DE102007036828A1

DE102007036828A1 - Radio device/radio modem/wire-bound modem/integrated circuit for transmitting message, has symbols transmitted with time displacement such that sampling instance of symbols of one class falls in time proximity to sub-carrier minimum power

Info

Publication number: DE102007036828A1
Application number: DE102007036828A
Authority: DE
Inventors: Oliver Bartels
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-08-03
Filing date: 2007-08-03
Publication date: 2009-02-05
Anticipated expiration: 2027-08-04
Also published as: DE102008030179A1; DE102007036828B4

Abstract

The device has a transmitter for dividing digital information into data blocks distributed to classes of multi-carrier symbols. The device utilizes comb interleaved frequency division multiplex (CIFDM) modulation process for transmitting symbols with frequency displacement such that a range with large portion of high spectral power density of one class falls in another range of another class. The symbols are transmitted with time displacement such that sampling instance of the symbols of the class falls in time proximity to minimum power of sub-carriers of the symbols of another class.

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen breitbandigen Datenstrom als Funksignal möglichst störungsfrei über eine größere Distanz zu übertragen. Dabei sollen insbesondere durch Reflexionen bedingte Mehrwegsignale (Multipath) wieder ungestört in den originalen Datenstrom zurückgewandelt werden können. Eine zu dieser Aufgabenstellung vergleichbare Aufgabe besteht in der Übertragung eines breitbandigen Datenstroms über ein einfaches Kupferkabel wie z. B. eine Teilnehmeranschlußleitung, auch auf dieser gibt es Reflexionen an Unstetigkeiten wie z. B. Klemmleisten.Of the Invention is based on the object, a broadband data stream as a radio signal as possible without interference to transmit a greater distance. there in particular reflections caused by multipath signals (multipath) be reconverted undisturbed into the original data stream again can. A task comparable to this task consists in the transmission of a broadband data stream via a simple copper cable such. B. a subscriber line, also on this there are reflections on discontinuities such. B. Terminal blocks.

Zur Datenübertragung über Funk werden die Daten gewöhnlich auf einen Träger moduliert, die zugehörigen Verfahren sind aus der Literatur hinlänglich bekannt, es wird hier beispielhaft auf das den Stand der Technik sehr ausführlich beschreibende Werk von Karl-Dirk Kammeyer, Nachrichtenübertragung, 3. Auflage, Teubner 2004 , verwiesen.For data transmission via radio, the data are usually modulated on a carrier, the associated methods are well known from the literature, it is here by way of example on the state of the art very extensively describing work of Karl-Dirk Kammeyer, Nachrichtenübertragung, 3rd edition, Teubner 2004 , referenced.

Neben den klassischen Verfahren der Modulation eines Einzelträgers, welche zwar in Bezug auf kurze Latenzzeiten vorteilhaft sind, aber den Nachteil haben, dass sie mit Reflexionen und Mehrwegeempfang auf große Distanzen bei gleichzeitig hohen Datenraten nur mit sehr hohem Aufwand z. B. durch einen adaptiven Empfangsfilter (Equalizer) mit vielen Koeffizienten umgehen können, hat sich im heutigen Stand der Technik das OFDM Verfahren weitgehend durchgesetzt.Next the classical method of modulation of a single carrier, which are beneficial in terms of short latency, but have the disadvantage of having reflections and multipath reception at long distances with simultaneously high data rates only with very high costs z. B. by an adaptive receive filter (Equalizer) can handle many coefficients has In the current state of the art, the OFDM method has largely prevailed.

Die Abkürzung OFDM steht für Orthogonal Frequency Division Multiplex, dabei kommt ein Mehrträgersignal mit einer großen Zahl von Unterträgern zum Einsatz, welches mittels einer orthogonalen Transformation – im allgemeinen einer inversen Fouriertransformation – erzeugt wird, die Transformation findet im Rahmen einer digitalen Signalverarbeitung statt. Das Ergebnis der Transformation kann dann analog mit einem Hauptträger gemischt werden, trotzdem zeigen sich im Sendesignal nurmehr die per mathematischer Transformation synthetisch erzeugten Unterträger.The Abbreviation OFDM stands for Orthogonal Frequency Division multiplex, with a multi-carrier signal comes along a large number of subcarriers are used, which by means of an orthogonal transformation - im general inverse Fourier transform - generated The transformation takes place in the context of digital signal processing. The result of the transformation can then be analogous to a main carrier are mixed, nevertheless show in the transmission signal only more Subcarriers synthetically generated by mathematical transformation.

Die Problematik der Reflexionen wird beim OFDM dadurch gelöst, dass einerseits der Übertragung der transformierten Datenblöcke jeweils ein Guard-Intervall (Schutzbereich) vorgeschaltet wird, welcher typischerweise eine Wiederholung der letzten Abtastwerte des zu übertragenden transformierten Datenblocks ist.The Problem of reflections is solved by OFDM on the one hand, the transmission of the transformed data blocks in each case a guard interval (protection area) is connected upstream, which is typically a repetition of the last samples of the transformed data block to be transmitted.

Hierdurch wird bei der Übertragung sichergestellt, dass bei Betrachtung eines einzelnen Unterträgers ein kontinuierlicher Übergang zwischen dem Schutzbereich und dem eigentlichen transformierten Datenblock sichergestellt ist, welcher in der Zeitebene keine neuen Sprungantworten infolge einer Änderung der Modulation bzw. keine neuen Echos auslöst. Dadurch verbleibt lediglich die aus dem Übergang des vorherigen Symbols zum neuen Guardintervall erzeugte Sprungantwort bzw. die an dieser Diskontinuität entstehenden Echos, welche sich innerhalb des Guard-Intervalls totlaufen.hereby is ensured during transmission that when viewed a single subcarrier a continuous transition between the protection area and the actual transformed data block it is ensured which in the time level no new step responses as a result of a change in the modulation or no new Echo triggers. This leaves only those from the transition of previous jump-interval generated response symbol or the echoes arising at this discontinuity, which dead within the guard interval.

