DE10112525A1 - Sender und Empfänger für eine störsichere Übertragung über einen Übertragungskanal mit maximal zulässiger spektraler Leistungsdichte - Google Patents

Abstract

Ein Sender zum Senden von Informationen über einen Übertragungskanal (10) mit einem Übertragungsband, wobei der maximale Wert der spektralen Leistungsdichte eines Senderausgangssignals in zumindest einem Teilband des Übertragungsbandes vorgegeben ist, umfaßt eine Sendereingangsstufe (14) zum Erhalten von Informationen mit einer Datenrate. Informationen werden in eine Verarbeitungseinrichtung (20) zum Verarbeiten der Informationen eingespeist, um das Senderausgangssignal an einem Ausgang (12) des Senders zu erzeugen. Die Verarbeitungseinrichtung (20) umfaßt einen Modulator (22) zum Modulieren der Informationen mit einem Modulationsverfahren, das dazu führt, daß die spektrale Leistungsdichte eine Modulatorausgangssignals von der Datenrate abhängt. Die Verarbeitungseinrichtung (20) umfaßt ferner eine Verstärkungseinrichtung (24) zum Verstärken eines Modulatoreingangssignals und/oder des Modulatorausgangssignals, falls eine kleinere als die maximale Datenrate vorliegt, derart, daß das Senderausgangssignal in dem zumindest einen Teilband des Übertragungskanals eine spektrale Leistungsdichte hat, die kleiner oder gleich dem maximal zulässigen Wert ist, und die größer als in dem Fall ist, in dem keine Verstärkungseinrichtung vorhanden ist. Somit wird auch im Falle einer Übertragung von Informationen mit einer kleineren als der maximal zulässigen Datenrate das maximal erreichbare Signal/Rausch-Verhältnis am Empfänger sichergestellt, was sich wiederum in einer störsichereren ...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Nachrichtenübertragung und insbesondere auf die Nachrichten­ übertragung über einen Übertragungskanal mit einem Übertra­ gungsband, wobei der maximale Wert der spektralen Leistungs­ dichte eines Senderausgangssignals in zumindest einem Teil­ band des Übertragungsbands vorgegeben ist.

In Codemultiplexsystemen, Frequenzmultiplexsystemen oder auch Zeitmultiplexsystemen wird die spektrale Leistungsdich­ te eines Senderausgangssignals durch die verwendeten Codier- und Modulationsverfahren bestimmt. Zusätzlich existiert bei solchen üblicherweise digitalen Übertragungssystemen übli­ cherweise die Eigenschaft, daß die spektrale Leistungsdichte des Senderausgangssignals von der übertragenen Datenrate ab­ hängt, wobei diese Abhängigkeit in vielen Fällen sogar pro­ portional ist.

In solchen Übertragungssystemen ist oft nicht die absolute Sendeleistung des Senders selbst beschränkt, sondern die spektrale Leistungsdichte des Sendesignals in bestimmten Teilbändern des Übertragungskanals. Die in solchen Übertra­ gungssystemen zu übertragende Datenrate ist oftmals nicht konstant sondern schwankt für gewöhnlich sehr stark, abhän­ gig von den gesendeten Daten.

Darüberhinaus schwankt bei bestimmten Systemanwendungen die im Übertragungskanal oder in einzelnen Teilkanälen auftre­ tende Störleistung unter Umständen sehr stark.

Beispielsweise sei hier der interferenzgestörte xDSL-Kanal (DSL = Digital Subscriber Line) sowie der PLC-Kanal (PLC = Power Line Communication) genannt.

Im interferenzgestörten xDSL-Kanal werden solche Störungen durch die Übertragung in übersprechenden Adernpaaren verur­ sacht. Im PLC-Kanal entstehen Störungen durch die Anschal­ tung eines Störungen emittierenden Generators oder Verbrau­ chers.

Werden solche Störungen systemintern verursacht, wie es beispielsweise beim Übersprechen im xDSL-Kanal der Fall ist, so können diese Störungen durch ein geeignetes zentrales Systemmanagement entweder unterbunden werden oder auf ein Maß beschränkt werden, welches noch eine eingeschränkte Datenkommunikation innerhalb des Systems ermöglicht. Ein derartiges zentrales Systemmanagement verursacht jedoch so­ wohl einen beträchtlichen Implementierungs- und Verwaltungs­ aufwand in der Systemsteuerung als auch einen nicht zu ver­ nachlässigenden Protokoll- und Steuer-Overhead bei der Über­ tragung zwischen einer Zentraleinheit und verschiedenen End­ geräten.

Wird als Codierungs- und Modulationsverfahren für die Über­ tragung ein Vielträgerverfahren verwendet, so erfordert die störungsarme Belegung der einzelnen Teilkanäle und die ge­ eignete Wahl der Codierverfahren in den Teilkanälen eben­ falls einen entsprechenden Organisationsaufwand. Der für die Organisation erforderliche Protokoll-Overhead bedarf meist einer besonderen Sicherung gegen Übertragungsfehler und steht für die Übertragung von Nutzdaten, d. h. einer Pay­ load, nicht mehr zur Verfügung. Zusätzlich bewirkt ein der­ artiger Overhead eine entsprechende Verzögerung der Übertra­ gung.

