DE3803247C2 - Verfahren zur Übertragung von Funksignalen im Mikrowellenbereich, insbesondere Millimeterwellenbereich und Anordnung zum Ausführen des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Funksignalen im Mikrowellenbereich, insbesondere Milli­ meterwellenbereich zwischen mehreren, vorzugsweise über­ wiegend mobilen Funkteilnehmern gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Anordnung zum Ausführen des Verfahrens.

Funksysteme (d. h. Funkverfahren und/oder Anordnungen zum Ausführen dieser Funkverfahren) dieser Art werden ganz allgemein zur Übertragung von Funksignalen zwischen mehreren räumlich getrennten Funkteilnehmern verwendet, die jeweils über eine eigene Sende/Empfangsanlage ver­ fügen. Sie eignen sich besonders zur Übertragung von Funksignalen zwischen überwiegend mobilen und unabhängig voneinander operierenden Funkteilnehmern zu Wasser, Lande und/oder Luft. Dabei kann es sich um bemannte Fahrzeuge wie Schiffe, Unterseeboote, Flugzeuge, Hubschrauber, Kraftfahrzeuge, Panzer usw. oder um unbemannte Objekte wie Roboter, Raketen, Geschosse, Torpedos, Minen, Bojen usw. handeln, aber auch transportable Feststationen oder ent­ sprechend ausgerüstete Mitglieder von Rettungs-, Such- oder Kampfverbänden zu Fuß kommen als Funkteilnehmer in Betracht.

Es wurde bereits vorgeschlagen, die bekannten Funksysteme, die im KW- bzw. VHF-Bereich arbeiten, mit entsprechenden Anpassungen auch für den Mikrowellenbereich, insbesondere der Millimeterwellenbereich zu verwenden.

Ein solches Funksystem würde mit konventioneller Rund­ strahltechnik (Rundumdiagramm-Charakteristik) arbeiten, wie dies in Fig. 1 am Beispiel von vier in einem Verband operierenden Schiffen A-D mit jeweils eigener Sende/­ Empfangsanlage 1 in schematischer Form gezeigt ist.

Bei der Konzeption eines Funksystems für den Millimeter­ wellenbereich ist die Dämpfung von abgestrahlten elektro­ magnetischen Wellen im Frequenzbereich oberhalb 10 GHz insbesondere durch Regen, Schnee und durch Sauerstoff- und Wasserdampfgehalt zu berücksichtigen. Vom besonderem Interesse ist die Dämpfungskurve durch Nebel. Während im Infra­ rot- und sichtbaren Lichtbereich die Dämpfung durch Nebel ca. 100 dB pro km beträgt, und dadurch keine brauchbare Übertragungsentfernung bei Nebellagen erreichbar sind, beeinflußt der Nebel den mm-Wellenbereich nur unbedeutend (2 dB pro km).

Die Dämpfungen durch Regen sind für beide Frequenzbereiche in etwa gleich groß. Dies bedeutet, daß im mm-Wellenbe­ reich und hier insbesondere mit Frequenzen um 30-50 GHz bzw. um 90 GHz noch günstige Allwettereigenschaften der Atmosphäre für Funkübertragungen bestehen.

Im Bereich zwischen 50-70 GHz ist die Dämpfung durch die reine Atmosphäre stark abhängig von der Wahl der Frequenz. Sie kann zwischen 1 und 16 dB pro km gewählt werden. Bei der Wahl einer hohen Dämpfung kann die Aufklärbarkeit von Funkbetrieben stark eingeschränkt werden, wobei allerdings auch die Übertragungsreichweite auf 1-2 sm absinkt.

Die erzielbare Reichweite eines Millimeterwellen-Funk­ systems bei konventioneller Rundstrahltechnik (Rundumdia­ gramm-Charakteristik) ist aus Fig. 2 ersichtlich. Eine in vielen Anwendungen wie z. B. bei Marinefunksystemen er­ forderliche Reichweite von etwa 10 Seemeilen ist nur bei klarem Wetter und mit mittleren Sendeleistungen von etwa 50 W (47 dbm) bei 40 GHz erreichbar. Um diese Leistung zu erzeugen, sind im Millimeterwellenbereich bis auf abseh­ bare Zeit Röhrensender erforderlich. Schon allein aus logistischen Gründen und aus Kostengründen (Röhrenwechsel in bestimmten Zeitabständen erforderlich) möchte man jedoch diese Lösung vermeiden. Darüber hinaus läßt sich mit dieser Lösung die in vielen Anwendungen, insbeson­ dere im militärischen Bereich erhobene Forderung, die Entdeckungs­ wahrscheinlichkeit der Funkteilnehmer während bzw. durch den Funkbetrieb möglichst gering zu halten, oft nicht einhalten.

