Moderne Technik macht die Kurzwelle wieder attraktiv · Figur 11: Botschaftsfunk, Ausrüstung einer...

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.

Moderne Technik macht die Kurzwelle wieder attraktiv - Vorlesung Informationstechnik und Armee 1995/1996 (ETH Zürich) HAMFU History

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1 - 1

6.96 30 U34429/2



1 - 2



1 - 3

Teil: Uebersicht über die heutige Technologieim Kurzwellenfunk

Anforderungen an den modernen Kurzwellenfunk



1 - 4

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



2-6



1 - 7

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.

© °© y ©

T iTHIS IS

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 .

© 2

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



1 - 8

.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



1 - 9

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



1 - 1 1

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.

Draft: Telecommunications, HF radio modems, Sept 1994,General Services Administration Supply Distribution Facility Franconia,Building A, Loisdale Road, Franconia, VA 22105, U.S.A.

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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Moderne Technik macht die Kurzwelle wieder attraktiv · Figur 11: Botschaftsfunk, Ausrüstung einer...

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