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INFORMATIONSTECHNIK UND ARMEE
Vorlesungen an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürichim Wintersemester 1995/1996
Leitung:Untergruppe Führungsunterstützung - Generalstab
Divisionär E. Ebert, Unterstabschef Führungsunterstützung
Moderne Technik macht die Kurzwellewieder attraktiv
Referent: W. Schellenberg
Diese Vorlesung wurde durch die Stiftung HAMFU digitalisiert und alsPDF Dokument für www.hamfu.ch aufbereitet.
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6.96 30 U34429/2
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Teil: Uebersicht über die heutige Technologieim Kurzwellenfunk
Anforderungen an den modernen Kurzwellenfunk
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Standardisierung
A L S - " ,PROTCCOL;
WORD SYNC(ALEWORD)
DECRYPTENCRYPT
PATTEKN SYNC(BIT PATTERN!
: DECODER;
' REDUNDANCY
ANTENNAANTENNA
MODULATOR DEMODULATOR
TRANSMITTER
SEVEN LAYEROSI MODEL
APPLICATIONLAYER
PRESENTATIONLAYER
SESSION' LAYER
TRANSPORTLAYER
NETWORKLAYER
DATAUNKLAYER
PHYSICALLAYER
RECEIVE
DATAUNKSUBLAYER
TRANSMIT
ALESUBLAYER
PROTECTION ISUBLAYER 1
MIL-STD-188-11 OA Interoperability and performance standards for data modems [9](technisch identisch mit pFED-STD-1052)(vergleichbarer, aber nicht ganz identischer Nato-Standards: STANAG 4285)- Modulation und Codierung für serielle Modems bis 2400 bps- Modulation und Codierung für Parallelton-Modems bis 2400 bps
MIL-STD-188-141A Interoperability and performance standards for medium and high frequencyradio equipment [10] (technisch identisch mit FED-STD-1045)- Grundanforderungen an die Funkstation- Protokoll für den automatischen Verbindungsaufbau ALE und
Kanalanalyse LQA(ALE = Automatic Link Establishment, LQA = Link Quality Analysis)
- Adressierung
pFED-STD-1052 Appendix B: Data link protocol [11]- Protokoll für die Datenübertragung
Weitere Standards sind in Arbeit, die sich mit den höheren Schichten des OSl-Mo-dells befassen, siehe Figur 2. Im Folgenden werden die Standards für den automati-schen Verbindungsaufbau, für die schnellen Datenmodems und das Protokoll zur Da-tenübertragung kurz erläutert.
,, î C
Figur 2: Weitere, z. T. erst geplante Standards, betreffend die höheren Schichten des OSl-Models
.1. Automat ischer Verb indungsaufbau und automat ische Kanalanalyse
Der MIL-STD-188-141 regelt die Abläufe für den automatischen Verbindungsaufbau ALE (Automatic Link Establishment) innerhalb eines Netzes. Grundsätzlich wird da-von ausgegangen, dass für eine Verbindung nicht nur eine einzige Frequenz zur Ver-fügung steht, sondern deren mehrere, die etwa den Bereich zwischen der LU F (Lo-west Usable Frequency) und der MUF (Maximum Usable Frequency) für die betref-fende Verbindung abdecken sollten. Um dieses Frequenzband zu bestimmen, genügt ein einfaches Prognoseprogramm, wie sie heute für wenig Geld erhältlich sind [12, 13], Ideal wäre ein Frequenzbündel für den Tag und eines für die Nacht, siehe Figur 3. Beide sollten zudem jeweils an das Winterhalbjahr bzw. an das Sommerhalbjahr angepasst werden.
Figur 3: Tages- und Nacht-Frequenzsatz
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Figurò
A ARRI VES ON C H AN NEL
INDIVIDUAL SCANNING CALL
T , « - 1 3 TÄW
- Uc • 10 T „ « Ï T , • •LC = 2T ,w*-| T»
Ï
_l I L.
i—i—i—i—rTO
B0 I I I L.
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0 © © ©C A L L I N G C Y C L E ( T e e) DURINO W H I CH B
SHOULD ARRIVE ON C H AN N EL . T AKE N O T I C E .AND ST A Y TO R E S P O N D . A L L OTH ER S T A K ENOTICE AND MA Y DEP ART .
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RESPONSE
3 T „ „
" I — I — I — rTO
A-J I I L .
( ? ) OR
© Y ©
Q F I V E - C H A N N E L EXAMPLE SHOWN. SCANNED IN I SECONDWITH O N E - W O R D AOORESSES.
( ? ) TUNING REQUIRED INIT IALL Y ( T , )
( T ) WAIT (LISTEN) TIME ( T W I > .
( * ) CALLING CYCLE ( T c e ) DEPENDS ON SCAN PERIOD ( T , ) .
• T s c - U SE ADORESS FIRST WORD(S) ONL Y .