Die Problematik der dann noch verbleibenden Interferenzen kann dann in einem zweiten Schritt im OFDM Empfänger durch eine stark vereinfachte Entzerrung behoben werden. Weil bei OFDM gewöhnlich eine orthogonale inverse Fouriertransformation zum Einsatz kommt, gibt es naturgemäß nach der Rücktransformation im Empfänger exakt einen komplexen Zahlenwert pro Unterträger. Da die Transformation linear ist und es sich beim Mehrwegeempfang innerhalb der Systemgrenzen lediglich um eine lineare Überlagerung der über verschiedene Wege transportierten Information handelt, und weil zudem die zeitliche Verschiebung infolge des Faltungssatzes und der Ausgestaltung des Guard-Intervalls nach der Rück-Fouriertransformation in die Frequenzebene lediglich einer Skalierung entspricht, kann durch eine einzelne komplexe Multiplikation pro Unterträger eine weitgehende Entzerrung vorgenommen werden. Die Bestimmung der Koeffizienten zur Entzerrung kann beispielsweise mittels Pilotträger vorgenommen werden, ebenso können bestimmte Unterträger bevorzugt ausgewählt werden, siehe beispielsweise DE19827514A1 .The problem of remaining interference can then be remedied in a second step in the OFDM receiver by a greatly simplified equalization. Since OFDM usually uses an orthogonal inverse Fourier transform, there is, of course, exactly one complex number per subcarrier after backtransformation in the receiver. Since the transformation is linear and the multipath reception within the system boundaries is merely a linear superimposition of the information carried over different paths, and also because the time shift due to the convolution set and the design of the guard interval after the return Fourier transform in the frequency plane is only a scaling, can be made by a single complex multiplication per subcarrier extensive equalization. The determination of the coefficients for equalization can be carried out, for example, by means of pilot carriers, as well as certain subcarriers can preferably be selected, see for example DE19827514A1 ,

Das OFDM Verfahren besticht durch seine Einfachheit und Effektiviät und wird deshalb heute nach dem Stand der Technik bei vielen modernen Funksystemen wie IEEE 802.11a/g WLAN, IEEE 802.16d/e WiMAX oder auch drahtgebunden beim ADSL eingesetzt.The OFDM method impresses with its simplicity and effectiveness and is therefore today the state of the art in many modern radio systems such as IEEE 802.11a / g WLAN, IEEE 802.16d / e WiMAX or wired used in ADSL.

Nachteilig dabei ist jedoch, dass einerseits das Verfahren bei Echos, deren Laufzeit die Länge des Guard-Intervalls überschreitet, vollständig versagen kann, weshalb zur Übertragung über längere Strecken ein immer größerer Anteil der Bandbreite dem Guard-Intervall geopfert werden muss, und andererseits es sich nicht um ein Matched Filter System handelt, weswegen der erzielbare Durchsatz bei schlechtem Signal/Geräusch-Verhältnis nicht optimal ist.adversely However, it is that on the one hand the method in echoes whose Running time exceeds the length of the guard interval, completely fail, which is why to transfer over longer stretches an increasing share bandwidth must be sacrificed to the guard interval, and on the other hand it is not a matched filter system, so the achievable throughput with poor signal / noise ratio is not optimal.

Weiterhin besteht das Problem der Latenzzeit, welches sich durch die nötige Aufsummierung der Daten zu einem OFDM Symbol ergibt, weil die OFDM Symboldauer aus Gründen der spektralen Effizienz ein Vielfaches der Dauer des Guardintervalls sein sollte. Speziell bei größeren Übertragungsdistanzen mit längeren Laufzeitunterschieden und großen Echolaufzeiten bedeutet dies eine erhebliche unerwünschte Steigerung der Latenzzeit.Farther There is the problem of latency, which is due to the necessary Summing the data to an OFDM symbol results because the OFDM Symbol duration for reasons of spectral efficiency many times over the duration of the guard interval should be. Especially for larger transmission distances with longer runtime differences and big ones Echo delay means this is a significant unwanted Increase the latency.

Schon zum Zeitpunkt der Einführung des OFDM Verfahrens in den Stand der Technik, ermöglicht durch die Bereitstellung der zur schnellen Berechnung der nötigen Fouriertransformation geeigneter schneller digitaler Schaltkreise der digitalen Signalverarbeitung, wurde als Alternative die direkte Erzeugung echter Mehrträgersignale mittels Filterbänken diskutiert. Ein Beispiel liefert DE4208808A1 . Aus US4131766 und US4799179 (zur Theorie siehe auch Norbert Fliege, Multiraten-Signalverarbeitung, Teubner 1993, Kapitel 8.6 ) sind zudem DFT Polyphasenfilterbänke bekannt, mit denen eine Realisierung einer Vielzahl gleichartiger FIR-Filter äußerst effizient mittels eines Multiplexers, eines Satzes FIR-Filter, deren Aufwand gegenüber einer reinen FIR-Filterbank sowohl bezüglich der Rate der Abtastwerte wie auch der Anzahl der Koeffizienten um den Multiplexfaktor reduziert ist, sowie einer schnellen inversen Fouriertransformation durchgeführt werden kann. In EP1016211B1 ist die Anwendung in einem analogen Empfänger gezeigt.Already at the time of introduction of the OFDM method in the prior art, made possible by the provision of the fast digital circuits of digital signal processing suitable for fast calculation of the necessary Fourier transformation, the direct generation of real multicarrier signals by means of filter banks was discussed as an alternative. An example provides DE4208808A1 , Out US4131766 and US4799179 (for the theory see also Norbert Fliege, Multirate Signal Processing, Teubner 1993, chapter 8.6 In addition, DFT polyphase filter banks are known, with which a realization of a multiplicity of similar FIR filters extremely efficiently by means of a multiplexer, a set of FIR filters, their expense compared to a pure FIR filter bank both in terms of the rate of the samples as well as the number of coefficients The multiplex factor is reduced, as well as a fast inverse Fourier transform can be performed. In EP1016211B1 the application is shown in an analogue receiver.

