DE3901639A1

DE3901639A1 - Spread-spektrum-nachrichtenverbindungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3901639A1
Application number: DE3901639A
Authority: DE
Inventors: Nobuo Mikoshiba; Kazuo Tsubouchi; Takeshi Tomioka
Original assignee: Individual
Current assignee: Faurecia Clarion Electronics Co Ltd
Priority date: 1988-01-21
Filing date: 1989-01-20
Publication date: 1989-08-03
Anticipated expiration: 2009-01-21
Also published as: GB2214042A; FR2626425A1; US4926440A; CA1279898C; JPH0810839B2; GB8901143D0; NL8900144A; DE3901639C2; JPH01188044A; GB2214042B; FR2626425B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Spread-Spektrum- Nachrichtenverbindungsvorrichtung zum Senden und Empfangen von verschiedenen Informationen mittels eines Spread-Spektrum-Systems.

Es sind bisher bereits verschiedene Nachrichtenverbindungssysteme diskutiert und entwickelt worden. Das Spread-Spektrum-Nachrichtenverbindungssystem ist als eines dieser Systeme bekannt.

Ein Spread-Spektrum-Nachrichtenverbindungssystem ist so ausgebildet, daß ein Sender ein Schmalbandsignal aussendet, das Daten oder Sprache wiedergibt, indem die Bandbreite gedehnt wird, was unter Verwendung eines Pseudozufallsrauschcodes (PN-Codes) erfolgt, und ein Empfänger das ursprüngliche Signal dadurch wiedergibt, daß er in umgekehrter Weise das empfangene Breitbandsignal in das ursprüngliche Schmalbandsignal zurückverwandelt. Aufgrund von Vorteilen, wie beispielsweise der Stabilität gegenüber äußeren Störungen oder einem äußeren Rauschen und einer hohen Geheimhaltung, hat sich das Spread-Spektrum-Nachrichtenverbindungssystem in jüngster Zeit als ein sehr zuverlässiges Nachrichtenverbindungssystem erwiesen.

Die wichtigste Stelle eines Spread-Spektrum-Nachrichtenverbindungssystems ist der Korrelator auf der Empfängerseite. Beim drahtlosen Spread-Spektrum-Verkehr wird als Korrelator, der gegenwärtig der einfachste und zuverlässigste ist, eine Vorrichtung, die eine akustische Oberflächenwelle verwendet, d.h. eine SAW-Vorrichtung, angesehen.

Als SAW-Korrelatoren gibt es im allgemeinen Verzögerungsleitungstypen mit Abgriffen und Konvolver, d.h. Faltungsbauelemente. Obwohl Verzögerungsleitungstypen mit Abgriffen einen einfachen Aufbau und im allgemeinen eine ausgezeichnete Leistungsfähigkeit haben, sind sie stark durch den Temperaturfaktor des Substrates beeinflußt. Obwohl Konvolver nicht in diesem Maße durch Änderungen in der Temperatur beeinflußt sind, haben sie im allgemeinen eine niedrigen Wirkungsgrad oder eine geringe Leistungsfähigkeit. Während Verzögerungsleitungstypen mit Abgriffen im Code fixiert sind, kann jedoch der Konvolver seinen Code in der gewünschten Weise ändern.

Solange somit die Leistungsfähigkeit oder der Wirkungsgrad annehmbar ist, ist ein Konvolver daher viel leichter einsetzbar.

Die Fig. 12A und 12B zeigen den Aufbau einer Spread-Spektrum-Nachrichtenverbindungsvorrichtung mit einem bekannten SAW-Konvolver. Auf der Senderseite in Fig. 12A bewirkt ein Mischer 1 beispielsweise eine Binärphasenmodulation eines Trägersignals von einem Oszillator 2 unter Verwendung eines zu sendenden Signals (das in diesem Fall ein digitales Signal ist), um zunächst eine primäre Schmalbandmodulation zu bewirken. Anschließend bewirkt beispielsweise ein Mischer 3 eine Binärphasenmodulation unter Verwendung eines PN-Codes eines PN-Codegenerators 4 mit einer hohen Bitgeschwindigkeit eines viel breiteren Bandes als des zu sendenden Informationssignals, um das Spektrum zu dehnen, woraufhin das Signal von einer Antenne 7 ausgesandt wird, nachdem es durch ein Bandpaßfilter 5 und einen Verstärker 6 hindurchgegangen ist.

Auf der Empfängerseite in Fig. 12B wird das durch eine Antenne 7′ empfangene Spread-Spektrum-Signal zunächst durch einen Verstärker 9 und Bandpaßfilter 8 und 10 hochfrequenzverstärkt und anschließend an einen SAW-Konvolver 13 gelegt.

Der SAW-Konvolver 13 wird mit einem Bezugssignal versorgt, das von einem Mischer 12 durch Binärphasenmodulation eines Trägersignals von einem Oszillator 11 gebildet wird, der mit der gleichen Trägersignalfrequenz wie das empfangene Eingangssignal des SAW-Konvolvers schwingt, indem ein PN-Generator zum Erzeugen eines PN-Codes benutzt wird, der bezüglich des PN-Codes 4 auf der Senderseite zeitlich umgekehrt ist.

Der als Bezugssignal verwandte PN-Code wird synchron mit dem empfangenen PN-Code von der Senderseite über einen Hüllkurvendetektor 16, eine Synchronschaltung 17 und eine PN-Code-Steuerschaltung 18 gehalten. Zu diesem Zeitpunkt geht ein Ausgangssignal vom Konvolver 13 (dessen Frequenz gleich 2fc, d.h. gleich dem Doppelten der Frequenz des Eingangsträgersignals ist) bei beibehaltener Synchronisation mit dem Trägersignal des empfangenen Signals über die Synchronschaltung (deren Mittenfrequenz bei 2fc liegt) zunächst durch einen Mischer 21 über ein Bandpaßfilter 14 und einen Verstärker 15, wonach es am Hüllkurvendetektor 16 zum Zweck der oben genannten PN-Code-Synchronisation liegt. Wenn der PN-Code und das Trägersignal miteinander synchron sind, werden Primärdaten der Basisbandinformation von einer Datendemodulierschaltung 22 erhalten.