Werden die Störungen hingegen systemextern verursacht, wie es beispielsweise bei der Anschaltung eines Störungen emit­ tierenden Generators oder Verbrauchers im PLC-Kanal der Fall ist, so müssen diese Störungen hingenommen werden. Nachdem übliche digitale Codierverfahren, wie z. B. eine 2-QAM-, eine 4-QAM- oder eine 8-QAM-Codierung, immer ein von der Ordnung des Codierverfahrens abhängiges Signal/Rausch- Verhältnis am Empfänger erfordern, um einen Empfang mit ei­ ner bestimmten Bitfehlerrate zu garantieren, muß im Falle von zunehmenden Störungen im Kanal die Übertragungsrate ab­ gesenkt werden, um das Grenz-Signal/Rausch-Verhältnis am Empfänger zu erfüllen. In anderen Worten ausgedrückt erfor­ dert ein 2-QAM-Codierverfahren im Sender ein bestimmtes Grenz-Signal/Rausch-Verhältnis im Empfänger. Ein 4-QAM- Codierverfahren benötigt, um einen Empfang mit einer maximal zulässigen Bitfehlerrate zu garantieren, hingegen ein deut­ lich größeres Signal/Rausch-Verhältnis am Empfänger. Allge­ mein kann festgehalten werden, daß mit zunehmender Ordnung des Codierverfahrens auch das am Empfänger erforderliche Si­ gnal/Rausch-Verhältnis ansteigt, das erforderlich ist, um eine Empfangssicherheit mit einer maximal zulässigen Bitfeh­ lerrate sicherzustellen.

Tritt in einem PLC-Kanal auf einmal eine Störung auf, welche dazu führt, daß die Rauschleistung zunimmt, so muß auf ein niederstufigeres Codierverfahren umgeschaltet werden, bei­ spielsweise von 8-QAM auf 2-QAM. Dann besteht die Hoffnung, daß das für die 2-QAM-Codierung verlangte Signal/Rausch-Ver­ hältnis trotz der vergrößerten Störleistung im Kanal noch erfüllt wird. An diesem Beispiel ist zu sehen, daß durch Umschalten von 8-QAM auf 2-QAM die Datenrate um den Faktor 4 abgefallen ist, da ein Sendesymbol im Falle von 2-QAM nur noch zwei Informationseinheiten darstellt, während das glei­ che Sendesymbol im Falle von Acht-QAM noch acht Informa­ tionseinheiten dargestellt hatte.

Herkömmliche Systeme nach dem Stand der Technik sind emp­ findlich gegen derartige Störungen, da sie jedem Bit Teil­ informationen in jeweils einem Teilkanal, entweder in Form von zeitlich sequentiellen Samples bei PAM-verwandten Systemen oder auf einzelnen Trägerfrequenzen bei herkömm­ lichen Vielträgersystemen, isoliert übertragen und aus­ werten.

Bekannte Codemultiplexsysteme oder Spreizspektrumsysteme sind bezüglich dieser Störungen ebenfalls unvorteilhaft, da sie jeder Information bzw. jedem Bit Informationen unabhän­ gig von der aktuellen Störsituation und der zu übertragenden Informationsrate immer genau eine bestimmte Energie bei der Modulation zuweisen.

Dies kann dazu führen, daß bei Auftreten von Störungen oft nicht einmal wenigstens bestimmte Teilinformationen, wie z. B. Steuerinformationen, für eine kontrollierte Unterbrechung der eigentlichen Übertragung, sicher zwischen den Kommunika­ tionspartnern ausgetauscht werden können.

Üblicherweise ist die maximal zulässige spektrale Leistungs­ dichte eines Senderausgangssignals durch Kanalspezifikatio­ nen vorgegeben, welche beispielsweise von staatlichen Stel­ len herausgegeben werden. Ein anderer Grund zur Festlegung von maximal zulässigen spektralen Leistungsdichten in bestimmten Frequenzbereichen besteht darin, die Nachbarka­ nalstörungen zu minimieren bzw. so klein zu halten, daß, wenn in einem Frequenzteilband mit einer maximal zulässigen spektralen Leistungsdichte gesendet wird, auch im Nachbar­ frequenzteilband noch eine zuverlässige Übertragung möglich ist.

Andererseits ist eine hohe Sendeleistung erstrebenswert, da sie bei gleichbleibender Rauschleistung im Kanal unmittelbar zur Erhöhung des Signal/Rausch-Verhältnisses am Empfänger beiträgt. Wird nun beispielsweise aufgrund der oben angege­ benen Gründe oder aufgrund anderer Gründe, z. B. einer schwankenden Datenrate, die aufgrund des Wesens der zu übertragenden Informationen schwankt, wie beispielsweise einer Live-Übertragung, das Kommunikationssystem mit einer geringeren als der maximal zulässigen Datenrate betrieben, so wird die maximal zulässige spektrale Leistungsdichte im Übertragungskanal nicht ausgenutzt.