Durch die Verwendung effizient zu berechnender Filterbänke wird der Datenstrom gemäß diesem Verfahren auf eine Vielzahl einzelner Träger aufgeteilt, von denen im Unterschied zum OFDM jeder einzelne mit einer geringen Datenrate, aber dennoch im Sinne eines klassischen Einträger-Übertragungssystems konventionell und kontinuierlich ohne Guard-Intervall moduliert wird. Hierdurch wirken Laufzeitunterschiede infolge Mehrwegeempfangs zwar unmittelbar als Intersymbolinterferenz auf die Übertragung ein, da aber bei jedem Einzelträger mit einer sehr geringen Datenrate gearbeitet wird, bedarf es entsprechend großer zeitlicher Unterschiede, damit die Intersymbolinterferenz überhaupt spürbar wird, sie kann zudem mit einem adaptiven Filter mit lediglich kleiner Koeffizientenanzahl oder einer Trellis-Codierung mit Viterbi-Auswertung sehr leicht weitgehend eleminiert werden.By the use of efficient filter banks to be calculated the data stream according to this method to a Large number of individual carriers split, of which in difference to the OFDM each one with a low data rate, but nevertheless in the Meaning of a classic single-carrier transmission system conventional and continuously modulated without guard interval becomes. This causes differences in transit time due to multipath reception although directly as intersymbol interference on the transmission one, but with each single carrier with a very small one Data rate is working, it requires correspondingly large temporal differences, so that the intersymbol interference at all can be felt, it can also with an adaptive filter with only a small number of coefficients or trellis coding be easily eliminated with Viterbi evaluation very easily.

Ein besonderes Problem dabei ist allerdings neben dem höheren Rechenaufwand, der mit der heutigen Schaltungstechnik nur noch nebensächlich ist, die schlechte Ausnutzung des Spektrums durch das so erzeugte Mehrträgersignal.One However, there is a special problem besides the higher one Computational effort, which is only secondary with today's circuitry, the poor utilization of the spectrum by the multicarrier signal thus generated.

Im Gegensatz zum OFDM-Signal, welches durch die orthogonale Fouriertransformation zu jeder komplexen Amplituden- und Phasenvorgabe eines Einzelträgers in der Frequenzebene exakt einen komplexen – entsprechend oberen wie unterem Seitenband- oder zwei realwertige Abtastwerte in der Zeitebene bereitstellt und somit ohne Guard-Intervall die Nyquist-Bandbreite optimal ausschöpft, kommt bei den Mehrträgerübertragungen mit Filterbänken jeweils pro Träger eine konventionelle Modulation zum Einsatz, welche die Signalleistung in bestimmten Bereichen des Spektrums konzentriert und andere Bereiche speziell in den Seitenbändern mit weit weniger oder nahezu keiner Leistung abdeckt. Demzufolge erfolgt empfängerseitig eine unterkritische Abtastung und Analyse mit dem damit verbundenen Verlust an spektraler Effizienz.in the Contrary to the OFDM signal, which by the orthogonal Fourier transformation to every complex amplitude and phase specification of a single carrier in the frequency domain exactly one complex - accordingly upper as well as lower sideband or two real-valued samples in the time level provides and thus without guard interval the Nyquist bandwidth optimally exploits comes with the multi-carrier transmissions with filter banks, one conventional one for each carrier Modulation is used, which determines the signal power in certain Focused areas of the spectrum and other areas specifically in the sidebands with far less or almost none Performance covers. Consequently, there is a receiver side subcritical sampling and analysis with the associated loss at spectral efficiency.

Die Aufgabenstellung bei der Erfindung besteht demzufolge darin, ein Modulationsverfahren zu finden, welches die Vorteile der hohen spektralen Effizienz des OFDM Verfahrens mit der Robustheit eines Mehrträgerverfahrens mit konventioneller Modulation der Einzelträger kombiniert.The Task in the invention is therefore a Modulation method to find out the advantages of high spectral Efficiency of the OFDM method with the robustness of a multicarrier method combined with conventional modulation of the single carrier.

Das Problem wird erfindungsgemäß durch die in Patentanspruch 1. beschriebenen Geräte oder Baugruppen gelöst, deren Funktion im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert wird. Bild 1 zeigt die hierzu passende Signalverarbeitung in graphischer Form, deren einzelne Elemente im Bild 1 werden im folgenden mit Nummern in Klammern referenziert.The Problem is inventively by the in claim 1. described devices or assemblies solved, their function in the following with reference to an embodiment is explained. Figure 1 shows the appropriate signal processing in graphic form, whose individual elements in picture 1 become in following referenced with numbers in parentheses.

Ein Mikroprozessor oder digitaler Signalprozessor gemäß Unteranspruch 14 übernimmt die zu übertragenden Daten von der Quelle und teilt diese per Software in einzelne Datenblöcke auf (1). Die Datenblöcke werden gemäß Unteranspruch 8 mit einem fehlersichernden Code zur Vorwärtsfehlerkorrektur versehen, z. B. einem Turbo-Code, welcher zu den eigentlichen Datenbits redundante Information zur späteren Fehlerkorrektur im Empfänger hinzufügt.One Microprocessor or digital signal processor according to dependent claim 14 takes over the data to be transferred from the Source and divides these by software into individual data blocks on (1). The data blocks are according to dependent claim 8 provided with a fail-safe forward error correction code, z. B. a turbo code, which redundant to the actual data bits Information for later error correction in the receiver adds.

Sodann werden die Blöcke vom Prozessor zur Modulation aufbereitet (2), hierzu erfolgt beispielsweise eine Auswahl von jeweils zwei Bit für eine QPSK Modulation gemäß Unteranspruch 6 pro Einzelträger. Aus jeweils einer Bitgruppe wird eine komplexe Zahl als Basisband-Abtastwert entsprechend einer Tabelle oder Formel ausgewählt, diese wird dann als Sendeabtastwert in die Kanalfilterbank eingespeist. Sofern diese wie im Bild für vier Unterträger ausgelegt ist, ergibt sich im Beispiel eine Informationsmenge von zwei mal vier Bit pro Datenblock abzüglich gemäß Unteranspruch 10 zu übertragender Pilot-Unterträger oder spektraler Null- oder Schutzträger.thereupon The blocks are processed by the processor for modulation (2), this is done, for example, a selection of two each Bit for a QPSK modulation according to dependent claim 6 per single carrier. Each of a bit group becomes a complex one Number as baseband sample according to a table or formula This is then selected as the transmit sample in the Channel filter bank fed. If this as in the picture for four subcarriers is designed, results in the example an amount of information of two times four bits per data block less according to dependent claim 10 to be transferred Pilot subcarrier or spectral null or backing.