Bei der bekannten Spread-Spektrum-Nachrichtenvrbindungs vorrichtung ist jedoch eine Synchronisation des PN-Codes und des Trägersignals unabdingbar, was es schwierig macht, den Aufbau des Empfängers zu vereinfachen. Das stellt ein ernstes Problem für die Anwendung in der Praxis dar.

Durch die Erfindung soll daher eine Spread-Spektrum- Nachrichtenverbindungsvorrichtung geschaffen werden, die eine Information wiedergeben kann, ohne daß eine Synchronisation zwischen dem PN-Code und dem Trägersignal notwendig ist.

Dazu werden durch die Erfindung Spread-Spektrum- Nachrichtenverbindungsvorrichtungen mit dem folgenden Aufbau jeweils geschaffen.

Ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spread-Spektrum-Nachrichtenverbindungsvorrichtung umfaßt eine Sendervorrichtung mit einer primären Modulationseinrichtung zum Modulieren einer Trägerfrequenz durch die Basisbandinformation der zu sendenden Daten und mit einer sekundären Modulationseinrichtung zum Bewirken einer sekundären Modulation durch einen bestimmten PN-Code und zum Aussenden eines Spread-Spektrum-Sendesignals, und eine Empfängervorrichtung mit einem Konvolver, an dem das empfangene Spread-Spektrum-Signal und ein Bezugssignal-PN-Code liegen, der nicht synchron mit der Trägerfrequenz und dem PN-Code in der Sendervorrichtung und zeitlich bezüglich des PN-Codes in der Sendervorrichtung umgekehrt ist, um diese zu korrelieren, einer Einrichtung zum Erfassen einer Reihe von Spitzenimpulsen, die vom Konvolver ausgegeben werden, und einer Demoduliereinrichtung mit einer Impulsbreitendehnschaltung, die auf die jeweiligen Impulse der erfaßten Reihe von Impulsen ansprechend die Basisbandinformation erzeugt.

Eine zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt die gleiche Sendervorrichtung wie das erste Ausführungsbeispiel und eine Empfängervorrichtung mit einem Konvolver, an dem das empfangene Spread-Spektrum-Signal und eine Bezugssignal-PN-Code liegen, der nicht synchron mit der Trägerfrequenz und dem PN-Code der Sendervorrichtung und zeitlich bezüglich des PN-Codes in der Sendervorrichtung umgekehrt ist, um diese zu korrelieren, einer wellenformenden Einrichtung zum Erfassen und Formen einer Reihe von Spitzenimpulsen, die vom Konvolver ausgegeben werden, und einem Impulszähldemodulator zum Zählen der Anzahl von Ausgangsimpulsen der wellenformenden Einrichtung und zum Demodulieren der Basisbandinformation.

Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt die gleiche Sendervorrichtung wie beim ersten Ausführungsbeispiel und eine Empfängervorrichtung mit einem ersten und einem zweiten Konvolver, an denen das empfangene Spread-Spektrum-Signal und zwei Bezugssignale liegen, die in ihrer Mittenfrequenz verschieden, nicht synchron mit der Trägerfrequenz und dem PN-Code in der Sendervorrichtung und zeitlich bezüglich des PN-Codes in der Sendervorrichtung umgekehrt sind, um diese zu korrelieren, einer ersten und einer zweiten Detektoreinrichtung zum Erfassen von Reihen von Spitzenimpulsen, die von den jeweiligen Konvolvern ausgegeben werden, und einem Vergleichsdemodulator zum Vergleichen der Ausgangsimpulsreihen der ersten und zweiten Detektoreinrichtung und zum Demodulieren der Basisbandinformation.

Ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt die gleiche Sendervorrichtung wie beim ersten Ausführungsbeispiel und eine Empfängervorrichtung mit einem Konvolver, an dem das empfangene Spread-Spektrum-Signal und ein umschaltbar gewähltes Bezugssignal aus zwei Bezugssignalen liegen, die in ihrer Mittenfrequenz verschieden, nicht synchron mit der Trägerfrequenz und dem PN-Code in der Sendervorrichtung und zeitlich bezüglich des PN-Codes in der Sendervorrichtung umgekehrt sind, um diese zu korrelieren, einer wellenformenden Einrichtung zum Erfassen und Formen einer Reihe von Spitzenimpulsen, die vom Konvolver ausgegeben werden, und einem Vergleichsdemodulator zum Vergleichen der Ausgangsimpulsreihen entsprechend der jeweiligen Mittenfrequenzen, die von der wellenformenden Einrichtung ausgegeben werden, und zum Demodulieren der Basisband information.

Bei den oben angegebenen Empfängern wird die Demodulation durch ein Trägersignal und einen PN-Code in einem nicht-synchronen Zustand bewirkt, und ist zu diesem Zweck die PN-Code-Wiederholungsgeschwindigkeit so gewählt, daß sie ausreichend größer als die Informationsgeschwindigkeit der zu sendenden Information ist.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1A und 1B Blockschaltbilder eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 2 die Betriebssignalwellenformen an den jeweiligen Teilen einer Sendervorrichtung bei dem ersten, in Fig. 1A und 1B dargestellen Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 die Betriebssignalwellenformen an den jeweiligen Teilen der Empfängervorrichtung bei dem ersten in den Fig. 1A und 1B dargestellten Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 den Aufbau einer Impulsbreitendehnschaltung bei dem in den Fig. 1A und 1B dargestellten Ausführungsbeispiel,

Fig. 5 den Aufbau eines Hüllkurvendetektors bei dem in Fig. 1A und 1B dargestellten Ausführungsbeispiel,

Fig. 6 den Aufbau einer Komparatorschaltung bei dem in Fig. 1A und 1B dargestellten Ausführungsbeispiel,

Fig. 7 den Aufbau einer digitalen Takt steuerschaltung bei dem in Fig. 1A und 1B dargestellten Ausführungsbeispiel,

Fig. 8A und 8B Blockschaltbilder eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 9A und 9B Blockschaltbilder eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 10A und 10B Blockschaltbilder eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 11A und 11B Blockschaltbilder eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung und

Fig. 12A und 12B Blockschaltbilder einer bekannten Spread-Spektrum-Nachrichtenver bindungsvorrichtung.