Anders ausgedrückt korrespondiert eine maximale Übertra­ gungs- bzw. Datenrate mit der maximal zulässigen spektralen Leistungsdichte aufgrund der Abhängigkeit zwischen Datenrate und Leistung des Senderausgangssignals. Bei einem Frequenz­ multiplexverfahren existiert dieser Zusammenhang auch fre­ quenzselektiv, derart, daß, wenn in einem Einzelkanal gerade weniger Informationen zu übertragen sind als durch die maxi­ male Datenrate vorgegeben, auch die spektrale Leistungsdich­ te in diesem Frequenzband, in dem der Einzelkanal übertragen wird, abfällt. Durch diesen Abfall wird die spektrale Lei­ stungsdichte des Senderausgangssignals in diesem Kanal klei­ ner als die maximal zulässige spektrale Leistungsdichte in diesem Teilkanal, so daß gewissermaßen systemimmanent und abhängig von der aktuellen Datenrate das Signal/Rausch-Ver­ hältnis am Empfänger abnimmt, da bei gleicher Rauschleistung die Signalleistung reduziert worden ist.

Dasselbe trifft für Spreizspektrumsysteme zu, bei denen be­ kanntlich jedes Bit an Informationen durch Multiplikation mit einer Spreizsequenz energiemäßig über das gesamte Fre­ quenzband verteilt wird. Dieses Prozedere wird für mehrere Kanäle durchgeführt, wobei jedoch, um die Signale im Empfän­ ger wieder trennen zu können, die einzelnen Spreizsequenzen der Informationskanäle möglichst genau orthogonal zueinander sein sollten. Wird somit in zumindest einem Teilkanal die Datenrate abgesenkt, so führt dies insgesamt zu einer Abnah­ me der spektralen Leistungsdichte des Senderausgangssignals, was wiederum dazu führt, daß das Signal/Rausch-Verhältnis am Empfänger ohne Not abfällt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine störsicherere Übertragung über einen Übertragungskanal zu schaffen, für den Spezifikationen hinsichtlich der spektra­ len Leistungsdichte existieren.

Diese Aufgabe wird durch einen Sender nach Patentanspruch 1, durch einen Empfänger nach Patentanspruch 12, durch ein Ver­ fahren zum Senden nach Patentanspruch 15 oder durch ein Verfahren zum Empfangen nach Patentanspruch 16 gelöst.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß für Kommunikationssysteme, bei denen die spektrale Lei­ stungsdichte des Senderausgangssignals von der übertragenen Datenrate abhängt, zur Erhöhung des Signal/Rausch-Verhält­ nisses am Empfänger und damit zu einer störsichereren Über­ tragung das Senderausgangssignal frequenzselektiv oder ins­ gesamt verstärkt werden muß, um möglichst immer ein Sender­ ausgangssignal bereitzustellen, dessen spektrale Leistungs­ dichte gleich dem durch den Übertragungskanal vorgegebenen maximal zulässigen Wert ist oder zumindest größer ist als in dem Fall, in dem die Erfindung nicht zum Einsatz kommt, in dem also die Abhängigkeit der spektralen Leistungsdichte des Senderausgangssignals von der übertragenen Datenrate voll vorhanden ist.

Mit anderen Worten wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Abhängigkeit der spektralen Leistungsdichte des Senderaus­ gangssignals von der übertragenen Datenrate verringert und bevorzugterweise vollständig eliminiert. Hierzu wird auf einfache und leicht implementierbare Art und Weise entweder das Eingangssignal in den Modulator oder das Ausgangssignal aus dem Modulator bevorzugterweise multiplikativ verstärkt, und zwar unter Verwendung eines Multiplikationsfaktors, der von der übertragenen Datenrate bzw. von dem Verhältnis zwi­ schen übertragener Datenrate und maximal zulässiger Übertra­ gungsrate abhängt.

Der Multiplikationsfaktor kann beispielsweise mittels einer Nachschlagtabelle in Abhängigkeit von der aktuellen Übertra­ gungsrate bestimmt werden, oder aber durch eine Rückkopp­ lungssteuerung, derart, daß die Verstärkung des Modulator­ eingangssignals und/oder des Modulatorausgangssignals so ge­ regelt wird, daß das Senderausgangssignal eine spektrale Leistungsdichte hat, die gleich der durch den Kanal vorge­ gebenen maximal zulässigen spektralen Leistungsdichte ist.

Wird als Modulationsverfahren ein Frequenzmultiplexverfahren eingesetzt, so kann durch Manipulation des Eingangssignals in den Modulator, in dem die einzelnen Frequenzteilkanäle transparent sind, auch eine frequenzselektive Verstärkung erreicht werden, derart, daß Kanäle einzeln verstärkt wer­ den, oder daß Gruppen von benachbarten Kanälen verstärkt werden, oder daß sämtliche Kanäle gleich verstärkt werden, was den gleichen Effekt hat wie eine Verstärkung des Modu­ latorausgangssignals.