Sodann werden die Datenblöcke zur Übertragung aufbereitet, hierzu werden im Beispiel jeweils die geraden Datenblöcke auf eine und die ungeraden Datenblöcke auf eine andere Filterbank (3) gegeben. Gemäß Unteranspruch 3 handelt es sich in einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung um eine mittels Multiplexer, reduzierten FIR-Filtern und inverser schneller Fouriertransformation gebildete Polyphasenfilterbank, welche gleichzeitig das notwendige Upsampling auf die Ausgangsabtastrate und somit die Einordnung der Unterträger in das Spektrum vornimmt. Hiermit lassen sich große Filterbänke für z. B. 64 bis 1024 Unterträger realisieren.thereupon the data blocks are prepared for transmission, For this purpose, in the example, the even data blocks in each case to one and the odd data blocks to another Filter bank (3) given. According Unteranspruch 3 it is in a particularly advantageous embodiment of the invention by means of multiplexer, reduced FIR filters and inverse fast Fourier transform polyphase filter bank, which at the same time the necessary upsampling on the Ausgangsabtastrate and Thus, the classification of subcarriers makes in the spectrum. This can be large filter banks for z. B. 64 to 1024 subcarriers realize.

Da die Filterbänke im Gegensatz zu einer reinen inversen Fouriertransformation über eine beliebig einstellbare Impulsantwort verfügen, kann gemäß dem Unteranspruch 4. ein Matched Filter System gebildet werden. Dieses erlaubt eine Optimierung des Systemverhaltens bei im Kanal vorliegenden Rauschen oder anderen Störpegeln bei gleichzeitiger weitgehender Vermeidung einer Intersymbolinterferenz. Für die korrekte Modulation der Unterträger reicht es völlig aus, die einzelnen Basisband-Abtastwerte aus aufeinanderfolgenden (geraden oder ungeraden je nach Filterbank im Beispiel) Datenblöcken, welche zu einem Unterträger gehören, als Eingangswerte in die Polyphasenfilterbank zu geben und bedarfsweise zur Anpassung der Abtastrate zusätzlich Null-Abtastwerte hinzuzufügen, die nötige Interpolation und Signalformung übernehmen die FIR-Filter, welche gleichzeitig auch als Gedächnis der Filterbank fungieren.There the filter banks as opposed to a pure inverse Fourier transform over have an arbitrarily adjustable impulse response can according to the dependent claim 4. a matched filter System are formed. This allows an optimization of the system behavior with noise present in the channel or other interference levels while at the same time largely avoiding intersymbol interference. For the correct modulation of the subcarrier is enough it completely off, the individual baseband samples consecutive (even or odd depending on the filter bank in the example) data blocks which are subcarriers belong as input values to the polyphase filterbank and, if necessary, to adjust the sampling rate in addition To add zero samples, the necessary interpolation and signal shaping take over the FIR filters, which simultaneously also act as Gedächnis the filter bank.

Am Ausgang der jeweiligen Filterbank für die geraden oder ungeraden Datenblöcke steht nun bereits unmittelbar das jeweilige Mehrträgersignal in der Zeitebene an. Entsprechend dem Hauptanspruch wird nun in der Beispielrealisierung eines dieser Signale zunächst um einen halben Unterträger-Frequenzabstand frequenzverschoben, dies kann beispielsweise durch eine komplexe Multiplikation der Abtastwerte mit einem mittels direkter digitaler Synthese im komplexen Zahlenraum numerisch erzeugten Lokaloszilatorsignal (NCO) geschehen (4). Letzteres entsteht, indem Abtastwerte nacheinander aus einer Sinus- bzw. Cosinus-Tabelle entnommen werden, da im konkreten Fall zumeist ein ganzzahliges Teilungsverhältnis vorliegen wird, beschränkt sich die Signalgenerierung auf eine rein sequentielle zyklische Entnahme ohne Phasenakkumulator.At the Output of the respective filter bank for the even or Odd data blocks are already directly available respective multi-carrier signal in the time plane. Corresponding The main claim is now in the example realization of one of these Signals first by half a subcarrier frequency spacing frequency-shifted, this can be done, for example, by a complex Multiplying the samples by one using direct digital Synthesis in complex number space numerically generated local oscillator signal (NCO) happen (4). The latter is created by sampling successively be taken from a sine or cosine table, since in concrete Case usually an integer divide ratio exist is, the signal generation is limited to a pure sequential cyclic removal without phase accumulator.

Des weiteren wird jetzt das Ausgangssignal der anderen Filterbank um eine halbe Symboldauer zeitlich versetzt (5), dies kann beispielsweise mittels eines Ringbuffers oder einer FIFO-Warteschlange geschehen.Of another is now the output of the other filter bank to half a symbol duration offset (5), this can for example done by means of a ring buffer or a FIFO queue.

Danach werden die Ausgangssignale zu einem Datenstrom aufsummiert, es ergibt sich erfindungsgemäß ein mehrdimensional ineinandergekämmtes Sendesignal (Bild 2).After that the output signals are added up to a data stream, it gives according to the invention a multi-dimensionally combed together Transmission signal (Fig. 2).

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung gemäß Unteranspruch 5 wird zusätzlich jedes Ausgangssignal vor der Summierung (7) über eine beispielsweise aus einer Tabelle (6) generierte periodische Funktion so skaliert, dass die Ausgangsleistung des einen Signals dann maximal ist, wenn die andere bei Null liegt. Das muss aber nicht bei jedem Signal derart gehandhabt werden, beispielsweise kann gemäß Unteranspruch 11 eine dynamische Auswahl der Funktion vorgenommen werden. Hierzu bietet sich neben Erfordernissen bezüglich der Kanalantwort auch eine Auswahl zur Reduzierung des Verhältnisses der Spitzensendeleistung zur mittleren Sendeleistung an (PAPR, Peak to Average Power Ratio).In a particularly advantageous embodiment of the invention according to dependent claim 5 in addition each output signal before the summation (7) via an example generated from a table (6) periodic Function scaled to the output power of one signal then maximum is when the other is at zero. That does not have to be be handled with each signal such, for example, according to dependent claim 11 a dynamic selection of the function can be made. For this is available alongside requirements regarding the channel response also a selection to reduce the ratio of Peak transmission power to the average transmission power (PAPR, Peak to Average Power Ratio).