Fig. 1A und 1B zeigen den Aufbau eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen nicht-synchronen Spread-Spektrum-Nachrichtenverbindungsvorrichtung. In der in Fig. 1A dargestellten Sendervorrichtung wird ein Trägersignal in einer Taktsteuerschaltung 23 FSK-, d.h. frequenzumtastmoduliert, um seine Frequenz in f′₁ oder f′ ₂ zu ändern, was unter Verwendung der Basisbandinformation in Form von digitalen Daten erfolgt, und werden f′ ₁ und f′ ₂ in f′′ ₁ und f′′ ₂ durch eine Frequenzmultiplizierschaltung 25 geändert. Deren Ausgangssignal wird weiterhin mit einem PN-Code eines PN-Code-Generators 4 in einem Mischer 3 binärphasenumtastmoduliert. In diesem Fall ist es nicht notwendig, den PN-Code mit der Basisbandinformation zu synchronisieren. Das Ausgangssignal des Mischers 3 wird in das gewünschte Hochfrequenzband (beispielsweise f′′′ ₁ oder f′′′ ₂) durch einen Oszillator 28 und einen Mischer 27 frequenzumgewandelt und anschließend von einer Antenne 7 ausgesandt.

Im Empfänger von Fig. 1B wird ein SAW-Konvolver 13 mit einem Bezugssignal versorgt, das durch eine binäre Phasenumtastmodulation oder PSK-Modulation eines Trägersignals von einem Oszillator 11 mit einer Frequenz f ₁ unter Verwendung eines PN-Code-Generators 19 erhalten wird, der einen Code erzeugt, der mit dem Trägersignal und dem PN-Code der Senderseite nicht synchron und zeitlich gegenüber der Senderseite umgekehrt ist. Der Konvolver 13 gibt daher eine Reihe von Korrelationsspitzensignalen nur dann aus, wenn die Frequenz eines empfangenen Signals gleich f ₁ ist und beide PN-Codes übereinstimmen. Das hat zur Folge, daß das Vorliegen und das Fehlen einer derartigen Reihe von Korrelationsspitzensignalen einem hohen und niedrigen Pegel der Basisbandinformation entspricht. Die Korrelationsspitzensignale werden nach einer Erfassung durch eine Hüllkurvendetektorschaltung 16 und einer Wellenformung durch einen Komparator 33 durch eine Impulsbreitendehnschaltung 34 in ein zur Basisbandinfor mation demoduliertes Ausgangssignal umgewandelt. Diese Demodulationsvorgänge erfolgen ohne Synchronisation der Trägersignale und der PN-Codes zwischen der Sender- und der Empfängerseite.

Einzelheiten der Arbeitsweise der in Fig. 1A und 1B dargestellten nicht-synchronen Spread-Spektrum-Nach richtenverbindungsvorrichtung werden im folgenden anhand der dargestellten Betriebssignalwellenformen der verschiedenen Teile und des gezeigten Aufbaus der Schaltungen in der Praxis beschrieben.

Fig. 2 zeigt die Wellenformen an den Teilen a, b und c der Sendervorrichtung, die in Fig. 1A dargestellt ist. Der Teil a ist die Basisbandinformation, die bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus digitalen Daten besteht. Sie kann im allgemeinen auch aus analogen Daten bestehen.

In Fig. 2 ist a ein digitales Signal. Ein Taktsignal mit einer Frequenz f′₁ bei einem hohen Pegel "H" (Zustand "1") oder einer Frequenz f′₂ bei einem niedrigen Pegel "L" (Zustand "0") wird auf ein digitales Signal bei a ansprechend erzeugt, das an der digitalen Taktsteuerschaltung 23 liegt. Danach wird eine Trägerfrequenz f′′₁ auf das ursprüngliche digitale Signal "1" oder eine Trägerfrequenz f′′₂ auf das digitale Signal "0" am Punkt b in Fig. 1A in der Wellenform b in Fig. 2 durch ein Tiefpaßfilter 24 und die Frequenzmultiplizierschaltung 25 erzeugt. Das bedeutet, daß die Trägerfrequenz durch das digitale Signal frequenzumgewandelt wird und die Form einer sogenannten Frequenzumtastungsmodulation oder FSK-Modulation hat.

Was die Wahl von f ₁ und f ₂ im Zwischenfrequenzband im Empfänger anbetrifft, kann f ₂ im empfangenen Signal irgendeine Frequenz sein, die eine starke Abnahme im SAW-Konvolverausgangssignal bewirkt, wenn die Trägerfrequenz des Bezugssignals im SAW-Konvolver 13 im Empfänger f ₁ ist, die innerhalb der Bandbreite des SAW-Konvolvers liegt.

Wenn die Mittenfrequenz eines Bezugssignals, das am SAW-Konvolver 13 liegt, gleich f ₁ ist, dann nimmt in den meisten Fällen, das SAW-Konvolverausgangssignal extrem ab, wenn der Unterschied Δ f zur Mittenfrequenz f ₂ eines empfangenen Signals (Δ f = |f₁-f₂| = |f′′₁-f′′₂|) ein ganzzahliges Vielfaches von f _g ist (Kehrwert der Zeit zum Fortpflanzen der akustischen Oberflächenwelle an einer Gatterelektrode eines SAW-Konvolvers) oder f _g überschreitet.