Es sind ferner eine Reihe von derartigen Verfahren zur Übertragung von Funksignalen bekannt, bei denen eine Verbindung der rufenden Station mit der angerufenen Station über Antennensysteme erfolgt, die in ihrer Richtwirkung steuerbar sind.

So ist z. B. aus der US 43 17 229 ein derartiges Funksystem bekannt, bei dem die Antennenanordnung mehrere in Sektoren aufgeteilte Emp­ fangsbereiche aufweist. Mit einem Antennenumschalter werden dann die einzelnen Sektoren mit der Empfangseinrichtung verbunden. Die­ se Empfangseinrichtung weist auch eine Signalstärke-Detektionsein­ richtung auf.

Zum Aufbau einer Funkeinrichtung mit einer Gegenstation werden dann in einem Abtastmodus alle Sektoren nacheinander abgetastet und die ermittelte Signalstärke mit einem Bezugspegel verglichen. In einem Auswahlmodus wird jeder Sektor für ein vorgegebenes Zeit­ intervall abgetastet und die in diesem Zeitintervall aufgetretene maximale Signalstärke ermittelt. In einem anschließenden Nachrich­ tenübertragungsmodus ist der Empfänger ausschließlich mit demjeni­ gen Sektor verbunden, der den zuvor ermittelten Signalpegel auf­ weist. Wenn während des Nachrichtenübertragungsmodus die Signal­ stärke unter einen vorgegebenen Pegel absinkt, wird in den Abtast­ modus zurückgeschaltet.

Ein ähnliches Funksystem ist aus der US 41 28 740 bekannt. Das dort beschriebene System weist zusätzlich zu den Sende-/Empfangsanten­ nen für die einzelnen Sektoren eine Rundstrahlantenne auf, mit der ein Zusatzsignal für den Verbindungsaufbau ("Signalisierung") über­ tragen wird.

Aus dem Artikel von S. M. Sussmann "A Survivable Network of Ground Relays for Tactical Communications"; in: IEEE Transactions on Communications, Vol. COM-28, No. 9, Sept. 1980, Seiten 1616 bis 1624, ist ein taktisches Nachrichtensystem bekannt, das zur Verringerung der Entdeckungswahrscheinlichkeit bei gleichzeitiger Vergrößerung der Übertragungsreichweite vorsieht, daß nach einer Initialisierungsphase, die dazu dient, die Position der einzelnen Funkstationen bzw. Teilnehmer zu erkennen, die ringförmig ausge­ bildete Antennenanordnung so angesteuert wird, daß eine Verbin­ dung über den entsprechenden Sektor der Antennenanordnung erfolgt.

Aus dem Artikel von E. L. Gruenberg et al. "Self-directional Micro­ wave Communication System"; in: IBM Journal of Research and Develop­ ment, Vol. 18, No. 2, 1974, Seiten 149 bis 163, ist ein Funksystem beschrieben, bei dem die sendenden und empfangenden Stationen beim Verbindungsaufbau die Richtstrahlcharakteristiken ihrer Antennen­ anordnungen automatisch auf die jeweilige Gegenstation der Funk­ verbindung ausrichten. Die Antennenanordnungen sind als Antennen­ arrays ausgebildet, deren Richtstrahlcharakteristik durch Phasen­ schwenkung erreicht wird.

Aus der US 33 68 151 ist ein Funksystem bekannt, bei dem eine An­ tennenanordnung mit mehreren Antennen eingesetzt wird und durch Vergleich der Empfangsfeldstärken die Antennen ausgewählt werden, mit denen eine optimale Funkverbindung realisierbar ist. Bei dem System werden in einer ersten Phase die einzelnen Antennen sequen­ tiell in vorgegebenen Zeitintervallen daraufhin überprüft, ob ein Empfangssignal vorliegt. In einer zweiten Phase wird diejenige An­ tenne für ein vorgegebenes Zeitintervall für die Funkverbindung aus­ gewählt, die zuerst das Empfangssignal empfangen hat. Danach wird eine der übrigen Antennen für die Funkverbindung ausgewählt, und die Empfangsfeldstärken dieser beiden Antennen miteinander vergli­ chen. Anschließend wird diejenige Antenne für die Funkverbindung ausgewählt, bei der die größere Empfangsfeldstärke gemessen wurde.