Um letztere zu realisieren, können beispielsweise verschiedene Skalierungsfunktionen parallel auf die Ausgangssignale angewendet werden, um jeweils eine denkbare Variante zu realisieren, die Ergebnisse werden danach zeitverzögert, um eine Auswertung der Varianten gemäß dem besten PAPR vorzunehmen und dann das so ausgewählte der zeitverzögerten Signale auf den Sender oder Leitungstreiber zu geben. Durch die Zeitverzögerung greift die Auswahl dann quasi rückwirkend.Around For example, different ones can be realized Scaling functions applied in parallel to the output signals In order to realize a conceivable variant, the results are then delayed, to an evaluation of the variants according to the best PAPR and then the so selected the time delayed signals to give the transmitter or line driver. By the time delay then picks the selection almost retroactively.

Optional können sowohl die einzelnen Datenströme als auch deren Summe vor der Übergabe an den D/A-Wandler (8) zum – wie auch bei konventionellen Systemen beispielsweise aus einem Lokaloszilator (9), Vektormodulator (10) und (PA) Sendeverstärker (11) mit Antenne bestehenden – Sender noch einer Predistortion oder einem weiteren Upsampling auf eine Zwischenfrequenz unterzogen werden, letzteres ist dann vorteilhafterweise getrennt für die einzelnen Datenströme der einzelnen Filterbänke vornehmbar, wenn der notwendige Frequenzversatz zwischen beiden Filterbänken zusammen mit der Konvertierung auf die Zwischenfrequenz und einer letzten Bandpassfilterung in einem Arbeitsschritt realisiert wird, entsprechende Bausteine für eine Aufwärtswandlung von Basisband-Datenströmen (Digital Up Converter) sind nach dem Stand der Technik kommerziell verfügbar.optional can both the individual data streams as well their sum before the transfer to the D / A converter (8) for - how even with conventional systems, for example, from a Lokaloszilator (9), vector modulator (10) and (PA) transmit amplifier (11) with antenna - transmitter still a Predistortion or another upsampling to an intermediate frequency, The latter is then advantageously separated for the individual data streams of the individual filter banks vornehmbar, if the necessary frequency offset between the two Filter banks together with the conversion to the intermediate frequency and a last bandpass filtering realized in one step is, appropriate building blocks for an up-conversion of baseband data streams (Digital Up Converter) commercially available in the prior art.

Weiterhin ist es denkbar, die die Skalierungsfunktionen auch an der Bedeutung der zu übertragenden Daten bzw. deren Fehlerfreiheit zu orientieren bzw. an der zur Verfügung stehenden Redundanz.Farther It is conceivable that the scaling functions also at the meaning the data to be transmitted or their freedom from error oriented or at the available redundancy.

Die Ausführung gemäß Unteranspruch 12 sieht hierzu vor, dass im Fall einer paketorientierten (IP-)Datenübertragung entweder die Datenpakete, die einer niedrigen Service-Qualitätsklasse angehören, ihrerseits Sendedatenblöcken zugeordnet werden, welche über eine Filterbank übertragen werden, die mit reduzierter Leistung in das Sendesignal eingeht. Alternativ ist es möglich, Pakete mit einem Zeitstempel zu versehen, aus welchem die gewünschte Ankunftszeit des Pakets beim Empfänger hervorgeht, oder diese Zeitverhältnisse aus der Position des Datenpakets in einer Warteschlange abzuleiten.The Execution according to dependent claim 12 sees for this purpose, that in the case of a packet-oriented (IP) data transmission either the data packets, the low quality service class belong, in turn assigned transmit data blocks which are transmitted via a filter bank be received with reduced power in the transmission signal. Alternatively, it is possible to package with a timestamp from which the desired arrival time of the Package at the receiver, or these time relationships derive from the position of the data packet in a queue.

Der Sender kann dann im zweiten Fall solche Pakete, die eigentlich noch nicht gemäß der zeitlichen Einordnung zur Übertragung anstehen, eine Vorabübertragung auf Sendedatenblöcken mit reduzierter Leistung oder Übertragungsqualität versuchen. Sofern das Paket den Empfänger erreicht und der Fehlersicherungscode es als fehlerfrei oder korrigierbar bewertet, kann dies dem Sender mitgeteilt und so eine erneute spätere Übertragung über Sendedatenblöcken mit voller Leistung und hoher Übertragungsqualität vermieden werden, hierdurch wird im Fall guter Funk-Übertragungsverhältnisse Bandbreite eingespart und die Latenzzeit verkürzt.In the second case, the sender can then attempt to pre-transmit on transmission data blocks with reduced power or transmission quality those packets which are not yet ready for transmission according to the time assignment. If the package reaches the recipient and the error protection code evaluates it as error-free or correctable, this can be communicated to the sender and so a later subsequent transmission via transmit data blocks with full power and high transmission quality can be avoided, thereby saving bandwidth in the case of good radio transmission ratios and the latency shortened.

Anhand eines Zeitstempels innerhalb der Pakete kann dann trotzdem gegenüber dem eigentlichen Abnehmer der Daten eine kontinuierlicher Datenfluß gemäß Unteranspruch 13 simuliert werden, in dem die Pakete im Empfänger zwischengespeichert und erst zum angegebenen Zeitpunkt ausgeliefert werden. Hierdurch wird speziell bei fensterorientierten Protokollen wie TCP/IP ein hoher Datendurchsatz gewährleistet.Based a timestamp within the packages can then be compared anyway the actual customer of the data a continuous flow of data according to dependent claim 13, in which the packets are cached in the receiver and be delivered at the specified time. This will especially for window-oriented protocols such as TCP / IP a higher Data throughput ensured.