Δ f = |f₁-f₂| wird daher gleich einem ganzen Vielfachen von f _g, annähernd gleich f _g oder über f _g gewählt. Im Fall der Zuteilung von Sendekanälen werden die Unterschiede zwischen f ₁ und f ₂ und zwischen f′′ ₁ und f′′ ₂ für die jeweiligen Kanäle gleich einem ganzzahligen Vielfachen von f _g oder seinem Annäherungswert gewählt. Da bei dieser Modulation die Amplitude konstant ist, ist es möglich, effektiv eine AVR-Schaltung 31 an der Zwischenfrequenzstufe im Empfänger zu aktivieren.

Dadurch, daß beispielsweise die Frequenzen, die durch die digitale Taktsteuerschaltung 23 als f′ ₁ gleich 26,875 MHz und f′ ₂ gleich 27,000 MHz erzeugt werden, gewählt und mit 8 in der Frequenzmultiplizierschaltung 26 multipliziert werden, werden f′′ ₁ gleich 215 MHz und f′′ ₂ gleich 216 MHz problemlos erhalten. Die Zuordnung von f′′ ₁ und f′′ ₂ kann jeweils umgekehrt sein. Bei dem SAW-Konvolver, der bei diesem Ausführungsbeispiel benutzt wird, liegt weiterhin f _g bei etwa 110 kHz, die Mittenfrequenz bei 215 MHz und die Bandbreite bei 23 MHz (Absinken des Ausgangssignals um 3 Dezibel).

Die bisher bewirkte Modulation ist die primäre Modulation, bei der beispielsweise ein digitales Signal, das als Basisbandinformation dient, FSK-moduliert wird.

Danach wird eine sekundäre Modulation mit einem PN-Code zum Dehnen des Spektrums bewirkt. Vom Taktgenerator 26 und vom PN-Code-Generator 4 des Senders, der in Fig. 1A dargestellt ist, wird ein PN-Code erzeugt und zusammen mit dem Trägersignal, das in f′′ ₁ oder f′′ ₂ FSK-moduliert ist, an den Ringmischer 3 gelegt. Somit erfolgt durch einen PN-Code eine sogenannte DS(Direktfolge) -Modulation und wird bei der Wellenform bei c des Senders eine mit einem PN-Code sekundär modulierte Wellenform erhalten, die bei c in Fig. 2 dargestellt ist.

Zu diesem Zeitpunkt ist es wichtig, daß keine Synchronisation zwischen dem PN-Code, den digitalen Daten als Basisbandinformation und dem Trägersignal mit f′′ ₁ oder f′′ ₂ benötigt wird, was eine Vereinfachung darstellt, ohne daß die Kapazität des Senders beeinträchtigt wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde die primäre Modulation in Form einer FSK-Modulation unter Verwendung der digitalen Daten als Basisbandinformation bewirkt. Die Modulation kann auch in anderer Form unter Verwendung analoger, digitaler Informationen usw. als Basisbandinformation erfolgen, und die primäre Modulation kann irgendeine normale Frequenzmodulation, Amplitudenmodulation, EAM-Modulation oder eine andere Modulation sein. Zum Zweck einer stabilen Nachrichtenverbindung durch eine AVR-Schaltung ist jedoch eine Frequenz- oder Phasenmodulation bevorzugt. Obwohl eine Sekundärmodulation beschrieben wurde, bei der das Trägersignal durch den PN-Code in einem Ringmischer phasenmoduliert wird, reicht es aus, daß die Sekundärmodulation eine Dehnung des Spektrums der Basisbandinformation bewirkt, ohne die Basisbandinformation mit dem PN-Code und dem Trägersignal zu synchronisieren, wobei eine Frequenz- oder Phasenmodulation oder ein anderes Modulationsverfahren akzeptabel ist. Es kann weiterhin statt eines Ringmischers irgendein Modulator verwandt werden, der sich für das jeweilige Modulationsverfahren eignet.

Damit das ausgesandte Signal im Empfänger im nicht-synchronen Zustand wiedergegeben wird, muß die PN-Code-Wiederholungsgeschwindigkeit größer als die Geschwindigkeit der zu sendenden Sendeinformation beim Modulationsvorgang sein.

Wenn bei den Signalwellenformen im Sender, die in Fig. 2 dargestellt sind, die Breite eines Impulses der digitalen Daten a als Basisbandinformation gleich T _B ist und die Länge einer Codesequenz gleich 2T ist, dann muß die folgende Beziehung erfüllt sein:

T _B » T (1)

Vorzugsweise ist T _B größer als 10T oder 100T, um eine zuverlässige Nachrichtenverbindung auch nicht synchroner Art sicherzustellen.

Das durch die primäre und sekundäre Modulation der Basisbandinformation erhaltene Spread-Spektrum-Signal c geht durch den HF-Frequenzwandler und wird schließlich von der Antenne 7 ausgesandt. Der HF-Frequenzwandler verhält sich so, daß er das Sendeübertragungsband in eine gewünschte Frequenz umwandelt, und besteht aus einem Oszillator 28, einem Mischer 27, einem Bandpaßfilter 5 und einem Verstärker 6.

Im folgenden wird die Arbeitsweise des in Fig. 1B dargestellten Empfängers im einzelnen erläutert. Die Spannungswellenformen an den Teilen d, e, f, g und h im Empfänger sind in Fig. 3 dargestellt.

