Propagation Effects in Pilot-Based SSB Mobile Radio Systems. IEEE Transactions on Vehicular Technology, Band VT-32, Nr. 1, Februar 1983). Das FFSR-Verfahren wird gewöhnlich zusammen mit dem Transparentton-Im-Band(TTIB)- Typ des Pilottonverkehrs eingesetzt (siehe US 4679343).
• Um die Auswirkung einer Gleichkanalübertragung auf den Empfang einer Nutzübertragung zu minimieren, lassen sich zwei alternative Methoden verwenden, die in jedem Fall dahin führen, daß die Hochfrequenz des Referenzpilottons von dem gewünschten Sender an einer detektierbaren anderen Frequenz als der Pilotton von einem Gleichkanalsender empfangen wird. Die Erfassung des Pilottons wird in jedem Fall durch ein Schmalbandfilter (typischerweise 75 Hz) im Empfänger ausgeführt. Deshalb läßt sich durch die Versetzung des Pilottons bei der Gleichkanalübertragung um einen Betrag (typischerweise 100 Hz), der eine Dopplerverschiebung und die Bandbreite des Pilottonerfassungsfilters berücksichtigt, nur der Pilotton vom gewünschten Sender empfangen, wenn die korrekte Demodulation des gewünschten Senders, z.B. unter Verwendung des ersten Aspekts der Erfindung, ausgeführt wurde.
• Auf diese Weise kann die Erfindung ein mehrkanaliges Funkverkehrssystem erzielen, bei dem die Hochfrequenz des Pilottons von einem Gleichkanalsender gegenüber dem Pilotton des gewünschten Senders durch die Versetzung der gesamten Gleichkanalübertragung, beispielsweise um 100 Hz, innerhalb des Kanals nach oben oder unten versetzt ist. Dies ist praktisch ausführbar, da innerhalb einer typischerweise 5 kHz breiten Kanalzuordnung ein Schutzband an jeder Seite des echten Signals liegt, dessen Bandbreite in Wirklichkeit 3100 Hz einnimmt (siehe Fig. 1(c)).
• In einer Variante der Erfindung wird in einem Mehrsenderfunkverkehrsystem, bei dem die Funkfrequenzen an den Bandkanten der Gleichkanalsignalübertragung dieselben sind, wie bei der gewünschten Sendung, das Format der Gleichkanalübertragung geändert und so der Gleichkanalpilotton an eine andere Position in dem Kanal als das Gleichkanalsignal gelegt (siehe Fig. 5), so daß erneut nur der Pilotton von der gewünschten Sendung empfangen wird, wenn die Demodulation der gewünschten Sendung, beispielsweise unter Verwendung des ersten Aspekts der Erfindung, korrekt ausgeführt wurde.
• Es muß bemerkt werden, daß der Frequenzversatz des Pilottons entweder allein oder zusammen mit der gesamten Gleichkanalsendung kein Allheilmittel für die allgemeinen Schwierigkeiten der Gleichkanalinterferenzen darstellt, sondern lediglich dazu dienen soll, sicherzustellen, daß der Pilotton einer Gleichkanalsendung außerhalb des Paßbandfensters des Filters im Empfänger zu liegen kommt, der zum Durchlassen des Pilottons der gewünschten Sendung dient und damit Interferenzen zwischen den Pilottönen der gewünschten und der Gleichkanalsendungen unterdrückt. Dies ist nötig, wenn ein Empfänger in einem Bereich arbeitet, in dem der Pegel des vom Gleichkanalsender empfangenen Signals in die Nähe der Signalstärke des vom gewünschten Sender empfangenen Signals kommt, weil in solchen Fällen die Wahrscheinlichkeit besteht, daß durch Mehrwegfadingsituationen die Sendung des unerwünschten Gleichkanals während kurzer Zeitdauern als Signalpegel derselben Stärke wie das Nutzsignal empfangen werden kann. Sobald dies auftritt, kann der Referenzton der ungewünschten Gleichkanalsendung die Frequenzsteuerung des Empfängers einfangen und eine Unterbrechung der Kommunikationsverbindung verursachen. Darüber hinaus resultiert, auch wenn die Frequenzsteuerung des Empfängers nicht vollständig eingefangen wird, ein zweiter Ton in der Nähe des Referenztons, d.h. innerhalb des schmalbandigen Tonerfassungsfilters und eine unechte Amplitudenmodulation des Referenztons bei der halben Frequenzdifferenz zwischen den beiden Tönen (siehe Professor W Gosling: A Quasisynchronous VHF SSB System. University of Bath conference proceedings on Recent Mobile Radio Research, Februar 1979). Unter diesen Umständen korrigiert die FFSR-Schaltung im Empfänger das gewünschte Signal falsch und erzeugt Verzerrungen im wiederhergestellten Basisband.