Um nun zu die so gesendeten Daten wieder zu empfangen und demodulieren zu können, wird im Empfänger gemäß der besonders vorteilhaften Ausführungsform nach Unteranspruch 2 ein spezieller Demultiplexer eingesetzt, welcher auf den Symboltakt synchronisiert ist. Dieser nimmt eine weiche Gewichtung der eingehenden Abtastwerte vor, welche, und das ist der entscheidende Trick an dieser Stelle, einen Nulldurchgang eines im Beispiel QPSK Symbols immer dann simuliert, wenn die eingehenden Abtastwerte jeweils für die andere Analysenfilterbank bestimmt sind.Around now to receive and demodulate the data so transmitted again to be in the receiver in accordance with the particularly advantageous embodiment according to dependent claim 2 a special demultiplexer is used, which is based on the symbol clock is synchronized. This takes a soft weight of the incoming Samples, which, and that's the key trick this point, a zero crossing of an example QPSK symbol always simulated when the incoming samples each for the other analysis filter bank are determined.

Da im Prinzip auch eine Folge von 180 Grad Phasensprüngen der einzelnen Unterträger in einem Matched Filter System einwandfrei übertragen wird, kann der bei einem 180 Grad Übergang enstehende Leistungseinbruch auch künstlich für alle anderen Phasensprünge realisiert werden, wodurch sichergestellt ist, dass an dieser Stelle das Spektrum für die Übertragung der jeweils anderen Mehrträgersymbol-Klasse aus der anderen Filterbank zur Verfügung steht. Da durch den Frequenzversatz die einzelnen (unmodulierten) Unterträger der einen Klasse jeweils in den Filterflanken der Matched Filter der anderen Klasse platziert werden, tragen diese durch den zeitlichen wie frequenzmäßigen Versatz kaum zur Interferenz zwischen zwei Mehrträgersymbol-Klassen bei. Der Effekt kann durch Einfügen von Null-Abtastwerten in einer unterkritischen Filterbank oder durch die schon beschriebene Gewichtung der Ausgangssignale der Filterbänke gemäß Unteranspruch 5 noch verstärkt werden.There in principle, a sequence of 180 degrees phase jumps the individual subcarrier in a matched filter system can transfer properly, which can be at a 180 degree transition The resulting power loss is also artificial for all other phase jumps are realized, thereby ensuring is that at this point the spectrum for transmission the other multicarrier symbol class from the other Filterbank is available. Because of the frequency offset the individual (unmodulated) subcarriers of one class each in the filter edges of the matched filter of the other class be placed, wear these by the temporal as well as frequency Offset hardly contributes to the interference between two multicarrier symbol classes. The effect can be achieved by inserting zero samples in a subcritical filter bank or by the one already described Weighting of the output signals of the filter banks according to dependent claim 5 still be strengthened.

An dieser Stelle zeigt sich die besondere Leistungsfähigkeit dieses Übertragungsverfahrens im Vergleich zum Stand der Technik: Einerseits wird durch die Verschachtelung mehrerer Mehrträgersymbol-Klassen im Sendesignal eine sehr hohe spektrale Effizienz vergleichbar mit klassischen OFDM Verfahren geboten, es kann in diesem Sinne durchaus von einem orthogonalen Frequenzmultiplex gesprochen werden, wenngleich eine komplexere Transformation über mehrere Symbole hinweg zum Einsatz kommt. Bild 2 zeigt das aus zwei Teilspektren zusammengesetzte resultierende Spektrum. Andererseits kann bei diesem Übertragungsverfahren auf das Guard-Intervall verzichtet werden, da eine klassische Entzerrung aufgrund der im Verhältnis zur Signallaufzeit langen Symboldauer nur wenig aufwendig ist, gemäß Unteranspruch 7 reicht hierfür eine gewöhnliche Trellis-Viterbi Kombination völlig aus. Die Bandbreite für das Guard-Intervall steht somit vollständig zur Datenübertragung zur Verfügung, es besteht auch keine Gefahr des Versagens des Übertragungsverfahrens bei großen Laufzeitunterschieden beim Mehrwegeempfang und Störungen auf benachbarten Trägern werden durch den Frequenzgang der klassischen Filter problemlos eleminiert, während sie beim gewöhnlichen OFDM infolge der sin(x)/x Funktion der Filterkurve eines Einzelträgers, welche sich inherent aus der Fouriertransformation ergibt, unmittelbar auf auch weiter entfernte Träger durchschlagen können.At This point shows the special performance this transmission method compared to the state of Technique: On the one hand, the nesting of several multicarrier symbol classes in the transmission signal a very high spectral efficiency comparable to commanded classic OFDM method, it can be quite in this sense are spoken by an orthogonal frequency division, though a more complex transformation across multiple symbols is used. Figure 2 shows the composite of two partial spectra resulting spectrum. On the other hand, in this transmission method waived the guard interval, as a classical equalization due the long symbol duration in relation to the signal propagation time only a little expensive, according to dependent claim. 7 This is enough for an ordinary Trellis Viterbi Combination completely off. The bandwidth for the guard interval is thus completely for data transfer to There is also no risk of failure of the transmission procedure for large runtime differences in multipath reception and Disturbances on adjacent carriers are caused by the frequency response of the classic filter easily eleminated while in the ordinary OFDM due to the sin (x) / x function the filter curve of a single carrier, which is inherent from the Fourier transform, immediately to continue can penetrate distant carriers.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist die mögliche Wahl unterschiedlich breiter Filter für einzelne Unterträger zwecks unterschiedlicher Symbolraten für Daten unterschiedlicher Serviceklassen gemäß Unteranspruch 9.One particular advantage of the invention is the possible choice different width filter for individual subcarriers for different symbol rates for data of different Service classes according to dependent claim 9.