Zunächst empfängt die Empfangsantenne 7′ das Spread-Spektrum-Signal mit einer Mittenfrequenz f′′′₁ oder f′′′ ₂ von der Senderseite. Zu diesem Zeitpunkt ist es unwesentlich, daß verschiedene Rauschsignale in die Antenne eintreten, d.h. daß die Rauschsignale größer als das Spread-Spektrum-Signal sind, da ein später beschriebener SAW-Konvolver 13 und eine Modulation, die Impulsbreitendehnung genannt wird, das Signal/Rausch-Verhältnis verbessern kann und das Nutzsignal unter den Rauschsignalen wiedergeben kann. Wenn ein Informationssignal extrahiert wird, das in Rauschsignalen verborgen ist, ist es sehr schwierig, eine Synchronisation mit dem in den Rauschsignalen verborgenen Signal bei der bekannten Modulation zu erzielen, die eine derartige Synchronisation erfordert. Das vollständig unsynchrone System gemäß der Erfindung kann ohne Schwierigkeiten das Signal/Rausch-Verhältnis verbessern und die Information unter den Rauschsignalen wiedergeben.

In diesem Fall sind die Rauschsignale neben den Informationen bestehende unerwünschte elektrische Wellen, wie beispielsweise Interferenzen, städtische Rauschsignale, thermische Rauschsignale usw.

Das Spread-Spektrum-Signal mit einer Mittenfrequenz von f′′′ ₁ oder f′′′ ₂, das an der Antenne 7′ eintritt, wird im Bandpaßfilter und im Verstärker 9 verstärkt und anschließend durch einen Empfangsoszillator 29 und einen Mischer 30 in ein Signal mit der Frequenz f ₁ odr f ₂ des Zwischenfrequenzbandes umgewandelt.

Da zu diesem Zeitpunkt das von der Senderseite kommende modulierte Signal ein Signal mit einer konstanten Amplitude, d.h. im vorliegenden Fall ein Frequenzumtastungssignal oder ein FSK-Signal mit einer Frequenz f ₁ oder f ₂ ist, arbeitet die AVR-Schaltung 31 zuverlässig und kann ein Schwund oder eine andere Instabilität der Intensität der empfangenen Signalwelle vermieden werden.

Die wichtigste Einrichtung zum Wiedergeben des in den Rauschsignalen verborgenen Signals ist der SAW-Konvolver 13. Das empfangene Signal d liegt an einem der Eingänge des SAW-Konvolvers. Seine Wellenform ist die des Spread-Spektrum-Signals mit einer Mittenfrequenz f ₁ oder f ₂, wie es in Fig. 3 dargestellt ist.

Ein Bezugssignal liegt am anderen Eingang des SAW-Konvolvers. Dieses Signal wird dadurch erhalten, daß eine Sinuswelle mit der Trägerfrequenz f ₁ bei der gleichen binären Phasenumtastung wie beim Sendevorgang unter Verwendung einer PN-Codierung moduliert wird, die durch eine zeitliche Umkehr der PN-Codierung im empfangenen Signal nicht synchron mit dem Trägersignal erhalten wird. Der Oszillator 11 wird aktiviert, so daß er mit der Frequenz f ₁ schwingt und der PN-Code für das Bezugssignal wird im Taktgenerator 32 und im PN-Code-Generator 19 erzeugt, wobei das Trägersignal mit einer Frequenz f ₁ im Mischer 12 binärphasenumtast moduliert wird.

Das Ausgangssignal des SAW-Konvolvers 13 ist ein Korrelationsausgangssignal des empfangenen Signals und des Bezugssignals, wobei dann, wenn die Mittenfrequenz f ₁ des Trägersignals und die PN-Codierung zusammenfallen (die Bezugs-PN-Codierungen fallen in einer zeitlich umgekehrten Beziehung miteinander zusammen), eine Reihe von Faltungsspitzensignalen bei e in Fig. 1B in einem Zeitintervall T in der Wellenform e von Fig. 3 ausgegeben wird. Zu diesem Zeitpunkt ist T gleich der Hälfte der Sequenz des PN-Codes. Wenn die Mittenfrequenz des Trägers des empfangenen Signals gleich f ₂ ist, wird keine Faltungsspitzensignalreihe ausgegeben. Der Vorgang der Wahl von f ₂ für jeweils eine Frequenz f ₁ erfolgt in der obigen Weise. Die jeweiligen Nachrichtenverbindungskanäle können dadurch eingerichtet werden, daß f ₁ und f ₂ (in ähnlicher Weise f′′₁ und f′′ ₂) und der PN-Code gewählt werden.

Wenn die Mittenfrequenz des Trägers des empfangenen Signals gleich f ₁ ist, wird bei e im Empfänger eine Reihe von Faltungsspitzensignalen ausgegeben, wie es bei e in Fig. 3 dargestellt ist. Wenn diese Reihe durch den Hüllkurvendetektor 16 erfaßt wird, wird sie gleich dem Signal f in Fig. 3. Wenn diese Signalreihe weiter durch den Komparator 33 geht, wird ihre Wellenform so geformt, wie es in Fig. 3g dargestellt ist, und wird eine Reihe von Impulsen in einem zeitlichen Intervall T innerhalb der Periode der Mittenfrequenz f ₁ des Trägers erhalten.

Indem die Impulsreihe durch die Impulsbreitendehnschaltung 34 hindurchgeht, werden digitale Daten mit der Impulsbreite T _B, die gleich der ursprünglichen Basisbandinformation sind, demoduliert und bei h in Fig. 3 ausgegeben.

Die Impulsbreitendehnschaltung 34 kann eine rücktriggerbare integrierte Univibratorschaltung sein, die bei jedem Impuls der Impulsreihe im Zeitintervall T von g getriggert wird und einen Impuls mit der Breite τ erzeugt.

Wenn die Periode der Reihe von Ausgangsspitzensignalen des Konvolvers gleich T ist, und wenn die Zeitkonstante der Impulsbreitendehnschaltung 34 so gewählt ist, daß die folgende Beziehung erfüllt ist:

T < τ (2),

dann werden Ausgangssignale mit hohem Pegel "H" (= "1") so lange gehalten, solange sich die Reihe der Impulse fortsetzt.