• Die Erfindung wird weiterhin mittels nicht begrenzter Beispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben, die zeigen:
• Die Figuren 1(a) bis (c) Spektren, die zur Erläuterung der Prinzipien der SSB-TTIB-Kommunikation dienen.
• Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung;
• Fig. 3 ein Flußdiagramm, das zeigt, wie die herkömmliche Suche nach dem Ton f&sub0; ausgeführt wird; und
• Fig. 4, wie die Suche in der dargestellten Ausführungsform der Erfindung ausgeführt wird.
• Fig. 5 erläutert ein Merkmal der Erfindung.
• Fig. 3 der beiliegenden Zeichnungen zeigt die übliche Anwendung eines Referenztons in einem Funkempfänger, um die Auswirkungen eines Frequenzfehlers und einer Dopplerverschiebung im Lokaloszillator zu verringern.
• Beispielhaft wird Bezug auf einen mobilen Landfunkempfänger genommen, der Verbindung mit einem Sender arbeitet, der Steuerkanalsignale gemäß den UK MPT 1327 und 1343 Normen ausstrahlt, und bei dem der Referenzton übereinstimmend mit dem Transparenzton-Im-Band( TTIB )-Verfahren verwendet wird (siehe US-Patent 4679243). Die Verarbeitung des TTIB- Signals kann durch irgendeine der im genannten Patent beschriebenen Einrichtungen ausgeführt werden, und der Signalprozessor (gewöhnlich ein Mikrocomputer oder eine DSP-Mikroschaltung) wird zusätzlich zum Herausfiltern des Referenztons verwendet. Dies wird typischerweise durch digitale Realisierung eines festen Schmalbandfilters erreicht, das auf die erwartete Frequenz des Referenztons zentriert ist, wenn der Lokaloszillator für die Kompensation der kombinierten Auswirkungen seines eigenen Frequenzfehlers und der Dopplerverschiebung richtig versetzt worden ist.
• Um den Referenzpilotton in das Durchlaßband des Filters zu legen, wird die Frequenz des Lokaloszillators von einem Wert von etwa 2 (Δf&sub0; + fd) unterhalb seiner Sollfrequenz bis zum gleichen Inkrement oberhalb dieser Sollfrequenz gewobbelt. Diese Maßnahme kann sowohl im Stand der Technik als auch bei der Erfindung durch herkömmliche Mittel erzielt werden, die typischerweise eine Rampenspannungssignalform zur Veränderung des Ausgangssignals eines spannungsgesteuerten Oszillators verwenden, der in einer Frequenzgeneratorschaltung mit frequenz- oder phasenstarrer Regelschleife enthalten ist.
• Fig. 1(a) zeigt das Basisband(Tonfrequenz)-Spektrum eines typischen SSB-Funkverkehrskanals, der eine Bandbreite von 300 - 3000 Hz hat. Bei üblicher SSB-Übertragung sind die Signale in dem Kanal einer Trägeramplitude aufmoduliert, und das eine der beiden resultierenden Seitenbänder wird vor der Sendung unterdrückt, so daß nur der Träger und das andere Seitenband gesendet werden.