So kann beispielsweise ein Satz von Trägern mit hoher Symbolrate für das Protokoll zur Allokation von Bandbreite in einem Punkt-zu-Mehrpunkt Übertragungssystem genutzt werden, hierdurch wird die Zuteilung von Bandbreite beschleunigt und die Latenzzeit insgesamt reduziert. Eine weitere Möglichkeit besteht in der schnellen Übertragung von Information zur Bestätigung von erfolgreich übertragenen Daten oder zur schnellen Übertragung von Wiederholungsanforderungen (ARP/HARP). Die im Bedarfsfall nochmals gesendeten Daten können dann bedarfsweise zwecks Fehlerkorrektur mit den ursprünglich gesendeten Daten kombiniert werden, eine solche weiche Überlagerung bietet sich insbesondere bei Turbo-Codes an.So For example, consider a set of high symbol rate carriers for the protocol for allocating bandwidth in one Point-to-multipoint transmission system are used, thereby the allocation of bandwidth is accelerated and the latency reduced overall. Another option is in the rapid transmission of information for confirmation of successfully transmitted data or for fast transmission Repeat Requests (ARP / HARP). If necessary, again sent data can then if necessary for the purpose of error correction combined with the data originally sent, such a soft overlay is particularly useful Turbo codes on.

Sofern gemäß Unteranspruch 10 weitere Pilotträger übertragen werden, können diese ebenso wie alternativ eine Präambel bei paketorientierter Übertragung oder ein zyklisch eingefügtes Synchronwort auch zur exakten Synchronisation des Symboltakts zwischen Sender und Empfänger verwendet werden, welche für die Einheit gemäß Unteranspruch 2 zur Trennung der Eingangsdatenströme im Empfänger notwendig ist.Provided transferred according to dependent claim 10 more pilot carrier These can, as well as alternatively, be a preamble in packet-oriented transmission or cyclically inserted Sync word also for the exact synchronization of the symbol clock between Transmitter and receiver are used, which for the unit according to dependent claim 2 for separation the input data streams in the receiver necessary is.

Dabei bietet sich an, während des Sendens der Präambel bzw. des Synchronworts zumindest auf ausgewählten Unterträgern auf eine parallele Ausstrahlung weiterer Mehrträgersymbole anderer Klassen zu verzichten, um den so entstehenden Leistungseinbruch im (gegebenenfalls synthetisch erzwungenen) Nulldurchgang zur Erkennung der Symbolgrenze nutzen zu können. Weiterhin können gemäß Unteranspruch 10 auch orthogonale Pilot-Unterträger in einer anderen Klasse genutzt werden, um beispielsweise eine I/Q-Imbalance oder einen I/Q-Offset zu korrigieren. Eine Nutzung der Pilot-Unterträger zur Dopplerkorrektur ist ebenfalls denkbar. Da durch den Dopplereffekt ein reiner Frequenzoffset entsteht, kann die Korrektur unmittelbar bei der Rückgängigmachung der Frequenzverschiebung einer Symbolklasse im Empfänger und der ggf. damit kombinierten Übertragung der Zwischenfrequenz in das Basisband mittels Digital Down Converter erfolgen.It is advisable during the transmission of the preamble or the synchronous word at least on selected subcarriers to dispense with a parallel emission of more multicarrier symbols of other classes to the resulting power dip in (possibly synthetic he zwungenen) to be able to use zero crossing for the recognition of the symbol boundary. Furthermore, in accordance with subclaim 10, orthogonal pilot subcarriers in another class can also be used, for example to correct an I / Q imbalance or an I / Q offset. A use of the pilot subcarriers for Doppler correction is also conceivable. Since the Doppler effect results in a pure frequency offset, the correction can be carried out directly by reversing the frequency shift of a symbol class in the receiver and the optionally combined transmission of the intermediate frequency into the baseband by means of Digital Down Converter.

Zudem bietet sich die Nutzung der Pilot-Unterträger für eine Korrektur der Kanalimpulsantwort an, hierzu können auch unmittelbar die Koeffizienten der FIR-Filter einer gemäß Unteranspruch 3 konstruierten Analysenfilterbank adaptiv korrigiert werden. Dieses Verfahren steht natürlich einer nachträglichen Korrektur der Abtastwerte der Einzelunterträger gemäß komplexer Multiplikation wie beim klassischen OFDM nicht entgegen.moreover lends itself to the use of the pilot subcarrier for a correction of the channel impulse response, this can also directly the coefficients of the FIR filter one according to dependent claim 3 constructed analysis filter bank are adaptively corrected. This Procedure is of course a subsequent correction the samples of the individual subcarriers according to more complex Multiplication as in classical OFDM does not oppose.

Alternativ kann eine differenzielle Modulation gemäß Unteranspruch 6 genutzt werden, um erst gar nicht die Notwendigkeit einer absoluten Phasenreferenz entstehen zu lassen.alternative can a differential modulation according to dependent claim 6 are not used to even the need for absolute Create phase reference.

Erfindungsgemäße Funkgeräte können mit Verfahren des Gleichwellenfunks kombiniert werden, sendeseitig werden die Symbole einfach von verschiedenen Sendern synchron mit gleichen Daten ausgestrahlt, aufgrund der langen Symboldauer erfolgt die Korrektur quasi automatisch. In umgekehrter Übertragungsrichtung kann beispielsweise die Vorgehensweise nach DE102004013701A1 Verwendung finden.Radio devices according to the present invention can be combined with single-frequency radio transmission methods, the symbols are simply transmitted by different transmitters synchronously with the same data on the transmitter side, the correction takes place virtually automatically due to the long symbol duration. In the reverse direction of transmission, for example, the procedure according to DE102004013701A1 Find use.

Ebenso ist es möglich, eine Kombination der Erfindung mit MIMO Übertragungsverfahren durchzuführen und so unterschiedliche Klassen von Mehrträgersymbolen über unterschiedliche Antennen oder auf unterschiedlichen Polarisationsebenen oder mittels Beamforming durch geeignete Auswahl relativer Phasen entsprechender Symbolklassen abzustrahlen und im Empfänger diese über eine geeignete Transformation oder Matrixmultiplikation wieder zusammen zu führen.As well it is possible to use a combination of the invention with MIMO transmission method perform and so different classes of multicarrier symbols on different antennas or at different polarization levels or by beamforming by appropriate selection of relative phases corresponding symbol classes and in the receiver these via a suitable transformation or matrix multiplication to bring together again.