In einer dritten Phase wird in kurzen vorgegebenen Zeitinter­ vallen wieder auf andere Antennen umgeschaltet und die dorti­ ge Empfangsfeldstärke gemessen. Anschließend werden auch in dieser Phase die Feldstärken jeweils miteinander verglichen und diejeni­ ge Antenne für die Funkverbindung ausgewählt, bei der die jeweils größere Feldstärke gemessen wurde.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein weiteres Funksystem der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem ebenfalls eine Ver­ bindung mit der Gegenstation über Antennensysteme erfolgt, die in ihrer Richtwirkung steuerbar sind und das mit einer möglichst ge­ ringen Sendeleistung dennoch selbst bei Regen mit einer Nieder­ schlagsmenge von etwa 4 mm/h eine Reichweite von etwa 10 Seemeilen besitzen sollte, wobei die erforderliche Sendeleistung so bemes­ sen sein sollte, daß der Sender mit Halbleitern aufgebaut werden kann. Geschaffen werden soll sowohl der verfahrensspezifische Teil eines solchen Funksystems wie auch der anordnungsspezifische Teil eines solchen Funksystems, mit dem das zu schaffende Verfahren dann ausgeführt werden kann.

Die Lösung der Aufgabe ist in bezug auf das zu schaffende Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und in bezug auf die zu schaffende Anordnung durch die Merkmale des Patentanspruchs 13 ange­ geben. Die übrigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Aus- und Wei­ terbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens (Ansprüche 2 bis 12) bzw. der erfindungsgemäßen Anordnung zum Ausführen des Verfahrens (Ansprüche 14 bis 23) sowie bevorzugte Anwendungsgebiete der Er­ findung (Anspruch 24).

Die erfindungsgemäße Lösung sieht ein Funksystem vor, bei dem die Sende-/Empfangsanlagen der einzelnen Funkteilnehmer einen höheren Antennengewinn aufweisen und in sequentieller Rundstrahltechnik arbeiten, bei der vom sendenden Funkteil­ nehmer aus immer nur bestimmte Raumsektoren mit elektro­ magnetischen Wellen belegt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Funksystem werden dabei vor­ teilhaft Sende/Empfangsanlagen eingesetzt, welche jeweils einen Sender sowie eine Anzahl von Empfängern und eine gleiche Anzahl von Sende/Empfangsantennen enthalten. Jede der Sende/Empfangsantennen einer solchen Sende/Empfangsan­ lage ist dabei für den Empfangsbetrieb mit dem ihr zuge­ ordneten Empfänger und für den Sendebetrieb als jeweils einzige Antenne mit dem Sender der Anlage verbunden. Die Sende/Empfangsantennen sind dabei in ihrer räumlichen Lagen so angeordnet, daß eine Funkverbindung zwischen den Funk­ teilnehmern jederzeit möglich ist.

Beim erfindungsgemäßen Funkverfahren senden die Sende/­ Empfangsanlagen der am Funkbetrieb beteiligten Funkteil­ nehmer (also anrufende und angerufene Funkteilnehmer, gegebenenfalls auch Funkteilnehmer, die andere Funkteil­ nehmer miteinander verbinden) zum Aufbau, gegebenenfalls auch zur Aufrechterhaltung und/oder Abbruch der gewünschten Funkverbindung Zusatzsignale aus, wobei die Übertragung der Funksignale dann über diejenigen Sende/Empfangsantenne(n) des jeweils anrufenden Funkteilnehmers erfolgt, die zuvor ein Zusatzsignal des jeweils angerufenen oder vermittelnden Funkteilnehmers mit maximaler Leistung empfangen hat.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Funksystems besteht vor allem darin, daß bei der Übertragung der Funksignale immer nur bestimmte, nämlich nur die zur gewünschten Funkver­ bindung erforderlichen Raumsektoren mit elektromagne­ tischen Wellen belegt werden und daß damit die Aufklärung bzw. Entdeckung von Funkteilnehmer (z. B. eines Schiffsver­ bandes), die untereinander kommunizieren, erheblich er­ schwert ist.

Darüber hinaus kann in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Funksystems die Entdeckungswahr­ scheinlichkeit entscheidend dadurch verringert werden, indem die Sendeleistung der einzelnen Sende/Empfangsanlage und damit die Entdeckungsreichweite des Funksystems an die tatsächliche Übertragungsentfernung angepaßt wird (z. B. durch Laufzeitmessung der Zusatzsignale), und zwar so, daß die vom jeweils angerufenen Teilnehmer empfangene Sende­ leistung des anrufenden Teilnehmers gerade ausreichend ist für einen sicheren Empfang der ausgesendeten Signale des anrufenden Teilnehmers oder umgekehrt.