Im Falle eines Spreizspektrumsystems kann vor der Summation der einzelnen gespreizten Signale selektiv auf jeden Kanal zugegriffen werden, oder es kann am Ausgang des Summierers eine insgesamte Verstärkung des Kanals erreicht werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden zeich­ nungen detailliert erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Sen­ ders;

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Empfän­ gers;

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines OFDM-Systems mit unter­ schiedlichen Codierverfahren für verschiedene Ka­ näle und einer Vergleichmäßigung des Verlaufs der Rauschleistungsdichte in Sätzen von Teilkanälen, in dem das erfindungsgemäße Verfahren implementiert ist;

Fig. 4 einen an das OFDM-System von Fig. 3 angepaßten Emp­ fänger, in dem das erfindungsgemäße Konzept imple­ mentiert ist; und

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Spreizspektrum­ systems, in dem das erfindungsgemäße Konzept implementiert ist.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Sender zum Senden von Informationen über einen Übertragungskanal 10 mit einem Übertragungsband, wobei der maximal zulässige Wert der spek­ tralen Leistungsdichte eines Senderausgangssignals, das an einem Zweig 12 anliegt, in zumindest einem Teilband des Übertragungsbands vorgegeben ist. Der erfindungsgemäße Sen­ der umfaßt eine Sendereingangsstufe 14 zum Erhalten der zu übertragenden Informationen von einer Quelle 16 für Informa­ tionen. Der Sender umfaßt ferner eine Verarbeitungseinrich­ tung 20, welche im wesentlichen zwei miteinander verkoppelte Einheiten umfaßt, nämlich einen Modulator 22 und eine Ver­ stärkungseinrichtung 24.

Der Modulator implementiert ein solches Modulationsverfah­ ren, das dazu führt, daß die spektrale Leistungsdichte eines Modulatorausgangssignals von der übertragenen Datenrate ab­ hängt. Anders ausgedrückt existiert eine maximale Datenrate, bei der die spektrale Leistungsdichte des Modulatorausgangs­ signals in dem zumindest einen Teilband des Übertragungska­ nals gleich dem maximal zulässigen Wert ist.

Der Modulator kann beispielsweise einen Block zum Durchfüh­ ren einer inversen Fourier-Transformation im Falle einer OFDM-Modulation sein (OFDM = Orthogonal Frequency Division Multiplex). Der Modulator kann jedoch auch jedes andere Frequenzmultiplex-Modulationsverfahren implementieren, bei dem zumindest in einem Frequenzkanal die spektrale Lei­ stungsdichte von der über diesen Frequenzeinzelkanal über­ tragenen Informations- bzw. Datenrate abhängt.

Der Modulator kann, wie es am Beispiel von Fig. 5 gezeigt wird, auch ein CDMA-Modulator (CDMA = Code Division Multi­ plex Access) sein, wobei dieses Verfahren auch als Spreiz­ spektrumverfahren oder "Spread Spectrum"-Verfahren bezeich­ net wird.

Selbstverständlich könnte der Modulator auch ein TDMA-Modu­ lator (TDMA = Time Division Multiplex Access) sein, bei dem die einzelnen Informationskanäle in einzelnen Zeitschlitzen übertragen werden. Hier findet ebenso wie im Codemultiplex­ verfahren eine Verteilung der Energie jedes Bits über die gesamte Bandbreite des Übertragungskanals statt, so daß auch hier die spektrale Leistungsdichte des Senderausgangssignals unmittelbar von der zu übertragenden Datenrate abhängt.

Die Verstärkungseinrichtung 24 ist vorzugsweise als Multi­ plikator mit gesteuertem Multiplikationsfaktor ausgeführt, um eine Verstärkung entweder des Modulatoreingangssignals herbeizuführen, wie es durch einen Pfeil 24a in Fig. 1 dar­ gestellt ist, oder aber eine Verstärkung des Modulatoraus­ gangssignals herbeizuführen, wie es durch einen Pfeil 24b in Fig. 1 dargestellt ist. Für Fachleute ist es offensichtlich, daß auch sowohl das Modulatoreingangssignal als auch das Modulatorausgangssignal verstärkt werden können, was jedoch im Vergleich zu einer Verstärkung entweder des Modulator­ eingangssignals (Zweig 24a) oder des Modulatorausgangs­ signals (Zweig 24b) einen Mehraufwand bedeuten kann.