Anhand der Pilot-Information kann diese Transformation dann rechnerisch für die jeweiligen Übertragungsverhältnisse optimiert werden.Based The pilot information can then computationally transform this transformation for the respective transmission conditions be optimized.

Die Nutzung der Erfindung ist nicht auf die drahtlose Übertragung beschränkt, so ist der Einsatz zur Datenübertragung auf Kupfer-Teilnehmeranschlußleitungen für einen DSL-Dienst ebenso denkbar wie die Übertragung von Daten unter Wasser mittels Ultraschall.The Use of the invention is not based on wireless transmission limited, so is the use of data transmission on copper subscriber lines for one DSL service just as conceivable as the transmission of data under water by means of ultrasound.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 19827514 A1 [0007]
- DE 4208808 A1 [0011]
US 4131766 [0011]
US 4799179 [0011]
- EP 1016211 B1 [0011]
DE 102004013701 A1 [0040]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

- Karl-Dirk Kammeyer, Nachrichtenübertragung, 3rd edition, Teubner 2004 [0002]
- Norbert Fliege, Multirate Signal Processing, Teubner 1993, Chapter 8.6 [0011]

Claims

A radio system or radio or radio modem or modem for wired transmission or a message transmission device or module or integrated circuit of such a device consisting of at least one transmitter or receiver or a combination thereof, the transmitter splitting digital or digitized information for transmission into data blocks, wherein a multicarrier method is used for the transmission of the data, the multicarrier method distributed by modulation - which can also be realized as complex multiplication - at least one data block on at least two subcarriers, the entirety of the data of a block to be transmitted in one clock cycle is referred to as multicarrier symbol, the clock is called a symbol clock, characterized in that (1) a division of the data blocks to be transmitted continues to take place on at least two classes of multicarrier symbols, each in parallel on the same (2) the multicarrier symbols of at least two classes are transmitted offset in frequency, so that the areas of mostly high spectral power density of each class in such areas with largely low spectral power density of at least one other class (3) the multicarrier symbols of at least two classes are transmitted offset in time from one another such that the sample time of a multicarrier symbol of one class falls within the temporal proximity of a power minimum of any or all subcarriers of the multicarrier symbol of at least one other other class.

Device or assembly or circuit according to claim 1., characterized in that the receiver via has a unit synchronized with the symbol clock, which a division of the received signal to the analysis filter for the individual multicarrier symbols, by using the samples determined for the respective analysis filter weighted at least one periodic function whose period corresponds to the period of the symbol clock or an integer or fractional-rational one Many of these are. As analysis filter here is each level of Signal processing refers, which - especially under Use of at least one discrete FIR or IIR filter, at least a Fourier transform or inverse Fourier transform or wavelet transformation or other orthogonal transformation or a combination of these - is capable of multi-carrier signal to decompose again into its subcarrier components or immediately demodulate.

Device or assembly or circuit according to claim 2., characterized in that as a filter analysis a polyphase filter bank is used, which in particular by a combination of a Input demultiplexer, FIR polyphase sub-filters and an inverse digital or fast Fourier transformation is realized.

Device or assembly or circuit according to claim 1st or 2nd or 3rd, characterized in that for the synthesis of respective multicarrier symbol a polyphase filter bank which is used together with the analysis filter in relation to the respective individual carrier forms a matched filter system.

Device or assembly or circuit according to claim 1st or 2nd, characterized in that the transmission side in the modulation the subcarrier of a multi-carrier symbol artificial a drop in performance between two symbols occurs by the resulting from the synthesis of a multicarrier symbol samples before merging with samples of other multicarrier symbols be weighted with at least one periodic function whose Period of the period of the symbol clock corresponds to or an integer or broken-rational multiple of this is.

Device or assembly or circuit according to claim 1., characterized in that for the modulation of the individual subcarriers a BPSK, QPSK, nPSK, MSK or QAM modulation is used which is preferably designed to be differential, to no absolute phase reference to need.

Device or assembly or circuit according to claim 1 or 6, characterized in that for the correction of an interference between subcarriers or multicarrier symbols or individual components of this trellis encoding with Viterbi decoding Use finds.

Device or assembly or circuit according to claim 1 or 6, characterized in that for the correction of an interference between subcarriers or multicarrier symbols or individual components of this one forward error correction using turbo code, low density parity code, reed solomon code or BCH code is used.

Device or assembly or circuit according to claim 1., characterized in that for prioritizing individual parts of the data stream one or more individual carriers with a increased symbol clock rate to shorten the latency transfer become.

Device or assembly or circuit according to claim 1., characterized in that for determining the channel impulse response Pilot subcarriers are used, which over the spectrum to be transmitted are distributed, and if necessary orthogonal to adjacent pilot carriers of another multicarrier symbol class stand.

Device or assembly or circuit according to claim 10 and 2. or claim 10. and 5., characterized in that the periodic weighting function to the prevailing transmission conditions, in particular on the basis of those obtained from the pilot subcarriers Information, or on the needs of the transmitter operation such as minimization the ratio of the peak transmission power to the middle one Transmission power, is adjusted.

Device or assembly or circuit according to claim 1., characterized in that in the case of transmission packet-oriented data different packet classes with different Service quality or packages whose transmission should take place at different times, suitable different Be assigned to multi-carrier symbol classes. It can the modulation or signal power of the different multicarrier symbol classes according to the requirements of the transmission quality and security can be varied, in particular, the transmission of parcels according to timelines or timestamps would be necessary at a later date tentatively on a multicarrier symbol class of low quality be preferred. If nevertheless a faultless transmission will succeed and be confirmed, thus bandwidth in the field Saved a multi-carrier symbol class high quality.

Device or assembly or circuit according to claim 12., characterized in that data packets, which prematurely have been transmitted in another service class or multicurrent symbol class, nevertheless in the receiver before delivery to the customer up to the delivery time specified in the timestamp or calculated from this be cached to the recipient of the Packages to simulate a continuous flow of data and especially for window-oriented protocols like TCP / IP to ensure optimal data throughput.

Device or assembly or circuit according to claim 1., characterized in that for the realization of the signal processing stages a microprocessor, microcontroller, digital signal processor or an FPGA is used.