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Mode S - differenzielle Phasenumtastung

Bild 1: Mode S - differenzielle Phasenumtastung (DPSK)

Bild 1: Mode S - differenzielle Phasenumtastung (DPSK)

Bild 1: Mode S - differenzielle Phasenumtastung (DPSK)

Mode S - differenzielle Phasenumtastung

Abhängig von der Abfrage kann die Dauer des P6- Impulses entweder 16,25 µs oder 30,25 µs betragen. Moduliert wird der Impuls durch differenzielle Phasenumtastung (DPSK). Die Information wird durch Phasenwechsel von 180° der Trägerfrequenz innerhalb des P6- Impulses übertragen. Diese Phasenwechsel dürfen eine Länge von höchstens je 80 ns haben. Jedes Teilelement dazwischen hat eine konstante Phasenlage, ist 0,25 µs lang und wird „Chip” genannt. Der DPSK-Decoder vergleicht die Phasenlagen von zwei aufeinanderfolgenden Chips und regeneriert daraus die ursprüngliche Information.

In dem Standard ICAO Annex 10 Volume 4 ist das Abfrageformat folgenderweise beschrieben: Der Datenblock der Abfrage soll aus einer Folge von 56 oder 112 Datenchips bestehen, die nach einem Synchronphasenwechsel innerhalb des Impulses P6 positioniert sind. Jeder weitere Phasensprung um 180° gegenüber dem vorherigen Chip weist dem Chip eine binäre 1 zu. Fehlt dieser Phasensprung zum Vorgänger, dann ist dem Chip eine binäre 0 zugewiesen.

Alle diese Phasensprünge können nur dann einer Information zugeordnet werden, wenn sie in das Zeitraster nach dem Synchronphasenwechsel passen. Die Serie von 56 oder 112 Chips startet exakt nach 0,5 µs nach diesem Synchronphasenwechsel. Am Ende des P6 befindet sich noch ein Schutzbereich mit einer Länge von 0,5 µs, ursprünglich dafür gedacht, dass unterschiedliche Übertragungen sich nicht gegenseitig überlagern.

Bild 2: Blockdiagramm eines DPSK Empfängers

Bild 2: Blockdiagramm eines DPSK Empfängers

Bild 2: Blockdiagramm eines DPSK Empfängers

Bild 3: Funktion der Schaltung aus Bild 2

Bild 3: Funktion der Schaltung aus Bild 2

Bild 3: Funktion der Schaltung aus Bild 2

Abhängig von der Länge der Abfrage ist der Abfrageimpuls entweder 16,25 µs (56 Datenchips) oder 30,25 µs (112 Datenchips). Der P6 Impuls beginnt mit einem 1,25 µs langen Abschnitt vor dem ersten Phasenwechsel, welcher Synchronphasenwechsel genannt wird. Um die Nebenkeulen der Antenne auf dem Abfrageweg zu unterdrücken, wird über eine Antenne mit Rundstrahlcharakteristik der Impuls P5 ausgesendet. In den Nebenkeulen ist dieser Impuls groß genug, um den Synchronphasenwechsel zu verdecken und der Transponder kann dann diese Abfrage nicht dekodieren.

Im Bild 2 wird eine sinnvolle Möglichkeit der Demodulation gezeigt. In diesem Decoder wird die ursprüngliche Information aus dem differenziell kodierten Signal durch eine Vergleichsschaltung zurückgewonnen. Das gesamte Signal wird nach einem Bandpassfilter um die Länge eines Chips (hier 0,25 µs) verzögert und mit dem Originalsignal gemischt. Sind beide Teilabschnitte des Signals phasengleich, ist das Ausgangssignal klein. Sind beide Teilabschnitte gegenphasig, liegen die lokalen Maxima zeitlich mit entgegengesetzter Amplitude vor und es entsteht eine größere Ausgangsspannung. Aus diesem Ausgangssignal kann das ursprüngliche serielle Bitmuster wiederhergestellt werden, was hier nur durch einen Tiefpass mit folgendem Schwellwertschalter angedeutet ist.

Im Bild 3 ist diese Überlagerung am Ausgang der Mischstufe (C) aus dem verzögerten Signal (B) und dem unverzögerten Original (A) gezeigt. Eine Zuordnung des Ausgangspegels zu einem Bit kann jedoch nur erfolgen, wenn durch den Synchronphasenwechsel zu Beginn des P6 Impulses eine Taktzählung ausgelöst wird. In der Praxis wird das Ausgangssignal meist in ein Schieberegister übernommen und liegt dann als paralleles Datenwort an.