Die Verstärkungseinrichtung 24 wird einen Multiplikations­ faktor größer als 1 liefern, wenn die übertragene Datenrate kleiner als die maximale Datenrate ist, bei der die spektra­ le Leistungsdichte entweder frequenzselektiv oder insgesamt ihre maximale zulässigen Werte bzw. ihren maximal zulässigen Wert hat. Die Datenrate kann beispielsweise aus dem Aus­ gangssignal der Eingangsstufe 14 mittels einer Datenraten­ ermittlungseinrichtung 26 ermittelt werden. Die Datenrate könnte jedoch ebenfalls vom Modulator direkt beispielsweise in eine Nachschlagtabelle eingegeben werden, in der einer bestimmten Datenrate immer ein bestimmter Multiplikations­ faktor zugeordnet ist. Alternativ könnte die Datenrate auch aus dem Senderausgangssignal am Ausgang 12 der Verarbei­ tungseinrichtung 20 abgenommen werden. Hierbei empfiehlt es sich jedoch eher, die spektrale Leistungsdichte des Sender­ ausgangssignals direkt zu messen und den Multiplikationsfaktor bzw. die einzelnen Multiplikationsfaktoren rückkopp­ lungsmäßig zu steuern, derart, daß die spektrale Leistungs­ dichte des Senderausgangssignals am Zweig 12 in Fig. 1 immer so groß als möglich ist, so daß das Signal/Rausch-Verhältnis am Empfänger immer so groß als möglich ist.

Das erfindungsgemäße Senderkonzept liefert also die Mög­ lichkeit, Informationen, die mit einer Informationsrate kleiner als der maximalen Informationsrate übertragen wer­ den, durch Erhöhung der Amplitude des Sendesignals oder durch Erhöhung der Amplituden von Teilen des Sendesignals vorzugsweise mittels einer einfachen Multiplikation mit einem Faktor entsprechend störsicherer zu übertragen.

In Fällen einer niedrigeren als der maximal möglichen Über­ tragungsrate wird somit zur Erhöhung der Zuverlässigkeit der Übertragung mittels einfacher Multiplikation des Senderaus­ gangssignals dieses in seiner Amplitude so weit angehoben, daß sich die maximal zulässige spektrale Leistungsdichte des Senderausgangssignals wieder einstellt. Um diesen Multipli­ kationsfaktor, welcher wie oben ausgeführt adaptiv in Ab­ hängigkeit der Übertragungsrate einstellbar ist, erhöht sich am Empfänger das Nutzsignal/Störsignal-Verhältnis und damit die Zuverlässigkeit der Übertragung.

Wie es weiter hinten ausgeführt werden wird, kann diese An­ hebung des Sendesignals durch Multiplikation je nach vorlie­ gender Störung und zu übertragender Informationsrate z. B. entweder in einzelnen Teilkanälen, oder in Gruppen von be­ nachbarten Teilkanälen oder aber auch in allen Teilkanälen je nach Bedarf vorgenommen werden.

Je nach Ausführungsform des speziellen verwendeten Empfän­ gers umfaßt der Sender, der in Fig. 1 gezeigt ist, einen Hilfskanalsausgang 30, über den beispielsweise die Multipli­ kationsfaktoren und die Kanäle, in denen multipliziert wor­ den ist, übertragen werden können. Dies stellt sicher, daß ein Empfänger unter Verwendung der Hilfskanalinformationen gewissermaßen als Seiteninformationen die entweder frequenz­ selektive oder insgesamte Verstärkung bzw. kanalselektive Verstärkung im Sender wieder rückgängig machen kann. Bei Mo­ dulationsverfahren, bei denen es auf die Amplitude der emp­ fangenen Signale ankommt, muß die im Sender durch die vor­ liegende Erfindung eingefügte "Verzerrung" selbstverständ­ lich im Empfänger wenigstens teilweise rückgängig gemacht werden. Erstrebenswert ist in solchen Fällen eine vollstän­ dige Rückgängigmachung, jedoch auch eine teilweise Rück­ gängigmachung führt zwar noch zu einer gewissen Restverzer­ rung, der Nutzen an Erhöhung des Signal/Rausch-Verhältnisses bleibt jedoch bestehen.

Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines erfin­ dungsgemäßen Empfängers. Zum Verständnis ist in Fig. 2 wie­ der der Übertragungskanal 10 gezeigt. Im Betrieb ist der Empfänger über seine Eingangsstufe 40 mit dem Übertragungs­ kanal gekoppelt. Die Eingangsstufe 40 enthält beispielsweise die für die HF-Frequenzumsetzung erforderlichen Bauteile. Wird eine Basisbandübertragung verwendet, so entfallen sol­ che Komponenten selbstverständlich.

Der Empfänger umfaßt ferner einen Demodulator 42, welcher ein Demodulationsverfahren ausführt, das an das sendersei­ tige Modulationsverfahren angepaßt ist. Wird beispielsweise eine OFDM-Kommunikationstechnik verwendet, so ist der Modu­ lator 22 bekanntlich als Einrichtung zum Durchführen einer inversen Fourier-Transformation ausgeführt. In diesem Fall wäre der Demodulator 42 im Empfänger (Fig. 2) als Einrich­ tung zum Ausführen einer Fourier-Transformation ausgestal­ tet. Aus der Technik sind zueinander korrespondierende an­ dere Modulatoren und Demodulatoren bekannt. Der Empfänger umfaßt ferner eine Dämpfungseinrichtung zum zumindest teil­ weisen Rückgängigmachen der senderseitigen Verstärkung des Signals. Die Dämpfungseinrichtung 44 ist angeordnet, um je nach Verstärkungsfaktor ein Eingangssignal in den Demodu­ lator 42 und/oder ein Ausgangssignal aus dem Demodulator 42 zu dämpfen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel für den Empfänger wird die Dämpfungseinrichtung 44 über einen Hilfskanal 46 gesteuert, welcher über die Eingangsstufe 40 aus den über den Übertragungskanal 10 übertragenen Informationen extra­ hiert wird. Der Hilfskanal 46 im Empfänger liefert somit die in den Hilfskanal 30 (Fig. 1) vom Sender eingespeisten In­ formationen.