• Bei der TTIB-Verarbeitung wird das Tonfrequenzband vor der Modulation in eine obere und untere Hälfte mit dem Zentrum bei 1650 Hz aufgespalten, und die untere Hälfte wird dann frequenzmäßig nach oben versetzt, was zwei voneinander um 400 Hz beabstandete Bänder ergibt, wie sie in Fig. 1(b) gezeigt sind. Ein Referenzpilotton wird in die Mitte der Lücke zwischen den beiden Bändern gelegt, d.h. in diesem Beispiel auf 1850 Hz. Dies ist die Grundlage der TTIB- Technik, wobei die Bezeichnung "innerhalb des Bandes" auf die Tatsache Bezug nimmt, daß der Pilotton innerhalb des Tonfrequenzsignalbasisbandes zu liegen kommt und die Bezeichnung "transparent" auf die Tatsache hinweist, daß wegen der Frequenzteilung oder -verschiebung des Basisbandsignals der Ton, obwohl er im Basisbandteil des Spektrums vorhanden ist, in das Basisbandsignal nicht eindringt. Das resultierende Signal wird dann zur Übertragung auf einen Trägeramplituden moduliert, und das untere Seitenband und der Träger werden unterdrückt. Dies ergibt ein Sendesignal mit der Hochfrequenzkanalbelegung, wie sie repräsentativ in Fig. 1(c) gezeigt ist. Das Hochfrequenzsignal, das die Fig. 1(c) zeigt, kann auch aus dem in Fig. 1(b) gezeigten Signal durch das Weaver-Modulationsschema erzeugt werden.
• Empfängerseitig wird das TTIB-Pilotsignal von einer geeignet aufgebauten Signalverarbeitungsschaltung für die Rekonstruktion des Originalbasisbandsignals verwendet.
• Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines TTIB-Empfängers, der eine die Erfindung verkörpernde Schaltung beinhaltet. Ein von einer Antenne 1 empfangenes TTIB-Hochfrequenzsignal wird von einem Hochfrequenzvorverstärker 2 verstärkt und einer lineare Mischstufe 3 eingegeben, in der es mit einem durch einen synthetisierten Lokaloszillator 4 erzeugten Referenzfrequenzsignal gemischt wird. Am Eingang zum Mischer 3 hat das Signal ein Spektrum, wie es in Fig. 1(c) gezeigt ist.
• Der Oszillator 4 hat zwei Eingänge, die die Frequenz des Referenzsignals steuern, nämlich einen "Lade"-eingang 4(a), der einen Wert empfängt, der den Sollwert fon der Frequenz f&sub0; einstellt, und einen "Wobbel"-eingang 4b, der eine Frequenzveränderung des vom Oszillator 4 erzeugten Signals f&sub0; gegenüber dessen Sollwert fon steuert. Die Einstellung von fon und seine Variation wird nachstehend beschrieben.
• Der Ausgang des Mischers 3 wird durch ein Bandpassfilter 5, dessen Ausgangssignal das in Fig. 1(b) gezeigte Spektrum hat, einem Analog-Digital-Wandler 6 zugeführt, so daß das sich ergebende Digitalsignal von einem Digitalsignalprozessor 7 verarbeitet werden kann. Dieser Prozessor 7 verarbeitet unter anderem das Signal digital so, daß eine digitale Form des in Fig. 1(a) gezeigten Originalsignals wiederhergestellt wird, welches dann durch einen Digital- Analog-Wandler 8 einem Tonfrequenzverstärker 9 und danach einem Lautsprecher 10 zugeführt wird, so daß das Tonfrequenzsignal hörbar wird. Der Prozessor 7 kann auch ein automatisches Verstärkungsregelsignal für den Hochfrequenzvorverstärker 2 erzeugen, so daß dessen Ausgangssignal auf einem geeigneten Pegel gehalten wird, der für die Verarbeitung durch eine nachfolgende Schaltung geeignet ist.
• Der Prozessor 7 unterwirft das Signal einer Schmalbandpassfilterung, und der Frequenzgang des Durchlaßbandes ist so gelegt, daß Signalkomponenten bei der erwarteten Frequenz des Pilottons durchgelassen werden (der Prozessor 7 kann durch den nachstehenden Verbindungssteuerungsmikroprozessor 12 programmiert werden, um bestimmte Werte für diese Frequenz in Übereinstimmung mit der bestimmten, zu empfangenden Sendung einzustellen), so daß ein geeignet hohes Energieniveau des Signals im Durchlaßband die Anwesenheit des Pilottons angibt.
