DE4114274A1 - METHOD AND ARRANGEMENT FOR DIFFERENTIAL MODULATION OF SIGNALS IN A MULTI-CHANNEL TRANSMISSION SYSTEM - Google Patents

METHOD AND ARRANGEMENT FOR DIFFERENTIAL MODULATION OF SIGNALS IN A MULTI-CHANNEL TRANSMISSION SYSTEM

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Abstract

The invention relates to a digital modulation process and an arrangement for a multi-channel transmission system in which the data flow is distributed over a plurality of sub-carriers lying close together in the frequency range. Neighbouring sub-carriers are interlinked in such a way that the data on two adjacent sub-carriers are transmitted in phase difference. If such a frequency-differential modulation is coupled to a prior art differential modulation in which data symbols on a sub-carrier following one another in time are transmitted in phase difference, a markedly better transmission quality is obtained in the signals in the radio channels.

Description

Die Erfindung betrifft ein digitales Modulationsverfahren und eine Anordnung für ein Mehrkanal-Übertragungssystem, bei dem der Datenstrom auf mehrere Unterträger aufgeteilt wird, die im Frequenzbereich nebeneinander liegen.The invention relates to a digital modulation method and an arrangement for a multi-channel transmission system, in which the data stream is divided into several subcarriers that are next to each other in the frequency domain.

Die Erfindung findet u. a. Verwendung bei dem im digitalen Rundfunk eingesetzten COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Verfahren.The invention finds u. a. Use with that in digital Broadcasting COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing) procedure.

Bei einem Mehrkanal-Modulationsverfahren zur digitalen Da­ tenübertragung wird der zu übertragende Datenstrom auf eine Anzahl (z. B. mehrere 100) Unterträger aufgeteilt, die im Frequenzbereich nebeneinander liegen, wobei die Spektren der Unterträger sich auch überlappen können. Durch diese Vorgehensweise wird in jedem Unterträger eine um Größenordnungen niedrigere als die ursprüngliche Daten­ rate übertragen, wodurch die Symboldauer sich entsprechend vergrößert. Dies wirkt sich dann vorteilhaft aus, wenn auf dem Übertragungskanal Echos entstehen. Durch geeignete Festlegung der Anzahl der Unterträger läßt sich ein Mehr­ kanal-Modulationsverfahren stets so auslegen, daß die Symboldauer groß gegen die maximal zu erwartende Echolaufzeit ist.In a multi-channel modulation process for digital data The data stream to be transmitted is transferred divided a number (e.g. several 100) subcarriers,  which are adjacent to each other in the frequency domain, the Spectra of the subcarriers can also overlap. This procedure creates one in each subcarrier orders of magnitude lower than the original data rate transfer, whereby the symbol duration changes accordingly enlarged. This is beneficial when on echoes arise in the transmission channel. By suitable Determining the number of subcarriers can be a more Always design the channel modulation method so that the symbol duration large against the maximum expected echo runtime is.

Der Echoeinfluß läßt sich z. B. dadurch ganz ausschalten, daß die Symbole nicht unmittelbar aufeinander folgend ge­ sendet werden, sondern daß zwischen zwei aufeinanderfol­ genden Symbolen jeweils eine Schutzzeit vorgesehen ist, in der die Echos des zuerst gesendeten Symbols abklingen.The echo influence can be, for. B. switch off completely, that the symbols are not immediately consecutive ge be sent, but that between two successive symbols a protection time is provided in which decays the echoes of the symbol sent first.

Die technische Ausgestaltung eines Mehrkanal-Modulations­ verfahrens erfolgt z. B. als digitales Verfahren, etwa als Programm auf mindestens einem Mikroprozessor mit dem sen­ derseitig das Sendesignal im komplexen Basisband oder auf einer Zwischenfrequenz berechnet wird. Mit bekannten Ana­ logtechnik-Methoden kann dieses dann in die Trägerfrequenzlage gesetzt werden. Entsprechend wird im Empfänger das Signal zunächst auf analoge Weise empfangen, dann ins Basisband oder auf eine Zwischenfrequenz heruntergesetzt und dann digital weiterverarbeitet.The technical design of a multi-channel modulation procedure takes place z. B. as a digital method, such as Program on at least one microprocessor with the sen on the other hand, the transmission signal in the complex baseband or on an intermediate frequency is calculated. With known Ana log technology methods this can then be in the carrier frequency position be set. Accordingly, in the recipient receive the signal first in an analog way, then ins Baseband or down to an intermediate frequency and then digitally processed.