Wenn weiterhin das empfangene Signal gleich f ₂ bei e von Fig. 3 ist, d.h. wenn der Pegel der digitalen Daten der zu sendenden Basisbandinformation gleich "L"< (= "0") ist, dann wird keine Ausgangsspitzensignalreihe vom Konvolver ausgegeben. Auch bei f und g in Fig. 3 wird daher keine Impulsreihe ausgegeben und das endgültige demodulierte Ausgangssignal von h wird auf dem niedrigen Pegel "L" (= "0") gehalten.

Wenn in der bei h in Fig. 3 dargestellten Weise das empfangene Signal von der f ₁-Periode auf die f ₂-Periode umgestellt wird und die Impulsreihe von g nicht erscheint, dann wird der Pegel des Signals h gleich "L" (= "0") und zwar zu einem Zeitpunkt, der um die Zeitkonstante τ hinter dem letzten Impuls liegt. Wenn im Gegensatz dazu das empfangene Signal von der f ₂-Periode auf die f ₁-Periode umgestellt wird, und die Impulsreihe von g ausgegeben wird, dann wird der Pegel des Signals h sofort gleich "H" (= "1").

Bei diesem System wird daher ein Zittern mit maximal τ im demodulierten Ausgangssignal erzeugt. Wie es im Ausdruck (1) dargestellt ist, kann durch die Wahl einer ausreichend großen PN-Code-Wiederholungsgeschwindigkeit jedoch das Zittern von τ vernachlässigt werden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Zeitkonstante der Impulsbreitendehnschaltung bezüglich des Intervalls der Korrelationsspitzenausgangsimpulse so gewählt werden, daß die Impulsbreitendehnschaltung 34 so arbeitet, daß sie die in der f ₁-Periode erzeugte Impulsreihe oder ein anderes Ausgangssignal allgemein integriert und das Signal/Rausch-Verhältnis verbessert.

Der Aufbau der Schaltungen, die an den jeweiligen Teilen des Ausführungsbeispiels der Spread-Spektrum-Sende- und Empfangsvorrichtung verwandt werden, die in den Fig. 1A und 1B dargestellt ist, wird im folgenden beschrieben.

Im folgenden wird lediglich ein Beispiel beschrieben, es reicht im wesentlichen aus, daß Schaltungsblöcke, die die oben beschriebenen Funktionen erfüllen, an den jeweiligen Teilen vorgesehen sind. Die im folgenden dargestellten Ausführungsbeispiele sollen daher die Verwirklichung einer einfachen nicht-synchronen Spread-Spektrum-Nachrichtenverbindungsvorrichtung nicht beschränken.

Fig. 4 zeigt zunächst ein Ausführungsbeispiel der Impulsbreitendehnschaltung 34. Wie es oben beschrieben wurde, muß die Impulsbreitendehnschaltung die Zeitkonstante τ so einstellen, daß der Ausdruck (2) erfüllt ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird τ durch einen Widerstand R τ und einen Kondensator C τ bestimmt, wie es in der Zeichnung dargestellt ist, so daß sich ergibt:

τ = KC τ R τ (3),

wobei K eine Konstante ist. In Fig. 4 sind eine rücktriggerbare integrierte Univibratorschaltung IC, ein Eingang I, ein Ausgang O, Inverter INV ₁ und INV ₂ und ein NAND-Glied NAND dargestellt.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel des Hüllkurvendetektors 16, der aus Schottky-Dioden S D ₁ und SD ₂, Widerständen R ₁ bis R ₃, Kondensatoren C ₁ und C ₂ sowie einer Spule L besteht. Die Detektorschaltung erfaßt die Eingangssignalwellenform eines Impulses auf einer Frequenz gleich dem Doppelten der Trägerfrequenz f ₁ und erzeugt einen Ausgangsimpuls mit der dargestellten Form.

Wenn der Anstieg des Ausgangsimpulses mit t _r und der Abfall mit t _d bezeichnet werden, dann wird t _r in Abhängigkeit von 2f ₁ gebildet und wird t _d so gewählt, daß es länger als t eines HF-Impulses des Korrelationsspitzeneingangssignals, wie es in der Zeichnung dargestellt ist, und kürzer als das Intervall T der oben beschriebenen Impulsreihe ist.

Durch die Festlegung von t _r und t _d kann daher eine stabile erfaßte Impulsreihe erhalten werden, wie es in Fig. 3f dargestellt ist.

Fig. 6 zeigt ein Beispiel des Komparators 33. Für die Ausbildung des Komparators ist es wichtig, daß er schnell genug sein muß, um auf T anzusprechen, da die Wiederholungsperiode T der Impulsreihe kurz ist. Um Pegeländerungen zu genügen, ist es weiterhin notwendig, automatische Pegelsteuereinrichtungen zu verwenden, um automatisch das Signal/Rausch-Verhältnis auf einen günstigen Wert einzustellen, damit eine zuverlässige Nachrichtenverbindung möglich ist. Die automatische Pegelsteuereinrichtung setzt den Schwellenwert VS auf einen Zwischenpunkt zwischen dem Rauschpegel und VP, indem in einer Schaltung 33 a die Spitzenspannung VP eines Impulses des Hüllkurvendetektorausgangssignals an einem Eingang erfaßt wird, um eine Bezugsspannung zu erzeugen und diese an den Komparator 33 c zu legen. In Fig. 6 sind weiterhin Dioden 33 d und 33 e dargestellt.

Fig. 7 zeigt ein Beispiel, bei dem ein einfacher Aufbau der digitalen Taktsteuerung 23 im Empfänger verwirklicht ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Frequenzen f′₁ und f′ ₂ durch NAND-Glieder 23 a bis 23 d auf digitale Eingangsdaten ansprechend umgeschaltet.