• Das Ausgangssignal des D/A-Wandlers 8 wird auch einem FFSK Datendemodulator 11 zugeführt, um irgendein Digitalsignal im empfangenen Kanal wiederherzustellen, und die wiederhergestellten Daten werden einem Verbindungssteuerungsmikroprozessor 12 zugeführt. Hierzu muß bemerkt werden, daß bei den momentanen Vorschlägen eine Anzahl von TTIB- Übertragungskanälen (die als Steuerkanäle bekannt sind) verwendet werden, und zwar einer für jeden der verschiedenen Funkorte, um Verbindungsinformationen zu senden, die die laufende Zuordnung der Kanäle (bekannt als die Verkehrskanäle) zu den Sendungen zwischen verschiedenen Anwendern des Systems angibt. Wie bei dem DSP 7 sind Funktion und Aufbau des Verbindungssteuerungsmikroprozessors den einschlägigen Fachleuten bestens bekannt und müssen hier nicht beschrieben werden, mit der Ausnahme, daß sie im Vergleich mit den herkömmlichen Formen dieser Vorrichtungen, auf denen sie beruhen können, eine Anpassung zur Realisierung dieser Erfindung benötigen.
• Fig. 3 der beiliegenden Zeichnungen zeigt, wie das Wobbeln der Frequenzen gewöhnlich ausgeführt wird. Block 1 der Fig. 3 gibt den Start eines Zyklus der Frequenzwobblung an, und Block 2 prüft, ob in dem Schmalbandfilter, das zur Erfassung des Pilottons dient, ein Ton erfaßt wurde. Wenn nicht, prüft Block 3, ob der benötigte obere Grenzwert des Frequenzhubs erreicht wurde; wenn dies so ist, wird die Wobblung mit der unteren Frequenzgrenze neu gestartet, wenn dies nicht so ist, wird das Wobbeln fortgesetzt, wie durch den Block 4 angedeutet ist. Wenn jedoch in Block 2 ein Ton erfaßt worden ist, wird das Wobbeln des Lokaloszillators gestoppt, wie Block 5 andeutet. Bei herkömmlichen automatischen Frequenzregelschaltungen wird angenommen, daß der Referenzton in dem Schmalbandfilter erkannt worden ist, und daß der Lokaloszillator richtig eingestellt ist. Dies kann jedoch auch eine falsche Annahme sein, die von einem (möglicherweise sehr großen) Frequenzfehler in dem wiederhergestellten Basisbandsignal herrührt. Zur Beseitigung dieser Schwierigkeit verwendet die Erfindung gemäß ihrem ersten Aspekt einen zusätzlichen Regelkreis um die vom Basisbandsignal wiederhergestellten Daten, und deshalb wird das Wobbeln ausgeführt, wie es in Fig. 4 gezeigt ist.
• In dem Beispiel der MPT 1327/1343-Norm trägt das Basisband Fast Frequency Shift Keying (FFSK) Daten mit 1200 Bits/s, die Codewörter verwenden, die jeweils 64 Bits einschließlich 16 Fehlererfassungsbits aufweisen. Diese Codewörter werden am Ausgang des FFSK-Datendemodulators 11 durch den Verbindungssteuerungsmikroprozessor 12 abgetastet, wie dies in Block 6 gezeigt ist, und eine Messung der Codewortfehler in Block 7 ausgeführt. Aufgrund der Filterung, der Takterneuerung und des Datenerfassungsprozesses, die in einem Norm-FFSK-Modem realisiert sind, verursacht jeder Fehler im Basisband von über 200 Hz einen sehr schnellen Anstieg der Fehlerrate der Codeworte mit dem Frequenzfehler. Folglich bestätigt die Prüfung der korrekten Decodierung der Codeworte in Block 8 mit hohem Zuverlassigkeitsgrad, daß der gewünschte Referenzton (und kein fehlerhafter Ton) gewählt worden ist, und das Wobbeln des Lokaloszillators wird durch den Verbindungssteuerungsmikroprozessor 12 gestoppt, der dem digitalen Signalprozessor signalisiert, dies zu tun. Eine unannehmbar hohe Fehlerrate in den Codeworten in Block 8 läßt das Wobbeln fortfahren.
• Die höchstmögliche Genauigkeit bei der Einstellung der Empfängerdemodulation hängt, wenn das Wobbeln des Lokaloszillators aufgehört hat, von der Bandbreite des Tonsignalerfassungsfilters und anderen Realisierungsparametern ab, und auch davon, ob die FFSR-Methode in der Frequenzregelung enthalten ist oder nicht. In diesem Beispiel wird somit die Erfindung lediglich zur Bestätigung verwendet, daß der korrekte Referenzton gewählt wurde, mit dem die präzise Frequenzregelung des Empfängers arbeitet, und die Erfindung zielt darauf ab, die Leistungsfähigkeit dieser Schaltungen zu steigern.