• T i C -USE WHOLE ADORESS(ES) ONL Y .
( î ) V OPTIONAL INSERTION OF C O M M A N D AND INFORMA TION
( • LOA) . EACH WORD ADDS T«w.
© THIS WAS TERMINA TES PROTOCOL. SUPPRESSES ALERTS.
( 7 ) THIS IS NORMALLY COMPELLED BY CALL RECEIPT (A AND
1 PAUSE FOR APPROPRIA TE RESPONSE OR A C KN OW L ED G M EN T ) .
( T ) ALERT I O OPERA TOR IF TRAFFIC INTENOED.
( Î ) TIME APPROXIMA T ION. PROP AGA TION ANO TURNAROUND.
@ REDUNOAHT WORD PHASE DELA Y . 0 TO T . „ , FOR ALLST A l ION TRANSMISSIONS AFTER THE FIRST .
(TÌ) IF ACKNOWLEDGMENT NOT SENT . POLLED ST A TION OOESNOT ALEnT AND WILL RETURN TO NORMAL AFTER WAIT .
A PAUSES FOR RESPONSE
IF HO I N IT I AL RESPONSE,A DEP ART8 CHANNEL(OR MA Y TRY AGAIN) —
I ITHIS IS
BI I
© IF FULL RESPONSE RE-CEIVED. A ALERTS. SENDS ACK.
AND WAITS TO SEND TRAFFIC
ACKNOWLEDGMENT @
3 T .
©— I — I -
TO
© O R
© T ©
B P AUSES FOR ACK
I ITHIS IS
IF NO INITIAL ACK. g MAYDEPART CHANNEL (OR
MAY PAUSE FOR A RETRY)
© IF FULL ACK RECEIVED. BALERTS AND WAITS FOR TRAFFIC
TRAFFIC.WAIT . ORQUIT
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.2. Data Link Protokoll
a) A Control Data Data DropLink
b) A Control Data DropLink
B ControlAck
ARQ ARQ B ARQ
A Control Data Control Data DropControl DataLink
B
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A Control DataMSG 1
ControlAck
ARQControl
DataMSG 1
R Control ARQ De Control ARQAck Control MSG 2 Ack
ARQ
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Modems
Parallelton-Modem Einton-Modem
Modulation 39 Töne, DQPSK 1800 Hz Ton, 8-stufige PSK
Symbolrate 44.44 Baud 2400 Baud
Symboldauer 22.5 ms 0.416 ms
Brutto-Bitrate(im Kanal)
3466 bps 7200 bps
Netto-Bitrate 2 4 0 0 / 1 2 0 0 / 6 0 0 / 3 0 0 /1 5 0 / 7 5 bps
2 4 0 0 / 1 2 0 0 / 6 0 0 / 3 0 0 /1 5 0 / 7 5 bps
Codierung (2400 bps) Reed-Solomon (14,10) Faltungscode, Constraint-Länge 7,Rate 1/2
bei tieferen Bitraten RS-Code (7,3),Inband-Frequenzdiversity
Rate 1/2 bis 1/16
Interleaving 8 bzw 4 Stufen, 0... 9.6 s 1 . 2 / 9 .6 s
Tabelle 1: Modem-Parameter nach MIL-STD-188-11 OA
Parallelton-Modem
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Figur 7: 2400 bps Modems ineinem CCIR Poor Kanalohne Interleaving
1.OE+OO
1.0E-01
©öcc 1 .OE-02oai 1.0E-03m
1.0E-04
1.0E-05
I I I 1 I I I 1 I I 1 ! I ! I I I I I I ! ! j f > 's
-•-Sfanrlaro 16
\\ ! S S M ! SI M M ! H ~ H - h 4 H !j m
M H U M
! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! M ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! Il ! I M ! !
10 20 30
SNR in 3kHz Channel (dB)
40 50
©cc
Figur 8: 2400 bps Modems in |einem CCIP Poor Kanal ïmit Interleaving m
1 .OE+OO
1.0E-01
1.0E-02
1.0E-03
1.0E-O4
1.0E-050 10 20 30 40
SNR in 3kHz Channel (dB)
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Figur 9
Figur 9: 2400 bps Modems bei |Störung durch einen =unmodulierten Träger
1E+00
1E-01
1E-02
1E-03
1E-04
1 E-05
1E-06-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
Signal-to-Interference Ratio (dB)
Figur 10
Figur 10:2400 bps Modems beiImpulsstörungen
1E+00
1E-01
© 1E-02ace 1E-03oÙJ 1E-04m
1 E-05
1 E-06
1E-07
! 1 ! j i i j i ! j ì i j j ;: • S i n g l e - t o n e no interleavingI »S ing le - tone 1.2 s interleaving: * 39-tone no interleavingI » 3 9 - t on e 1.2 s interleaving.
! ! ì ; i j ! ! I I j i i i I I n I I i
; I ! I I M i ! ! l^VfT • ! ! ! ! ! !