Fig. 8A und 8B zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spread-Spektrum-Nachrichtenverbindungsvorrichtung. Dieses Ausführungsbeispiel stellt ein sogenanntes Impulszählsystem dar.

Der Sender von Fig. 8A hat denselben Aufbau wie der in Fig. 1A dargestellte Sender. Das erste Ausführungsbeispiel verwendet eine Impulsbreitendehnschaltung 34 im Empfänger, wie es in Fig. 1A dargestellt ist. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird jedoch ein Impulszähldemodulator 35 verwandt, so daß nach dem Erfassen eines Faltungsspitzensignals durch den Hüllkurvendetektor 16 und der Formung seiner Wellenform durch den Komparator 33 der Impulszähldemodulator 35 aufzählt und die Anzahl der Impulse g von Fig. 3 integriert, um die Basisbandinformation zu demodulieren. Obwohl das Impulszählsystem komplizierter als ein System mit Impulsbreitendehnschaltung ist, wie es bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1A und 1B der Fall ist, ist es wirkungsvoll, um eine noch zuverlässigere Nachrichtenverbindung zu erzielen.

Fig. 9A und 9B zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spread-Spektrum-Nachrichtenverbindungs vorrichtung. Dieses stellt ein sogenanntes System mit Impulsdehn- und -integrationsschaltung dar. Der Sender von Fig. 9A hat denselben Aufbau wie der des ersten Ausführungsbeispiels von Fig. 1A.

Das erste Ausführungsbeispiel verwendet das Ausgangssignal bei h in Fig. 1 als Basisbandinformation im Empfänger. Das dritte Ausführungsbeispiel führt jedoch das Ausgangssignal von h durch ein Tiefpaßfilter 36 und eine wellenformende Schaltung 37, um Demodulationsfehler weiter zu verringern.

Fig. 10 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spread-Spektrum-Nachrichtenverbindungsvorrichtung. Dieses stellt ein sogenanntes Doppelkonvolversystem dar. Der Sender von Fig. 10A hat den gleichen Aufbau wie der Sender bei dem ersten Ausführungsbeispiel, der in Fig. 1A dargestellt ist. Der Empfänger bei diesem Ausführungsbeispiel führt eine Frequenzumtastdemodulation durch, bei der die Mittenfrequenz des Trägersignals zwischen f′′ ₁ und f′′ ₂ durch die Basisbandinformation in Form digitaler Daten umgeschaltet wird. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet der Empfänger einen einfachen SAW-Konvolver, um eine Impulsreihe von Faltungsspitzensignalen nur in einer Periode von f ₁ oder f ₂ zu erzeugen.

Bei dem vierten Ausführungsbeispiel verwendet der Empfänger jedoch zwei Konvolver 13 und 40 und liegen Bezugssignal-PN-Codierungen mit Mittenfrequenzen f ₁ und f ₂ an diesen Konvolvern jeweils. Da somit eine Reihe von Faltungsspitzensignalen von dem SAW-Konvolver 13 in der f ₁-Periode oder vom SAW-Konvolver 40 in der f ₂-Periode erzeugt wird, kann die Basisbandinformation durch einen Vergleichsdemodulator 45 mit doppelter Zuverlässigkeit bezüglich des ersten Ausführungsbeispiels demoduliert werden.

Es sind weiterhin Oszillatoren 38 und 38′ mit Frequenzen f ₁ und f ₂, ein Mischer 39, der dem Mischer 12 ähnlich ist, und Schaltungen 41 bis 44 vorgesehen, die den jeweiligen Schaltungen 14 bis 33 ähnlich sind.

Fig. 11A und 11B zeigen ein fünftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spread-Spektrum-Nachrichtenverbindungsvorrichtung.

Dieses Ausführungsbeispiel bildet ein sogenanntes Doppelbezugssignalsystem. Der Sender von Fig. 11A hat denselben Aufbau wie der Sender des ersten Ausführungsbeispiels von Fig. 1A. Das vierte Ausführungsbeispiel verwendet zwei Konvolver, um sowohl f ₁- als auch f ₂-Perioden des Trägers des empfangenen Signals zu erfassen. Das fünfte Ausführungsbeispiel verwendet jedoch einen einzigen SAW-Konvolver 13 und ändert die Trägermittenfrequenz des Bezugssignals zwischen f ₁ und f ₂, um im Vergleichsdemodulator 46 zu beurteilen, in welchem Fall ein Faltungsausgangssignal erhalten wird, und die Basisbandinformation zu demodulieren.

Es sind ein Spannungssteueroszillator zum Umschalten der Trägermittenfrequenz zwischen f ₁ und f ₂ und eine Steuerschaltung 47 vorgesehen, die den Zeitpunkt der Ausgabe eines Schaltsignals St zum Oszillator 48 einstellt und eine Steuerung zur Stabilisierung und Maximierung des Ausgangssignals des Vergleichsdemodulators 46 durchführt. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann somit die Basisbandinformation mit doppelter Zuverlässigkeit bezüglich des ersten Ausführungsbeispiels demoduliert werden.

Da in der oben beschriebenen Weise gemäß der Erfindung die Spread-Spektrum-Nachrichtenverbindungsvorrichtung keine Synchronisierschaltung verwendet, ist eine weniger fehlerhafte hochzuverlässige Informationsübertragung sichergestellt, indem sehr einfache Sende- und Empfangsvorrichtungen verwandt werden. Das hat insbesondere einen großen Vorteil bei einer Nachrichtenverbindung unter Verwendung von schwachen elektrischen Wellen.