• Nachdem der korrekte Referenzton in Übereinstimmung mit dem ersten Aspekt der Erfindung gewählt worden ist, kann die Richtigkeit dieser Auswahl außerdem dadurch geprüft werden, daß jeder Steuerkanalsender periodisch einen einzelnen Identitätscode als Teil seiner Datenübertragung sendet. Diese Funktion wird routinemäßig von dem Steuerkanalsender ausgeführt, der gemäß der Norm MPT 1327/1343 arbeitet.
• Außerdem können die Frequenversatzmerkmale dieser Erfindung an irgendeinem der Verkehrskanäle (wie auch an den Steuerkanälen) eingesetzt werden, nachdem sich der Empfänger auf den Pilotton des gewünschten Steuerkanals in Übereinstimmung mit dem ersten Aspekt der Erfindung "aufsynchronisiert" hat. Dies ist deshalb möglich, da die absolute Genauigkeit des Lokaloszillators im Empfänger bei schrittweisem Verändern in festen 5 kHz Inkrementen von einem Steuerkanal zu einem darauffolgenden Verkehrskanal sehr viel besser ist, als die ihm eigene Genauigkeit bei der erstmaligen Lokalisierung der absoluten Frequenz des gewünschten Steuerkanals.
• Durch die Ausdehnung der Anwendungsbeispiele der Erfindung auf Funksysteme, die in Übereinstimmung mit der UK-Norm MPT 1327/1343 arbeiten, kann diese Erfindung auch vorteilhaft in Systemen verwendet werden, die mit einer Vielzahl von Funkstandorten arbeiten. In einem solchen Fall wird die Ausnutzung des Spektrums verbessert, wenn jede gegebenen Funkfrequenz bei minimaler geographischer Trennung zwischen den Gleichkanalorten erneut benutzt werden kann. Dies wirkt sich in einer maximalen Systemkapazität aus, die in Erlang pro MHz per km² ausgedrückt wird.
• Wenn jedoch ein Empfänger in einem Bereich betrieben wird, in dem er Gleichkanalsignale empfangen kann, ist, wie bereits beschreiben, die Möglichkeit vorhanden, daß auch ein geringer Pegel einer Gleichkanalinterferenz die richtige Funktion der FFSR-Signalverarbeitung ernsthaft stört. Somit sollte die Hochfrequenz des Pilottons eines Gleichkanalsenders gegenüber dem Pilotton der gewünschten Sendung versetzt sein, um solche Störungen zu minimieren und dadurch die Möglichkeit, diese Frequenz wieder zu benutzen, maximal zu machen. Typischerweise sollte die Frequenz des Pilottons vom Gleichkanalsender von der des Pilottons vom gewünschten Sender um einen Betrag versetzt sein, der etwa gleich der Bandbreite des Schmalbandtonerfassungsfilters bei der maximal zu erwartenden Dopplerfrequenz ist. Z.B. beträgt bei praktischen Anwendungen die Bandbreite des Tonerfassungsfilters 75 Hz, und mit einer maximalen Dopplerfrequenz von 22 Hz (wie beim früheren Beispiel), stellt eine Frequenzversetzung von etwa 100 Hz das Ausfiltern des Referenztons gegenüber der durch den Ton von einem Gleichkanalsender bewirkten Interferenz sicher.
• Dieser Frequenzversatz zwischen dem Pilotton des Gleichkanals und dem Sender des gewünschten Kanals kann auf zwei verschiedene Arten erreicht werden.