Damit ist mit dem erfindungsgemäßen Funksystem i. a. selbst dann noch Funkbetrieb möglich, wenn er mit herkömmlichen Funksystemen aus Sicherheitsgründen eingestellt werden müßte.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Funksystems besteht darin, daß wegen der insgesamt geringeren Sende­ leistung unter den in der Aufgabenstellung angegebenen Randbedingungen der Sender vollständig mit Halbleiter aufgebaut werden kann, wodurch die Zuverlässigkeit des Senders erheblich erhöht und die Kosten erheblich gesenkt werden können.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungs­ gemäßen Sende/Empfangsanlage mit einem Antennengewinn von etwa 18 dB reduziert sich die erforderliche Sendeleistung auf etwa 5 W, so daß selbst bei Regen mit einer Nieder­ schlagsmenge von 4 mm/h bei 40 GHz eine Reichweite von etwa 10 Seemeilen zu erreichen ist. Ein solcher Sender kann heute ohne weiteres mit Halbleitern aufgebaut werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Fig. 3 bis 7 näher erläutert. Es zeigen unter Einschluß der bereits diskutierten Fig. 1 und 2:

Fig. 1 eine schematische Darstellung von im Verband fahrenden Schiffen, die mit einem Millimeter­ wellen-Funksystem mit konventioneller Rund­ strahltechnik untereinander kommunizieren,

Fig. 2 die erzielbare Reichweite des Funksystems gemäß Fig. 1 in Abhängigkeit von der Sendeleistung bei 40 GHz,

Fig. 3 eine schematische Darstellung von im Verband fahrenden Schiffen, die mit einem erfindungs­ gemäßen Millimeterwellen-Funksystem mit sequen­ tieller Rundstrahltechnik arbeiten,

Fig. 4 die erzielbare Reichweite des erfindungsgemäßen Funksystems nach Fig. 3 in Abhängigkeit von der Sendeleistung bei 40 GHz,

Fig. 5 in perspektivischer Darstellung ein Artist­ konzept einer vorteilhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sende/Empfangsanlage zum Ausführen des Verfahrens,

Fig. 6 in der Draufsicht in schematischer Form die Ausrichtung der einzelnen Sende/Empfangsantennen der vorteilhaften Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Sende/Empfangsanlage gemäß Fig. 5,

Fig. 7 den erfindungsgemäßen Funkbetrieb anhand von Beispielen zeitlicher Signalfolgen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Wie ein Vergleich der beiden Fig. 1 und 3 zeigt, werden bei dem Schiffsverband A-D mit einem herkömmlichen Milli­ meterwellen-Funksystem auf der Basis eines konventionellen VHF-Funksystems (Fig. 1) der Raum isotrop mit elektromag­ netischen Wellen 2a-2d belegt, während bei den Schiffsver­ band A-D mit dem erfindungsgemäßen Funksystem mit sequen­ tieller Rundstrahltechnik (Fig. 3) immer nur bestimmte (nämlich die für die gewünschten Funkverbindungen unbe­ dingt erforderlichen Raumsektoren 2b-2d mit elektromagne­ tischen Wellen belegt werden. Damit wird die Aufklärung bzw. Entdeckung dieser jeweils mit einer Sende/Empfangsan­ lage 1 ausgerüsteten Schiffe selbst während des Funkbe­ triebs erheblich erschwert. Darüber hinaus kann die Ent­ deckungsreichweite dieses Funksystems durch Anpassung der Sendeleistung an die tatsächliche Übertragungsentfernung (z. B. durch Laufzeitmessung der Signale noch weiter verringert werden, so daß i. a. selbst dann ein Funkbetrieb noch möglich ist, wenn mit dem Funksystem nach Fig. 1 aus Sicherheitsgründen eingestellt werden müßte.

Ein Vergleich der beiden Fig. 2 und 4 zeigt beispiel­ haft für den Fall, daß die Übertragung der Signale bei 40 GHz erfolgt, daß das erfindungsgemäße Funksystem mit sequentieller Rundstrahltechnik nach Fig. 3 nur etwa ein Zehntel (ca. 5 W) der Sendeleistung des herkömmlichen Funksystem mit konventioneller Rundstrahltechnik nach Fig. 1 (ca. 50 W) benötigt, um in etwa die gleiche Übertragungs­ reichweite (ca. 10 Seemeilen) selbst bei Regen mit einer Niederschlagsmenge von etwa 4 mm/h zu erzielen.