Das Mehrkanal-Modulationssignal besteht aus Zeit-Frequenz- Schlitzen. Die Zeitschlitze werden durch den diskreten Symboltakt, die Frequenzschlitze durch den Unterträger­ Frequenzabstand gebildet. Wenn Maßnahmen zur Bekämpfung von Echos, z. B. die oben erwähnte Schutzzeit, vorgesehen sind, besteht der Einfluß des Funkkanals in jedem Zeit- Frequenz-Schlitz in einer Dämpfung und Phasendrehung. Dämpfung und Phasendrehung sind in der Regel zeit- und frequenzveränderlich.The multi-channel modulation signal consists of time-frequency Slits. The time slots are identified by the discrete Symbol clock, the frequency slots through the subcarrier  Frequency spacing formed. If measures to combat of echoes, e.g. B. the protection period mentioned above, provided there is an influence of the radio channel in every time Frequency slot in one attenuation and phase shift. Attenuation and phase shift are usually time and variable in frequency.

Als Modulationsverfahren für einen Unterträger des Mehrka­ nal-Signals wird bevorzugt die bekannte Phasenmodulation verwendet. Dabei werden die verschiedenen Datensymbole auf unterschiedliche Phasenverläufe des Sendesignals abgebil­ det. Für die Demodulation wirkt sich dann die kanalbe­ dingte Phasendrehung als Störgröße aus, die durch ge­ eignete Maßnahmen zu kompensieren ist.As a modulation process for a subcarrier of the Mehrka nal signal is preferred the known phase modulation used. The various data symbols appear different phase curves of the transmission signal are shown det. The channel then has an effect on the demodulation contingent phase rotation as a disturbance variable, which by ge suitable measures must be compensated.

Bekannte Methoden sind die differentielle Demodulation und die differentielle Vorcodierung. Hierbei werden die Daten nicht in der Phase eines Symbols sondern in der Phasendif­ ferenz zweier aufeinanderfolgender Symbole übertragen. Bei einem Mehrkanal-Verfahren wird die differentielle Demodu­ lation und Vorcodierung in jedem Unterträger separat durchgeführt.Known methods are differential demodulation and differential precoding. Here the data not in the phase of a symbol but in the phase dif transfer of two consecutive symbols. At the differential demodu lation and precoding in each subcarrier separately carried out.

Die differentielle Vorcodierung erfolgt im Sender (Fig. 1a) und die differentielle Demodulation erfolgt im Empfän­ ger (Fig. 1b).The differential precoding takes place in the transmitter ( Fig. 1a) and the differential demodulation takes place in the receiver ( Fig. 1b).

Die Multiplikation komplexer Zahlen entspricht einer Addi­ tion ihrer Phasen, die Bildung der konjugiert komplexen Zahl der Inversion des Vorzeichens der Phase. "D" kenn­ zeichnet in Fig. 1a, 1b die Verzögerung um ein Symbol, * bezeichnet den konjugiert komplexen Anteil. The multiplication of complex numbers corresponds to an addition of their phases, the formation of the conjugate complex number is the inversion of the sign of the phase. "D" denotes the delay by one symbol in FIGS. 1a, 1b, * denotes the conjugate complex part.

Der differentiellen Demodulation bzw. Vorcodierung liegt die Annahme zugrunde, daß sich die kanalbedingte Phasen­ drehung von einem Symbol zum nachfolgenden nicht ändert. Bei zeitveränderlichen Funkkanälen ist diese Annahme häu­ fig jedoch nicht erfüllt, besonders bei Mehrkanal-Verfah­ ren mit ihrer relativ langen Symboldauer. Dann treten selbst im rauschfreien Zustand Übertragungsfehler auf.The differential demodulation or precoding lies based on the assumption that the channel-related phases rotation from one symbol to the next does not change. This assumption is common for time-varying radio channels however not met, especially with multi-channel processes with their relatively long symbol duration. Then kick transmission errors even in the noise-free state.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Modulationsverfahren und eine Anordnung für ein Mehrkanal- Übertragungssystem anzugeben, bei dem die Übertragungsqua­ lität der Signale von instationären Funkkanälen verbessert wird.The invention is therefore based on the object Modulation method and an arrangement for a multi-channel Specify transmission system in which the transmission qua lity of signals from transient radio channels improved becomes.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 bis 4 gelöst. Eine weitere Ausgestaltung ist in Anspruch 5 enthalten.The task is characterized by the characteristics of the Claims 1 to 4 solved. Another configuration is included in claim 5.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen beschrieben unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen.The invention is described below with reference to exemplary embodiments play described with reference to schematic Drawings.