Der Empfänger kann somit entweder über den Hilfskanal 46 In­ formationen über eine in dem Sender vorgenommene Signalan­ hebung erhalten, oder er kann sich adaptiv, beispielsweise durch Training an den Symbolen der übermittelten Informatio­ nen, auf den Faktor der vorgenommenen Signalanhebung ein­ stellen.

Alternativ könnte jedoch auch ein herkömmlicher Empfänger völlig ohne jegliche Modifikationen verwendet werden, wenn der Empfänger zur Decodierung der Informationssymbole eine Hard Decision durchführt. Eine Hard Decision kann beispiels­ weise in Verbindung mit einem 2-QAM- oder einem Vier-QAM- Codierverfahren zum Einsatz kommen.

Hier zeigt sich ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, wel­ cher darin besteht, daß das Signal/Rausch-Verhältnis am Emp­ fänger mit minimalen Eingriffen in den Sender und unter be­ stimmten Voraussetzungen mit überhaupt keinem Eingriff in einen bestehenden herkömmlichen Empfänger deutlich verbes­ sert werden kann.

Im nachfolgenden wird auf Fig. 3 eingegangen, wobei Fig. 3 eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens am Beispiel eines OFDM-Senders darstellt. Der in Fig. 3 gezeigte Sender enthält zu übertragende Informationen mit einer bestimmten Übertragungsrate von der Quelle 16 von Informationen. Er enthält eingangsseitig, wie es in der Technik bekannt ist, in der Eingangsstufe einen Seriell/Parallel-Wandler 50, wel­ cher die zu übertragenden Informationen auf einzelne Teilkanäle 52a, . . ., 52n verteilt. Der Sender in Fig. 3 enthält ferner als Modulator 22 eine Einrichtung zum Durchführen einer inversen diskreten Fourier-Transformation. Die Ver­ stärkungseinrichtung 24 enthält eine Einrichtung zum Steuern des Verstärkungsfaktors 24a sowie verschiedene Multiplika­ tionsstellen 24b, 24b' und 24b".

Fig. 3 zeigt die Anwendung des erfindungsgemäßen Konzepts auf einen Sender, welcher in der internationalen Patentan­ meldung PCT/EP99/08134 ausführlich dargestellt ist. Ein sol­ cher OFDM-Sender umfaßt eine Mehrzahl von Codierern, von denen aus Übersichtlichkeitsgründen in Fig. 3 lediglich zwei gezeigt sind, nämlich einen ersten Codierer 54a und einen zweiten Codierer 54b. Die Codierer führen bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel eine QAM-Codierung durch, wobei sich die Ordnung des QAM-Codierverfahrens, welches von den beiden Codierern 54a und 54b ausgeführt wird, unter­ scheidet. So führt beispielsweise der Codierer 1 für die drei unteren Kanäle ein 16-QAM-Verfahren durch, während der Codierer 54b für die höheren drei Teilkanäle z. B. ein 8- QAM-Codierverfahren durchführt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Darstellung in Fig. 3 lediglich schematisch ist und die angegebenen Ordnungen der Codierverfahren lediglich beispielhaft sind. In der Realität könnten wesentlich mehr als zwei Codierer vorhanden sein.

Der OFDM-Sender, der in Fig. 3 gezeigt ist, umfaßt ferner eine Mehrzahl von Kombinationseinrichtungen, von denen in Fig. 3 aus Übersichtlichkeitsgründen lediglich zwei gezeigt sind, nämlich eine Kombinationseinrichtung 56a und eine Kombinationseinrichtung 56b. Die Kombinationseinrichtungen dienen dazu, den Verlauf der Rauschleistungsdichte unter einzelnen Teilkanälen, welche das gleiche Codierverfahren erhalten haben, zu vergleichmäßigen. Durch Vergleichmäßigung der Verlaufs der Rauschleistungsdichte bzw. Störleistungs­ dichte bzw. durch Vergleichmäßigung des Signal/Rausch-Ver­ hältnisses in jeweiligen Sätzen von Teilkanälen eines ge­ störten Übertragungskanals bzw. durch die Verteilung der zu übertragenden Informationen in Sätzen von Teilkanälen eines Gesamtübertragungskanals läßt sich eine bessere Ausnutzung der verfügbaren Kapazität des Übertragungskanals erzielen, um eine Erhöhung der Zuverlässigkeit der übertragenen In­ formationen zu erreichen. Alternativ kann jedoch durch das in der PCT/EP99/08134 beschriebene Konzept des Kombinierens von einzelnen Teilkanälen auch eine höhere Übertragungsrate bei gleichbleibendem Signal/Rausch-Verhältnis am Empfänger erzielt werden.