In Fig. 5 ist ein Artist-Konzept einer vorteilhaften Aus­ führungsform eines erfindungsgemäßen Millimeterwellen- Marinefunkgerätes 1 dargestellt. Unter einem Radom 10 mit einem Durchmesser von ca. 40 cm und einer Gesamthöhe von ca. 50-60 cm befindet sich eine im Schwerpunkt gedämpft kardanisch (12) aufgehängte Kugel 11, auf deren Äquator ein ringförmiges Millimeterwellen-Antennen-Array ANT1-ANT16 angeordnet ist. Der Kugelinnenraum ist für die Elektronik der Millimeterwellen-Empfangs/Sende- und Steuer-Geräte vorgesehen. Der Raum unter Kugel 11 kann, falls erforderlich, eine Heizung 14 und die Stromver­ sorgungen 15 einschließlich der Zuleitungen 16 aufnehmen.

In Fig. 6 ist eine Ansicht der Antennensektoren ANT1-ANT16 von oben in schematisierter Form dargestellt. Im beispiel­ haften Fall sind auf dem Äquator der Kugel 11 sechzehn Antennen ANT1-ANT16 mit einem Antennengewinn von ca. 20 db gleichmäßig verteilt. Jede Antenne führt zu einem eigenen Empfänger, so daß insgesamt 16 Empfänger benötigt werden. Mit ihnen erhält man einen steten azimutalen Rundempfang. Er kann zu beliebigen Elevationswinkeln erweitert werden, um auch mit Flugzeugen und Hubschraubern Verbindung auf­ nehmen zu können, indem beispielsweise weitere Antennen auf der Kugeloberfläche angebracht werden (z. B. auf dem Mantel eines Kugelabschnitts (Kappe bzw. Segment) oder eines Kugelausschnitts (Sektor) oder einer Kugelschicht (Zone) oder auf der gesamten oberen Halbkugel).

In Fig. 6 sind ausgesendete Signale mit 2 und empfangene Signale mit 3 bezeichnet.

In Fig. 7 schließlich ist beispielhaft anhand von zeit­ lichen Signalfolgen der erfindungsgemäßen Funkbetrieb für zwei bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt.

Zunächst sind alle Empfänger in Empfangsbereitschaft auf eine vorgegebene Frequenz des Frequenzoberbandes fo einge­ stellt.

Im Funkgerät des Funkteilnehmers A, das eine Funkver­ bindung aufbaut, werden die Empfänger auf eine vorgegebene Frequenz des Frequenzunterbandes fu umgestellt. Danach wird eine Antenne nach der anderen vom Empfänger getrennt und über eine Diodenmatrix mit dem Sender verbunden. Dies kann entweder kontinuierlich umlaufend oder in beliebiger Reihenfolge erfolgen. Der Sender strahlt dabei jeweils ein Ruf signal R_A mit der Frequenz fo und der Länge Tx ab (Fig. 7a). Das Rufsignal R_A enthält die Kennung und die Adresse(n) des oder der gewünschten Gesprächspartner(s). Auch Rundruf oder Gesprächsvermittlungswunsch ist möglich.

Der jeweilige Adressat B bzw. C, dessen Empfänger auf fo eingestellt sind, antwortet unmittelbar über diejenige Antenne, die das Rufsignal beispielsweise mit maximaler Leistung empfangen hat mit dem Antwortsignal A_B bzw. A_C auf fu. Er hat hierzu die Zeit Ty zur Verfügung. Im Bei­ spiel (Fig. 7a) wird über die Antennen 2 und 16 der Sende/­ Empfangsanlage des Funkteilnehmers A eine Antwort A_B bzw. A_C beispielsweise mit maximaler Leistung erhalten. Diese wird gespeichert und damit die Kommunikationsrichtungen festgelegt. Das gleiche geschieht im Antwortgerät.

Beim nächsten Antennendurchgang (Fig. 7b) wird nur noch über diejenigen Antennen ein Signal abgestrahlt, in denen im vorherigen Durchlauf ein Ruf R_A oder eine Antwort A_B bzw. A_C registriert wurde. Damit ist sichergestellt, daß nach Aufnahme der Funkverbindung nur noch in der Richtung des (oder der) Funkpartner(s) Energie abgestrahlt wird.

Fig. 7b zeigt, daß nun in Antenne ANT2 zunächst wieder das Rufsignal R_A mit fo und anschließend die digitalisierte Information I_A auf der Frequenz fo übertragen wird. Die Blocklänge Tx'-Tx der Informationsübertragung I_A ist flexibel. Die Summe aller Informationsübertragungen Tx' aller Kanäle wird jedoch die festgelegte Mindestrotations­ zeit t_Rot (in Fig. 6 beispielhaft mit t_Rot < 300 ms ange­ geben) des Antennenumlaufes nicht überschreiten.