• Was die erste Art betrifft, erkennt man aus Fig. 1(c), daß es bei der Hochfrequenzkanalbelegung eine Möglichkeit gibt, das Spektrum nach oben oder unten um bis zu 950 Hz zu verschieben, wobei es immer noch innerhalb der zugeteilten 5 kHz Kanalbandbreite bleibt. In der Praxis wird ein Teil dieser Frequenztoleranz für die Anpassung an Frequenzfehler im Sender der Basisstation benötigt (typischerweise unter 22 Hz bei 220 MHz für eine 0,1 ppm Basisstationsfrequenznorm, was für die Realisierung der vorgeschlagenen Offsetfrequenz benötigt wird), und man braucht auch etwas Toleranz, damit die Filter im Sender ein ausreichendes Schutzband für die Dämpfung gegenüber der Ausstrahlung von Störsignalen in ein benachbartes 5 kHz Kanalband haben, d.h. die Filter benötigen eine gewisse Bandbreite für die Frequenzabsenkung von ihrem Durchlaßband (ohne Dämpfung) zu ihrem Dämpfungsband (typischerweise 80 dB tief). Dennoch bleiben innerhalb der praktischen Begrenzungen der Senderfrequenzstabilität in der Basisstation und des Filterentwurfs einige freie Teile im 5 kHz Kanal, innerhalb denen das gesendete interessierende Spektrum frei gegenüber seinem Sollwert nach oben um etwa 100 Hz versetzt werden kann und dennoch als Ganzes in der 5 kHz Bandbreite des zugeordneten Kanals bleibt.
• Statt, wie oben vorgeschlagen wurde, das gesammte TTIB- Spektrum des Gleichkanalsenders um (beispielsweise) 100 Hz nach oben oder unten zu bewegen, kann der Audiokanalschnittpunkt geändert werden, wie Fig. 5 zeigt. Dies hat in dem gegebenen Beispiel die Auswirkung, daß der Pilotton um 100 Hz nach oben (in Fig. 5(a)) oder nach unten (in Fig. 5(b)) bewegt wird, ohne die Lage der Ober- und Untergrenzen des Spektrums im zugeteilten 5 kHz Kanal zu beeinflussen. Deshalb wird, gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung, die Modulationsschaltung im Sender und die Demodulationsschaltung im Empfänger mit geeigneten Werten für die oberen und unteren Durchlaßbandtonfrequenzen und der Pilottonfrequenz voreingestellt oder programmiert, so daß der Gleichkanal andere Werte für die Frequenz des Audiokanalschnittpunkts und des Pilottons verwendet.
• Bei dem in Fig. 5 gezeigten Verfahren kann, wenn nötig, der mobile Empfänger das geänderte Übertragungsformat erfahren, um eine Gleichkanalsendung zu demodulieren. Dies wäre der Fall, wenn der Sender der Gleichkanalbasisstation einen Teil eines Netzwerks bilden würde, über das die mobile Station kommunizieren kann; jedoch könnte es auch ein Teil eines anderen Netzwerks sein. In letzterem Fall bräuchte jede Art von Mobilstation nur (im Sinne der Rekonstruktion der beiden Teile des TTIB-Tonfrequenzspektrums) das einzelne zu seinem eigenen Netzwerk passende Signalformat zu demodulieren.
• Andererseits müßte die Mobilstation, wenn der oder die Gleichkanalsender ein Teil eines einzelnen Netzwerks mit genormten Signalformat (Fig. 1(b)) an manchen Stellen und mit einem genormten Gleichkanalsignalformat (Fig. 5(a)) an anderen Stellen und möglicherweise auch mit alternativen genormten Gleichkanalsignalformaten (Fig. 5(b)) an weitern Stellen wäre oder wären, zwei oder drei leicht unterschiedliche Signalformate "demodulieren". In einem solchen Fall müßte die Mobilstation auch mit dem Format senden, das der Basisstation eigen ist, mit der sie momentan kommuniziert.
• Die Anpassung der Mobilstation zur Neukonfiguration der Formate gemäß den Figuren 1(b), 5(a) oder 5(b) kann mittels einer Nachschlagetabelle in der Software des Empfängers der Mobilstation ausgeführt werden, die die digitale Signalverarbeitung dazu veranlaßt, die Filterparameter des intern berechneten Digitalfilters zu ändern. Sobald eine Mehrformatverarbeitung benötigt wird, hat die Mobilstation jedoch keine a-priori-Kenntnis vom geeigneten Signalformat (von den drei Möglichkeiten, die beispielhaft angegeben wurden), un in diesem Fall wird die Mobilstation, wenn sie sich zuerst in den Bedeckungsbereich einer anderen Basisstation bewegt, genötigt sein, alle drei Formate decodieren zu müssen; mit Hilfe eines leistungsfähigen DSP Mikrocomputers könnte dieses prinzipiell parallel ausführbar sein, in der Praxis würde jedoch mit höchster Wahrscheinlichkeit eine sequenzielle Decodierung angewendet. Bezogen auf Fig. 3 würde in Block 6 der Schritt "Abtastung des Modems O/P" am Anfang nach der Verarbeitung des Signals in jedem möglichen Signalformat stattfinden, bis das korrekte Format erkannt worden ist.