Claims

1. Spread-Spektrum-Nachrichtenverbindungsvorrichtung gekennzeichnet durch eine Sendervorrichtung mit einer primären Moduliereinrichtung (23-25) zum Modulieren einer Trägerfrequenz mit der Basisbandinformation der zu sendenden Daten, und mit einer sekundären Moduliereinrichtung (3-6, 26-28) zum Bewirken einer sekundären Modulation durch einen bestimmten PN-Code und zum Senden eines Spread-Spektrum-Sendesignals, und eine Empfängervorrichtung mit einem Konvolver 13, an dem das empfangene Spread-Spektrum-Signal und ein Bezugssignal-PN-Code liegen, der nicht synchron mit der Trägerfrequenz und dem PN-Code in der Sendervorrichtung und zeitlich bezüglich des PN-Codes in der Sendervorrichtung umgekehrt ist, um diese zu korrelieren, einer Einrichtung (16) zum Erfassen einer Reihe von Spitzenimpulsen, die vom Konvolver (13) ausgegeben werden, und einer Demoduliereinrichtung (33, 34) mit einer Impulsbreitendehnschaltung (34), die auf die jeweiligen Impulse der erfaßten Impulsreihe anspricht, um die Basisbandinformation zu erzeugen.

2. Spread-Spektrum-Nachrichtenverbindungsvorrichtung gekennzeichnet durch
eine Sendervorrichtung mit einer primären Moduliereinrichtung (23-25) zum Modulieren einer Trägerfrequenz durch die Basisbandinformation der zu sendenden Daten und einer sekundären Moduliereinrichtung (3-6, 26-28) zum Bewirken einer sekundären Modulation durch einen bestimmten PN-Code und zum Senden eines Spread-Spektrum-Sendesignals und
eine Empfängervorrichtung mit einem Konvolver (13), an dem das empfangene Spread-Spektrum-Signal und ein Bezugssignal-PN-Code liegen, der nicht synchron mit der Trägerfrequenz und dem PN-Code in der Sendervorrichtung und zeitlich bezüglich des PN-Codes in der Sendervorrichtung umgekehrt ist, um diese zu korrelieren, wellenformenden Einrichtungen (16, 23) zum Erfassen und Formen einer Reihe von Spitzenimpulsen, die vom Konvolver (13) ausgegeben werden, und einem Impulszähldemodulator (35) zum Zählen der Anzahl der Ausgangsimpulse der wellenformenden Einrichtungen (16, 33) und zum Demodulieren der Basisbandinformation.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Demoduliereinrichtung ein Tiefpaßfilter (36) und eine wellenformende Schaltung (37) aufweist, so daß das Ausgangssignal der Impulsbreitendehnschaltung (34) über das Tiefpaßfilter (36) und die wellenformende Schaltung (37) extrahiert wird.

4. Spread-Spektrum-Nachrichtenverbindungsvorrichtung gekennzeichnet durch eine Sendervorrichtung mit einer primären Moduliereinrichtung (23-25) zum Modulieren einer Trägerfrequenz durch die Basisbandinformation der zu sendenden Daten, und einer sekundären Moduliereinrichtung (3-6, 26-28) zum Bewirken einer sekundären Modulation durch einen bestimmten PN-Code und zum Senden eines Spread-Spektrum-Sendesignals und eine Empfängervorrichtung mit einem ersten und einem zweiten Konvolver (13, 40), an denen ein empfangenes Spread-Spektrum-Signal und zwei Bezugssignale liegen, die in ihrer Mittenfrequenz verschieden, nicht synchron mit der Trägerfrequenz und dem PN-Code in der Sendervorrichtung und zeitlich bezüglich des PN-Codes in der Sendervorrichtung umgekehrt sind, um diese zu korrelieren, einer ersten und einer zweiten Detektoreinrichtung (16, 43) zum Erfassen von Reihen von Spitzenimpulsen, die von den jeweiligen Konvolvern (13, 40) ausgegeben werden, und einem Vergleichsdemodulator (45) zum Vergleichen der Ausgangsimpulsreihen der ersten und der zweiten Detektoreinrichtung (16, 43) und zum Demodulieren der Basisbandinformation.

5. Spread-Spektrum-Nachrichtenverbindungsvorrichtung gekennzeichnet durch
eine Sendervorrichtung mit einer primären Moduliereinrichtung (23-25) zum Modulieren einer Trägerfrequenz durch die Basisbandinformation der zu sendenden Daten und einer sekundären Moduliereinrichtung (3-6, 26-28) zum Bewirken einer sekundären Modulation durch einen bestimmten PN-Code und zum Senden eines Spread-Spektrum-Sendesignals und
eine Empfängervorrichtung mit einem Konvolver (13), an dem ein empfangenes Spread-Spektrum-Signal und ein umschaltbar gewähltes Signal aus zwei Bezugssignalen liegt, die in ihrer Mittenfrequenz verschieden, nicht synchron mit der Trägerfrequenz und dem PN-Code in der Sendervorrichtung und zeitlich bezüglich des PN-Codes in der Sendervorrichtung umgekehrt sind, um diese zu korrelieren, einer wellenformenden Einrichtung (16, 23) zum Erfassen und Formen einer Reihe von Spitzenimpulsen, die vom Konvolver (13) ausgegeben werden, und einem Vergleichsdemodulator (46) zum Vergleichen der Ausgangsimpulsreihen entsprechend den jeweiligen Mittenfrequenzen, die von der wellenformenden Einrichtung (16, 33) ausgegeben werden, und zum Demodulieren der Basisbandinformation.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsbreitendehnschaltung (34) eine rücktriggerbare Univibratorschaltung (IC) enthält und die zeitliche Breite der Ausgangsimpulse dieser Schaltung (IC) größer als das Zeitintervall der Reihe der Spitzenimpulse ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Spannungssteueroszillator (48) und eine Steuerschaltung (47), wobei die Schwingungsfrequenz des Spannungssteueroszillators (48) durch die Steuerschaltung (47) so umgeschaltet wird, daß verschiedene Trägerfrequenzen für die beiden Bezugssignale erzeugt werden.