Das Informationssignal I_A endet mit einem Schlußzeichen. Der Adressat B bzw. C hat nun wieder T_y Zeit, das nor­ mierte Antwortsignal A_B bzw. A_C auf der Frequenz fu auf den eingangs empfangenen Ruf R_A über die Empfangsantenne abzusetzen.

Beim Empfang des Antwortsignals A_B bzw. A_C auf der Fre­ quenz fu wird geprüft, ob dies auf Grund der gegenseitigen Schiffsbewegungen noch über die Antenne ANT2 oder auch schon über eine benachbarte Antenne erfolgt. Ist dies der Fall, so wird beim nächsten Antennendurchlauf der Ruf R_A und der anschließende Informationsblock I_A über diese Antenne übertragen. Damit ist der unterbrechungsfreie Übergang von der einen zur anderen Antenne gewährleistet.

In Fig. 7c, ist schließlich auch die Möglichkeit eines wahlweisen Duplex-Betriebes dargestellt. Der Kommuni­ kationspartner B hängt dann an das Antwortsignal A_B auf der Frequenz fu einen Informationsteil I_B auf der Frequenz fu_I an. Die Maximalblocklänge Ty'-Ty ist so vorgegeben, daß eine kontinuierliche Sprachübertragung stattfinden kann.

Dieses Verfahren gestattet demnach, die Betriebsmodi Simplex oder Duplex zu wählen, wie auch ein gezieltes Kommunizieren zwischen zwei Schiffen oder ein Rundum­ sprechen. Des weiteren können Funkgeräte auch als Relais­ stationen verwendet werden, so daß Überhorizont-Über­ tragungswege möglich sind.

Da die Informationsübertragung digital erfolgt, können sowohl Daten als auch offene oder verschlüsselte Sprachen übertragen werden.

Um das erfindungsgemäße Funksystem (beispielsweise als ein Marinefunksystem)technisch und wirtschaftlich verifizieren zu können, sind verschiedene Voraussetzungen erforderlich.

Da eine größere Anzahl von Empfängern benötigt wird, muß deren Herstellung billig sein, so daß es sich empfiehlt monolithisch integrierte Empfänger einzusetzen.

Zur Erzeugung der erforderlichen Sendeleistung von etwa 5 W mit derzeit erhältlichen Millimeterwellenoszillatoren, deren Ausgangsleistung bei etwa 1 W liegt, müssen mehrere dieser Oszillatoren in ihrer Ausgangsleistung addiert werden.

Zur Gewährleistung eines sicheren Funkbetriebs sollte das erfindungsgemäße Funksystem prozessorgesteuert sein, wobei ein an sich bekannter schneller Signal-Prozessor mit einer 10 MHz Taktrate und 10 MOPS vorteilhaft sowohl die In­ formations - als auch die Antennensteuerung übernehmen könnte.

Es versteht sich, daß die Erfindung auf vielfältige Weise mit fachmännischem Wissen aus- und weitergebildet werden kann bzw. an die Erfordernisse der verschiedenen An­ wendungen angepaßt werden kann, ohne daß dies hier näher erläutert werden müßte.

So ist es z. B. empfehlenswert, die einzelnen Bits der digitalisierten Funksignale mehrfach auszusenden auf mindestens zwei unterschiedlichen Frequenzen (Frequenz- Diversity), die vorteilhaft einen Abstand von ca. 170 MHz haben, wobei die Aussendung vorzugsweise mit FSK erfolgen sollte (Hub vorzugsweise ca. 250 KHz).

Weiterhin ist es möglich, kurze Funkfeldeinbrüche auf der Übertragungsstrecke infolge von Interfrequenzerscheinungen dadurch zu kompensieren bzw. reduzieren, daß ein zweites Empfangssystem über dem ersten Empfangssystem angeordnet wird, vorzugsweise in einem Abstand von 50 bis 100 cm (Antennen-Diversity).

Schließlich ist es denkbar, die Übertragungsfrequenzen fo, fu, nach einem vorher festgelegten zeitlichen Schema fortlaufend zu ändern, um so die Entdeckungswahrschein­ lichkeit noch weiter zu verringern.