• Somit erzielt die Erfindung zusammengefaßt:
• a) eine Bestätigung, daß sich ein SSB-Empfänger auf den richtigen Referenzton in einer Pilotton- oder einer Pilotträgereinseitenbandübertragung aufsynchronisiert hat; und
• b) eine verbesserte Frequenzausnutzung in einem Mehrsenderfunksystem, indem den Gleichkanalsendern mit versetzten Frequenzen ermöglicht wird, geographisch näher beieinander zu liegen, als es sonst praktisch möglich wäre.

Claims (12)

1. Empfangsgerät für den Empfang eines Funksignals, das ein moduliertes Pilottonsignal und ein moduliertes digitales Datensignal aufweist, dessen Datenfehlerrate bei seiner Demodulation abhängig vom Frequenzfehler bei der Abstimmung des Empfangsgeräts auf das empfangene Signal veränderlich ist, wobei das Digitalsignal vor der Modulation Spektralkomponenten innerhalb eines Basisbandspektrums und der Pilotton vor der Modulation eine vorbestimmte Frequenz im Basisband relativ zu den Spektralkomponenten hat, und das Empfangsgerät einen Demodulator (3,5 - 7,8) und einen Lokaloszillator (4) für die Erzeugung eines Ausgangssignals steuerbarer Frequenz und für die Demodulation des empfangenen Signals hat, wobei die Funktion des Demodulators (3,5 - 7,8) in der Demodulation des empfangenen digitalen Datensignals und des Pilottonsignals unter Verwendung eines Ausgangssignals des Oszillators durch Abwärtswandlung der Frequenz des modulierten Pilottons und des modulierten Digitalsignals in ihre Basisbandfrequenzen besteht, und der Modulator eine Steuereinrichtung (7, 12) für die Steuerung des Lokaloszillators (4) zum Wobbeln seiner Ausgangsfrequenz aufweist und die Funktion dieser Steuereinrichtung (7, 12) in der Unterbrechung des Wobbelns und im Festhalten der Frequenz des Lokaloszillatorsignals besteht, wenn das demodulierte Signal eine Signalkomponente des Pilottonsignals mit der vorgegebenen Frequenz im Basisband aufweist, und die Steuereinrichtung Mittel (7, 11, 12) zur Prüfung der digitalen Datenfehlerrate des demodulierten digitalen Datensignals und für das erneute Aufnehmen des Wobbelns aufweist, wenn diese Prüfung eine zu hohe Fehlerrate ergibt.

2. Gerät nach Anspruch 1, welches ein schmalbandiges Bandpassfilter für den Empfang des demodulierten Signals und das Durchleiten des Signals bei der vorgegebenen Frequenz des Pilottonsignals im Basisband enthält, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das angibt, daß Signalkomponenten mit dieser Frequenz vorhanden sind, wobei der Bandpassfrequenzgang des Filters programmierbar ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2 für den Empfang eines Funksignals, das mit unterdrücktem Träger in Einseitenbandmodulierter Form gesendet wird, wobei der Demodulator zur Demodulation eines in dieser Form empfangenen Funksignals eingerichtet ist.

4. Gerät nach Anspruch 3 für den Empfang eines solchen einseitenbandmodulierten Funksignals mit unterdrücktem Träger, welches in transparenter Ton-Im-Band-Form vorliegt, d.h. eine Form bei der das Datensignal vor dem Senden in zwei Frequenzbänder aufgespalten und der Inhalt eines Bandes frequenzmäßig relativ zum anderen Band versetzt wird, damit eine Bandlücke bleibt, in die das Pilottonsignal gelegt wird, wobei die Funktion des Empfangsgeräts im Entfernen des Pilottonsignals und in der Frequenzumsetzung des Inhalts des einen Bands besteht, um die Bandlücke zu schließen und das Datensignal zu rekonstruieren.