Ì - K T M I W ! ! ! ! ! ! !
! ! ! I ! M ! M - Q - f - f T l I I i l > f 1 l ! ! IA ! i ! ! ! ! S M
M ! ! M ! M M L M - T T M ! ! ! ! M i - ̂ M ! ! ! ! ! ! M !
M ! M M ! 1 i ! ! i ! ! 1 ! ! ! 1 ! i M M ! ! ! ! | | | | |
M ! i M i ! ! I ! ; i ! of I ! ! I M I ! M î I S ! M !
0.1 1 10
Interference (Bursts/Second)
100
Frequenz-Hüpfen
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4. Digitale Sprachübertragung
5. Electronic Mail
6. Was bringt die Zukunft ?
Fast-ALE und Fast-LQA
Höhere Datenrate der Modems
Optimiertes Data Link Protokoll
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Link Protection
Verbesserte digitale Sprachübertragung
Teil: Anwendungen
Erneuerung des BotschaftsfunksZweck
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T e l e f o n - N e t z
Figur 11: Botschaftsfunk, Ausrüstung einer Aussenstation
P C U s e r
Systemrechner 1
Systemrechner 2
Sende-Empfanger
Figur 12: Botschaftsfunk, Zentrale in der Schweiz
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8. Taktischer HF Funk
8.1. Anforderungen
8.2. Sichere Uebermittlung über kurze bis mittlere Distanzen
Frequenzwahl
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Outer Ring = -3.07 dBi Eleuation PlotHax. Gain = -3.07 dBi Azimuth Angle = O.O Deg.
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average SNR Hombrechtikon--S-CFîanf (120km)
dB
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Referenzen:
[1] Riley, J. P.
[2] Pennington, J.
[3] Lindner, J.
[4] Baker, M.McPhee, G.Vogel, B.
[5] Sjoebergh, B.
[6] Schmidt, D. P.Willits, G. M.
[7] Perl, J. M.
[8] Harrison, G. L.
[9] MIL-STD-188-11 OA
[10] MIL-STD-188-141A
[11] pFED-STD-1052
[12] PropMan
[13] Miniprop Plus
[14] Furman, N
[15] Cook, S. C.
[16] Beamish, W L.
[17] Rothammel, K.
[18] EZNEC
[19] Antenna Optimizer
[20] Straw, D.
The man who started ripples in the ether,Electronics World + Wireless World, Sept 1994
Techniques for medium-speed data transmission over HF channels,IEE Proceedings, Vol. 136, Pt.1, No. 1, Feb 1989
An automated adaptive HF data communication systemand its performance on real radio channels,Proceedings of the Nordic Shortwave Conference 1989
Real time HF channel evaluation and 8-ary FSK signalingfor adaptive communications,IEE Proceedings of the 4th International Conference onHF Radio Systems & Techniques, 1988, IEE Publication No. 284
ARTRAC, an automatic adaptive HF radio system in field tests,IEE Proceedings of the 4th International Conference onHF Radio Systems & Techniques, 1988, IEE Publication No. 284
Hughes HF adaptive radio,MILCOM 1985, IEEE CH85CH2202-0/85/000-0140
A real time HF adaptive communications system,Signal, August 1987
HF radio automatic link establishment systems,MILCOM 1987, IEEE CH2493-5/87/0000-0043
Interoperability and performance standards for data modems, 30.9.1991,Standardization Document Order Desk, 700 Robbins Ave,Building 4, Section D, Philadelphia PA 19111, U.S.A.
Interoperability and performance standards for mediumand high frequency radio equipment, 15.9.1988,Standardization Document Order Desk, 700 Robbins Ave,Building 4, Section D, Philadelphia PA 19111, U.S.A.
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Rockwell HF propagation resource manager, V3.1,P. Langenegger, Auf der Buechlen, CH-8627 Grüningen, ca US$ 50
W6EL Software, 11'058 Queensland Street,Los Angeles, CA 90034-3029, U.S.A., ca US$ 60
Error free data delivery with HF systems utilizing theproposed U.S. Federal Standard 1052 data link protocol,Proceedings of the Nordic Shortwave Conference 1995
Advances in high-speed HF radio modem design,Proceedings of the Nordic Shortwave Conference 1995
Third generation HF link establishment and data transmission systems,Proceedings of the Nordic Shortwave Conference 1992
Antennenbuch, Franckh-Kosmos Verlag
Roy Lewallen, PO Box 6658, Beaverton, OR 97007, U.S.A.,ca US$ 89, kurze Beschreibung in [20]
AO 6.5, NEC/Wires 2.0, TA 1.0 (Terrain Analyzer),Brian Beezley, 3532 Linda Vista, San Marcos, CA 92069, U.S.A,ca US$ 120 für alle 3 Programme zusammen, kurze Beschreibung in [20]
QST compares antenna modeling software,QST Amateur Radio, Oct 1995
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