Claims (24)

1. Verfahren zur Übertragung von Funksignalen im Mikrowellenbe­ reich, insbesondere Millimeterwellenbereich, zwischen mehreren, überwiegend mobilen Funkteilnehmern, welche jeweils mit einer Sende-/Empfangsanlage ausgerüstet sind, welche einen Sender sowie eine Anzahl von Empfängern und eine gleiche Anzahl von Sende-/Emp­ fangsantennen enthält, wobei jede der Sende-/Empfangsantennen für den Empfangsbetrieb mit dem ihr zugeordneten Empfänger oder für den Sendebetrieb als jeweils einzige Antenne mit dem Sender ver­ bindbar ist und wobei die Sende-/Empfangsantennen in ihrer räumli­ chen Lage so angeordnet sind, daß eine Funkverbindung zwischen den Funkteilnehmern jederzeit möglich ist, wobei die Übertragung der Funksignale über diejenige(n) Sende-/Empfangsantenne(n) des jeweils anrufenden Funkteilnehmerns erfolgt, die zuvor ein Signal des (der) jeweils angerufenen oder vermittelnden Funkteilnehmers (Funkteilnehmer) mit maximaler Leistung empfangen haben, dadurch gekennzeichnet,

• 1. daß vor Beginn der Funksignalübertragung die Sende-/Empfangsan­ lagen (1) aller Funkteilnehmer (A-D) auf Empfangsbetrieb ge­ schaltet werden;
• 2. daß zu Beginn der Funksignalübertragung in einem ersten Durch­ gang die einzelnen Sende-/Empfangsantennen (ANT1-ANT16) des jeweils die Funkverbindung aufbauenden (anrufenden) Funkteil­ nehmerns (A) nacheinander in einem bestimmten Pausenabstand (Ty) für eine erste Zeitdauer (Tx) auf Sendebetrieb umgeschal­ tet werden und als Zusatzsignal ein Rufsignal (R_A) aussenden und daß die das Rufsignal (R_A) mit maximaler Leistung empfangende Sende-/Empfangsantenne des jeweils angerüfenen Funkteilnehmers (B; C) innerhalb der sich daran anschließenden Pause (Ty) auf Sendebetrieb umgeschaltet wird und als Zusatzsignal ein Antwort­ signal (A_B; A_C) aussendet;
• 3. daß während der Funkübertragung in einem zweiten Durchgang oder in einem zweiten Durchgang und auch in weiteren Durch­ gängen nur noch diejenigen Sende-/Empfangsantennen (ANT2, ANT16) des jeweils anrufenden Funkteilnehmers (A), die in dem jeweils vorhergehenden Durchgang ein Antwortsignal (A_B; A_C) des jeweils angerufenen Funkteilnehmers (B; C) mit maximaler Leistung empfangen haben, für eine zweite Zeitdauer (Tx') auf Sendebetrieb umgeschaltet werden und in dieser Zeit (Tx') zu­ nächst als Zusatzsignal das Rufsignal (R_A) und anschließend das Funksignal (I_A) aussenden und daß die diese beiden Signale (R_A; I_A) mit maximaler Leistung empfangende Sende-/Empfangsantenne des jeweils angerufenen Funkteilnehmers (B; C) innerhalb der sich an die Signalübertra­ gung anschließenden Pause (Ty) auf Sendebetrieb umgeschaltet wird und als Zusatzsignal ein Antwortsignal (A_B; A_C) aussen­ det (Fig. 7a-b).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Sende/Empfangsanlagen (1) der beteiligten Funkteilnehmer (A-D) ausgesendeten Zusatzsignale (R_A, A_B, A_C) auch zum Abbruch der Funkverbindung verwendet werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß während der Funkübertragung in dem zweiten Durchgang oder in einem zweiten Durchgang und auch in weiteren Durchgängen die das Rufsignal (R_A) und das Funksignal (I_A) des anrufenden Funkteilnehmers (A) mit maximaler Leistung empfangende Sende-/ Empfangsantenne des jeweils angerufenen Funkteilnehmers (B) in­ nerhalb der sich an die Signalübertragung anschließenden längeren Pause (Ty') auf Sendebetrieb umgeschaltet wird und zunächst als Zusatzsignal ein Antwortsignal (A_B) und daran anschließend ein Funksignal (I_B) aussendet (Fig. 7c).

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle Zusatzsignale (R_A, A_B, A_C) und alle Funksignale (I_A, I_B) auf Frequenzen eines ersten Frequenzbandes (fo) übertragen werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzsignale (R_A) und die Funk­ signale (I_A) des anrufenden Funkteilnehmers (A) auf den Frequenzen des ersten Frequenzbandes (fo) übertragen werden und die Zusatzsignale (A_B; A_C) und gegebenenfalls die Funksignale (I_B) des jeweils angerufenen Funkteil­ nehmers (B; C) auf Frequenzen eines zweiten Frequenzbands (fu) übertragen werden und daß die Empfänger des anruf­ enden Funkteilnehmers (A) auf Empfang von Frequenzen des zweiten Frequenzbandes (fu) geschaltet werden und die Empfänger der angerufenen Teilnehmer (B; C) jeweils auf Empfang von Frequenzen des ersten Frequenzbandes (fo) geschaltet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Zusatzsignal (R_A, A_B, A_C) und jedes Funksignal (I_A, I_B) zusätzlich auf Frequenzen min­ destens eines weiteren Frequenzbandes übertragen werden (Frequenz-Diversity).