Fig. 3 soll die verschiedenen Möglichkeiten zeigen. So wird durch die Einrichtung 24b erreicht, daß die einzelnen Kanä­ le, welche mit dem gleichen Codierverfahren beaufschlagt worden sind, auch mit dem gleichen Verstärkungsfaktor beauf­ schlagt werden. Hier handelt es sich somit um eine Möglich­ keit, ein Eingangssignal in den Modulator 22 zu verstärken. Alternativ soll die Einrichtung 24b' verdeutlichen, daß auch jeder einzelne Teilkanal völlig frequenzselektiv verstärkt werden kann. Eine völlig frequenzselektive Verstärkung könn­ te prinzipiell auch vor den beiden Codierern 54a und 54b stattfinden, ist jedoch an dieser Stelle aufgrund des noch nachfolgenden Codierverfahrens nicht immer sinnvoll.

Wird keine frequenzselektive Erhöhung der spektralen Lei­ stungsdichte des Senderausgangssignals gewünscht, sondern soll das Senderausgangssignal insgesamt verstärkt werden, so kann auch das Modulatorausgangssignal durch die Einrichtung 24b" verstärkt werden.

Fig. 4 zeigt den zu Fig. 3 korrespondierenden OFDM-Empfän­ ger. Derselbe umfaßt wieder eine Eingangsstufe 40 und als Demodulator eine Einrichtung 42 zum Durchführen einer Fourier-Transformation, welche beispielsweise als diskrete Fourier-Transformation (DFT) ausgeführt sein kann. Ferner wird das durch die Einrichtungen 56a und 56b im Sender (Fig. 3) eingeführte Kombinieren durch entsprechende inverse Kom­ binierer 60a und 60b rückgängig gemacht. Darüberhinaus wird das durch die Einrichtungen 54a und 54b im Sender von Fig. 3 durchgeführte Codieren im Empfänger mittels zweier Decodie­ rer 62a und 62b wieder rückgängig gemacht, um schließlich am Ausgang der Decodierer durch eine Parallel/Seriell-Wandlung 64 die Informationen wieder zu erhalten, welche dann an eine Informationssenke 66 ausgegeben werden. In Fig. 4 ist ferner die Dämpfungseinrichtung (Block 44 in Fig. 2) gezeigt, und zwar aufgeteilt in eine Einrichtung 44a zum Steuern des Dämpfungsfaktors sowie in Einrichtungen 44b", 44b' und 44b, um entweder das Eingangssignal in den Demodulator 42 (Block 44b") oder das Ausgangssignal aus dem Demodulator (Blöcke 44b' und 44b) entsprechend dämpfen zu können. Der Dämpfungs­ faktor, welcher im Falle der Verwendung von Multiplikatoren eine Zahl kleiner 1 ist, kann, wie es bezugnehmend auf Fig. 2 beschrieben worden ist, erhalten werden. Aus der Gegen­ überstellung des Senders in Fig. 3 und des Empfängers in Fig. 4 wird deutlich, daß im Falle des Verwendens der Ein­ richtung 24b" im Sender die Einrichtung 44b" im Empfänger vorgesehen werden muß. Wird im Sender dagegen lediglich die Einrichtung 24b' zum Multiplizieren einzelner Kanäle verwen­ det, so muß die dazu korrespondierende Einrichtung 44b' im Empfänger vorgesehen werden. Dasselbe trifft für die Ein­ richtung 44b im Empfänger zu, die mit der Einrichtung 24b im Sender korrespondiert.

Im nachfolgenden wird auf Fig. 5 eingegangen, in der die Anwendung des erfindungsgemäßen Konzepts auf ein Spreiz­ spektrumsystem gezeigt ist. Von der Informationsquelle 16 werden Informationen in Kanäle K1, K2, K3 geliefert. Der erfindungsgemäße Sender umfaßt wieder einen Modulator 22, welcher, wie es in der Technik bekannt ist, aus einem Mul­ tiplikator 70a, 70b und 70c für jeden Kanal besteht, wobei jedes Informationsbit mit einer für jeden Kanal speziell vorhandenen Pseudorauschsequenz PN1, PN2 bzw. PN3 beauf­ schlagt wird (PN = Pseudo Noise).

Die Verarbeitungseinrichtung des erfindungsgemäßen Senders umfaßt ferner auch in Fig. 5 eine Verstärkungseinrichtung, welche in eine Einrichtung zum Steuern des Multiplikators 24a und in Multiplikationseinrichtungen 24b bzw. 24b' aufge­ teilt ist. Durch die Einrichtung 24b können die Ausgangssi­ gnale des Modulators 22 selektiv verstärkt werden. Nach einer Summation mittels einer Summierereinrichtung 72, um das CDMA-Signal zu erzeugen, kann auch eine insgesamte Ver­ stärkung des CDMA-Signals, d. h. eine Anhebung der spektra­ len Leistungsdichte des CDMA-Signals über den gesamten Über­ tragungskanal, stattfinden.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß auch die Eingangssignale in den Modulator, also die Kanäle zwischen der Quelle 16 und dem Modulator 22, prinzipiell verstärkt werden können, was jedoch, wenn eine Normierung über die Pseudorauschsequenzen bzw. die Gewichtungseinrichtungen 70a bis 70c verwendet wird, keinen wesentlichen Vorteil bringt. Im Falle eines CDMA-Senders wird es daher bevorzugt, die Ausgangssignale des Modulators entweder unmittelbar nach dem Modulator oder nach dem Summierer zu verstärken.