5. Gerät nach Anspruch 1, das eine Einrichtung enthält, die eine erwartete Frequenz eines Pilottonsignals für einen bestimmten Kanal des Funkfrequenzspektrums bestimmt und die Frequenz des Ausgangssignals des Lokaloszillators auf einen Wert einstellt, der zum Wobbeln über einen Bereich von Trägerfrequenzen geeignet ist, die einen Pilotton an seiner detektierten Frequenz ergeben, falls er empfangen wurden.

6. Verfahren für den Empfang eines Funksignals, das ein moduliertes Pilottonsignal und ein moduliertes digitales Datensignal aufweist, dessen Datenfehlerrate bei seiner Demodulation abhängig vom Frequenzfehler bei der Abstimmung des Empfängers auf das empfangene Signal variiert, wobei das Digitalsignal vor der Modulation Spektralkomponenten in einem Basisbandspektrum und der Pilotton vor der Modulation in dem Basisband eine vorbestimmte Frequenz relativ zu den genannten Spektralkomponenten hat und das Verfahren ein Wobbeln der Frequenz eines Lokaloszillators, der im Empfänger für die Modulation des empfangenen Funksignals verwendet wird, während ein resultierendes demoduliertes Signal auf eine Frequenzkomponente an der erwarteten Frequenz des Pilottonsignals überwacht wird, weiterhin die Unterbrechung des Wobbelvorgangs und das Festhalten des Frequenzsignals vom Lokaloszillator, wenn das demodulierte Signal eine Signalkomponente im Basisband an der vorbestimmten Frequenz des Pilottonsignals hat, eine Prüfung auf eine digitale Datenfehlerrate des demodulierten digitalen Datensignals und die Wiederaufnahme des Wobbelvorgangs aufweist, wenn diese Prüfung eine übermäßig hohe Fehlerrate ergibt.

7. Verfahren zur Kommunikation in einem Funkverkehrsystem, bei dem eine erste Sendung in einem bezeichneten Kanal des Funkfrequenzspektrums stattfindet, die der Gleichkanalinterferenz von einer zweiten Sendung in diesem Kanal unterliegen kann, und die erste und zweite Sendung aus Signalen bestehen, die einen Pilotton einer Frequenz enthalten, die im wesentlichen gleich einer bezeichneten Frequenz ist, wobei das Funkkommunikationsverfahren folgende Schritte aufweist:

a) Ermitteln der bezeichneten Frequenz des Pilottons der ersten Sendung zur Verwendung in diesem Kanal;

b) Erzeugen und Senden der ersten Sendung in einer Art, daß deren Pilotton an einer vorbestimmten Frequenz im Basisband liegt, die sich um einen kleinen, jedoch erfaßbaren Betrag von der Frequenz des Pilottons der zweiten Sendung unterscheidet; und

c) Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 6 für den Empfang der ersten Sendung durch Abstimmung auf eine Frequenz und Ermittlung, ob das demodulierte Signal einen Pilotton an der vorbestimmten Frequenz des Datenbands enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Spektren der ersten und zweiten Sendung jeweils nur einen mittleren Bereich des Kanals belegen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Differenz zwischen den Frequenzen der Pilottöne der ersten und zweiten Sendung durch eine Umsetzung der Frequenz der zweiten Sendung nach oben oder unten in dem Kanal relativ zur erwarteten Position der ersten Sendung erreicht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Erzeugung der die erste und zweite Sendung bildenden Signale jeweils eine Aufspaltung des Frequenzspektrums eines zu sendenden Signals in einen oberen und unteren Teil, eine Frequenzumsetzung der Signalkomponenten in eines dieser Teile unter Freilassen einer Lücke zwischen den beiden Teilen und das Einfügen des Pilottons in die Lücke aufweist, wobei eine Frequenzdifferenz zwischen den Pilottönen der beiden Sendungen durch die Wahl und Verwendung unterschiedlicher Frequenzen bei der Aufspaltung der Signalkomponenten der ersten und zweiten Sendung erreicht wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem die erste und zweite Sendung einseitenbandmodulierte Signale mit unterdrücktem Träger senden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die erste und zweite Sendung in transparenter Ton-Im-Band-Form senden.