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzabstand zwischen den einzelnen Übertragungs­ frequenzbändern für die Signale (R_A, I_A) des anrufenden Funkteilnehmers (A) gleich ist dem Frequenzabstand zwischen den einzelnen Übertragungsfrequenzbändern für die Signale (A_B, A_C; I_B) des jeweils angerufenen Funkteilnehmers (B, C) und daß dieser Frequenzabstand im Bereich 1-1000 MHz liegt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussendung der Zusatzsignale (R_A, A_B, A_C) und der Funksignale (I_A, I_B) digital mit FSK (Frequency-Shift-Keying) erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der FSK-Hub im Bereich 100-1000 KHz, vorzugsweise bei etwa 250 KHz fest vorgegeben ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeleistung der Sende/Empfangs­ anlage (1) des anrufenden Funkteilnehmers (A) bzw. des jeweils angerufenen Funkteilnehmers (B, C) durch Lauf­ zeitmessungen der Zusatzsignale an die tatsächliche Ent­ fernung zwischen anrufenden Funkteilnehmer (A) und jeweils gerufenen Funkteilnehmer (B; C) so angepaßt wird, daß die beim jeweils angerufenen Funkteilnehmer (B, C) bzw. beim anrufenden Funkteilnehmer (A) empfangene Sendeleistung gerade ausreichend ist für einen sicheren Empfang der vom anrufenden Funkteilnehmer (A) bzw. vom jeweils angerufenen Funkteilnehmer (B, C) ausgesendeten Zusatzsignale (R_A; A_B, A_C) und Funksignale (I_A; I_B).

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsfrequenz(en), der Antennengewinn und die Sendeleistung so gewählt sind, daß die Übertragungs­ reichweite, bei der die ausgesandte Signalleistung etwa auf die Hälfte ihres ursprünglichen Wertes abgesunken ist, bei etwa 10 Seemeilen liegt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsfrequenzen etwa im Bereich 30-60 GHz und vorzugsweise bei 40 GHz liegen, der Antennengewinn bei etwa 20 dB liegt, und die Sendeleistung im Bereich 1-10 W und vorzugsweise bei 5 W liegt.

13. Anordnung zum Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende/Empfangsantennen (ANT1-ANT16) der einzelnen Sende/­ Empfangsanlagen (1) auf der Oberfläche einer Kugel (11) mit radial nach außen gerichteter Strahlungscharakteristik angeordnet sind.

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende/Empfangsantennen (ANT1-ANT16) der einzelnen Sende/Empfangsanlagen (1) einen Ring am Äquator der Kugel (11) bilden (Fig. 5).

15. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende/Empfangsanlagen (1) auf dem Mantel eines Abschnitts (Kappe bzw. Segment) der Kugel (11) oder Aus­ schnitts (Sektor) der Kugel (11) angeordnet sind.

16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende/Empfangsanlage (1) auf dem Mantel einer Halbkugel angeordnet sind.

17. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende/Empfangsanlage (1) auf dem Mantel einer Schicht (Zone) der Kugel (11) angeordnet sind.

18. Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Symmetrieachse des Kugelteils, auf dem die Sende/Empfangsantennen der einzelnen Sende/­ Empfangsanlagen angeordnet sind, vertikal verläuft.

19. Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (11) unter einem Radom (16) im Schwerpunkt gedämpft kardanisch (12) aufgehängt ist.

20. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Sender, die Empfänger und die Steuerelek­ tronik der Sende/Empfangsanlage (1) im Inneren der Kugel (11) befinden.

21. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsgeräte wie Heizung (14) und Stromversorgungen (15) unter dem Radom (16) unterhalb der Kugel (11) an­ geordnet sind.

22. Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Empfänger einer solchen Sende/Empfangsanlage (1) über eine Diodenmatrix mit dem zugehörigen Sende/Empfangsantennen (ANT1-ANT16) verbindbar sind.

23. Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Sende/Empfangsanlagen (1) aus zwei vorzugsweise in einem Abstand von 50 bis 100 cm übereinander angeordneten, getrennten Sende/Empfangs­ systeme besteht (Antennen-Diversity).

24. Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 23, ge­ kennzeichnet durch die Anwendung in einem Funksystem für Fahrzeuge und/oder feststehende Objekte zu Wasser, Land und/oder Luft.