In einem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind Teile einer sendeseitigen und einer empfangsseitigen Anordnung darge­ stellt mit mehreren Unterträgern ...k-1, k, k+1..., die auf der Senderseite und der Empfängerseite je einen Multi­ plikator enthalten, der jeweils die Daten benachbarter Un­ terträger verknüpft. Im Sender werden beispielsweise die multiplizierten Daten der Unterträger k-1, k dem Multipli­ kator des Unterträgers k+1 zugeführt und mit den Daten des Unterträgers k+1 multipliziert. Auf der Empfängerseite wird dieses Signal, des Unterträgers k+1 mit dem konju­ giert komplexen Signal des Unterträgers k multipliziert. Dieses Verfahren wird als frequenzdifferentielle Modula­ tion bezeichnet.In an exemplary embodiment according to FIG. 2, parts of a transmission-side and a reception-side arrangement are illustrated with a plurality of subcarriers ... k-1, k, k + 1 ..., each of which contains a multiplier on the transmitter side and the receiver side, which the data of neighboring subcarriers are linked. In the transmitter, for example, the multiplied data of the subcarriers k- 1 , k are fed to the multiplier of the subcarrier k + 1 and multiplied by the data of the subcarrier k + 1. On the receiver side, this signal, the subcarrier k + 1 is multiplied by the conjugated complex signal of the subcarrier k. This process is called frequency differential modulation.

Dem mit dieser Anordnung realisierten Verfahren liegt die Annahme zugrunde, daß sich die kanalbedingte Phasendrehung von einem Unterträger zum nächsten nicht ändert. Diese An­ nahme ist ähnlich derjenigen bei der bekannten differenti­ ellen Modulation, nur daß an Stelle der Zeitinvarianz die Frequenzinvarianz getreten ist. Gerade bei Mehrkanal-Mo­ dulationsverfahren ist letztere jedoch häufig eher gege­ ben, da der langen Symboldauer ein kleiner Frequenzabstand der Unterträger entspricht.The method realized with this arrangement is the Based on the assumption that the channel-related phase shift does not change from one subcarrier to the next. This to name is similar to that of the known differenti modulation, only that instead of time invariance the Frequency invariance has occurred. Especially with multi-channel Mon However, the latter is often opposed to the dulation procedure ben, because of the long symbol duration a small frequency spacing the subcarrier corresponds.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 wird eine sende- und empfangsseitige Anordnung angegeben, bei der sowohl zeitlich aufeinanderfolgende Datensymbole eines Unterträgers als auch Daten benachbarter Unterträger mit­ einander verknüpft werden. Beispielsweise werden im Unter­ träger k+1 des Senders Daten, die in Phasendifferenz zweier aufeinanderfolgender Datensymbole übertragen wer­ den, mit den multiplizierten Daten der Unterträger k-1, k auf einen Multiplikator gegeben. Im Empfänger wird dieses multiplizierte, komplexe Signal des Unterträgers k+1 mit dem konjugiert komplexen Signal des Unterträgers k multi­ pliziert. Anschließend wird dieses multiplizierte Signal mit dem konjugiert komplexen, zeitlich verzögerten Signal auf einen weiteren Multiplikator gegeben. Mit dieser dop­ pelten differentiellen Modulation werden im Sender die Si­ gnale der Unterträger zuerst differentiell und an­ schließend frequenzdifferentiell vorcodiert und dann im Empfänger zuerst differentiell und anschließend frequenz­ differentiell demoduliert. Die doppelte differentielle Mo­ dulation kann auch sende- wie empfängerseitig zuerst durch eine frequenzdifferentielle und eine anschließende diffe­ rentielle Modulation durchgeführt werden.In a further exemplary embodiment according to FIG. 3, an arrangement at the transmitting and receiving ends is specified, in which both data symbols of a subcarrier, which are consecutive in time, and data of neighboring subcarriers are linked to one another. For example, in the subcarrier k + 1 of the transmitter, data which are transmitted in phase difference between two successive data symbols are given to the multiplier data of the subcarriers k-1, k on a multiplier. This multiplied, complex signal of the subcarrier k + 1 is multiplied by the conjugate complex signal of the subcarrier k multi. This multiplied signal with the conjugate complex, time-delayed signal is then passed to another multiplier. With this double differential modulation, the signals of the subcarriers are precoded differentially in the transmitter and then frequency differential and then in the receiver first differentially and then frequency differentially demodulated. The double differential modulation can also be carried out first on the transmitter and receiver side by means of a frequency differential and a subsequent differential modulation.

Die doppelt differentielle Modulation bietet gegenüber der konventionellen differentiellen Modulation und auch gegen­ über der frequenzdifferentiellen Modulation den entschei­ denden Vorteil, daß sie weder die Annahme einer zeitlichen Invarianz noch einer Frequenzinvarianz der kanalbedingten Phasendrehung benötigt, sondern den Kanalphasenverlauf über der Zeit und Frequenz durch eine Ebene approximiert. Diese Approximation ist bei Funkkanälen deutlich besser als die Approximation durch einen über der Zeit bzw. der Frequenz konstanten Phasenverlauf.The double differential modulation offers compared to the conventional differential modulation and also against the decision about the frequency differential modulation the advantage that they are neither the assumption of a temporal Invariance of a frequency invariance of the channel-related Phase shift required, but the channel phase curve approximated by a plane over time and frequency. This approximation is significantly better for radio channels than the approximation by one over time or Frequency constant phase curve.

Claims (5)

1. Mehrkanal-Modulationsverfahren, bei dem der Datenstrom auf mehrere Unterträger aufgeteilt wird, die im Frequenz­ bereich nebeneinander liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten in Phasendifferenz benachbarter Unterträger übertragen werden.1. Multi-channel modulation method, in which the data stream is divided into several subcarriers that lie next to one another in the frequency range, characterized in that the data are transmitted in phase difference between adjacent subcarriers. 2. Mehrkanal-Modulationsverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten in Pha­ sendifferenz benachbarter Unterträger und in Phasendiffe­ renz zeitlich aufeinanderfolgender Datensymbole in dem je­ weiligen Unterträger übertragen werden.2. Multi-channel modulation method according to the generic term of Claim 1, characterized in that the data in Pha transmission difference between neighboring subcarriers and in phase differences limit of chronologically consecutive data symbols in each case because of the subcarrier. 3. Empfänger- und Senderanordnung für ein Mehrkanal-Modu­ lationsverfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß empfangs- und sendeseitig in jedem Unterträger mindestens ein Multiplikator enthalten ist, der die Daten benachbarter Unterträger verknüpft.3. Receiver and transmitter arrangement for a multi-channel module lation method according to claims 1 and 2,  characterized in that the receiving and transmitting sides in each subcarrier contain at least one multiplier that links the data of neighboring subcarriers. 4. Empfänger- und Senderanordnung für ein Mehrkanal-Modu­ lationsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß empfangs- und sendeseitig in jedem Unterträger ein Multiplikator enthalten ist, der die Daten zweier zeitlich aufeinanderfolgender Datensymbole im jeweiligen Unterträger verknüpft und daran an­ schließend ein weiterer Multiplikator angeordnet ist, der die Daten benachbarter Unterträger ver­ knüpft.
4. Receiver and transmitter arrangement for a multi-channel modulation process according to claim 2, characterized in that
  • - That the receiving and transmitting side contains a multiplier that links the data of two chronologically consecutive data symbols in the respective subcarrier and then arranged a further multiplier that links the data of neighboring subcarriers.
5. Empfänger- und Senderanordnung für ein Mehrkanal-Modu­ lationsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß empfangs- und sendeseitig in jedem Unterträger ein Multiplikator enthalten ist, der die Daten benachbarter Unterträger verknüpft und daran anschließend ein weiterer Multiplikator angeordnet ist, der die Daten zweier zeit­ lich aufeinanderfolgender Datensymbole im jeweiligen Un­ terträger verknüpft.5. Receiver and transmitter arrangement for a multi-channel module lation method according to claim 2, characterized in that on the receiving and transmitting side in each subcarrier Multiplier is included which is the data neighboring Subcarriers linked and then another Multiplier is arranged, the data two times consecutive data symbols in the respective Un subcarrier linked.
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