Es sei darauf hingewiesen, daß der in Fig. 5 gezeigte Sender ebenfalls einen Hilfskanal haben könnte. Ferner sei darauf hingewiesen, daß ein erfindungsgemäßer CDMA-Empfänger analog zum Sender aufgebaut ist, wobei es für Fachleute in Hinblick auf die Gegenüberstellung von Fig. 1 und Fig. 2 bzw. Fig. 3 und Fig. 4 klar ist, wie ein zu Fig. 5 korrespondierender CDMA-Empfänger aufgebaut werden muß.

Das erfindungsgemäße Sender/Empfänger-Konzept ermöglicht es somit, auch unter ungünstigen Verhältnissen die Übertragung von Informationen mit einer Informationsrate, welche nur einem Bruchteil der maximalen Übertragungsrate entspricht, mit einer erhöhten Zuverlässigkeit sicherzustellen. Das Kon­ zept basiert auf einer adaptiven Erhöhung der spektralen Leistungsdichte des Sendesignals bis zu einem vorgegebenen Maximalgrenzwert, welcher durch den Übertragungskanal vor­ gegeben ist. Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Konzept nicht nur für die beschriebenen Modulator/Demodula­ tor-Algorithmen verwendet werden, sondern für jegliche Modulator/Demodulator-Algorithmen, bei denen die Energie der Senderausgangsleistung von der übertragenen Datenrate ab­ hängt.

Claims (16)

1. Sender zum Senden von Informationen über einen Übertra­ gungskanal (10) mit einem Übertragungsband, wobei der maximal zulässige Wert der spektralen Leistungsdichte eines Senderausgangssignals in zumindest einem Teilband des Übertragungsbandes vorgegeben ist, mit folgenden Merkmalen:
einer Sendereingangsstufe (14) zum Erhalten der Infor­ mationen mit einer Datenrate;
einer Verarbeitungseinrichtung (20) zum Verarbeiten der Informationen, um das Senderausgangssignal zu erzeugen, wobei die Verarbeitungseinrichtung folgende Merkmale aufweist:
einen Modulator (22) zum Modulieren der Informatio­ nen mit einem Modulationsverfahren, das dazu führt, daß die spektrale Leistungsdichte eines Modulator­ ausgangssignals von der Datenrate abhängt, wobei eine maximale Datenrate existiert, bei der die spektrale Leistungsdichte des Modulatorausgangssi­ gnals in dem zumindest einen Teilband des Übertra­ gungskanals (10) gleich dem maximal zulässigen Wert ist; und
eine Verstärkungseinrichtung (24) zum Verstärken eines Modulatoreingangssignals und/oder des Modula­ torausgangssignals im Falle einer kleineren als der maximalen Datenrate, derart, daß das Senderaus­ gangssignal in dem zumindest einen Teilband des Übertragungskanals eine spektrale Leistungsdichte hat, die kleiner oder gleich dem maximal zulässigen Wert ist, und die größer als in dem Fall ist, in dem keine Verstärkungseinrichtung (24) vorhanden ist.

2. Sender nach Anspruch 1, bei dem die Verstärkungsein­ richtung (24) angeordnet ist, um auf adaptive Art und Weise abhängig von der Datenrate, mit der die Informa­ tionen erhalten werden, den Grad der Verstärkung zu steuern.

3. Sender nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Verstär­ kungseinrichtung (24) als Multiplikator (24b, 24b', 24b") mit einem Multiplikationsfaktor ausgeführt ist, der größer als 1 ist.

4. Sender nach Anspruch 3, bei dem die Verstärkungsein­ richtung (24) eine Nachschlagtabelle (24a) aufweist, in der immer einer Datenrate ein Multiplikationsfaktor zu­ gewiesen ist.

5. Sender nach Anspruch 1, bei dem die Verstärkungsein­ richtung (24) ferner folgendes Merkmal aufweist:
eine Rückkopplungseinrichtung zum Bestimmen der spek­ tralen Leistungsdichte des Senderausgangssignals in dem zumindest einen Teilband und zum Steuern der Verstär­ kung, so daß der Grad der Verstärkung erhöht wird, falls die spektrale Leistungsdichte des Senderausgangs­ signals in dem zumindest einen Teilband kleiner als der maximal zulässige Wert ist.

6. Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Verstärkungseinrichtung (24) angeordnet ist, um das Modulatoreingangssignal und/oder das Modu­ latorausgangssignal so zu verstärken, daß die spektrale Leistungsdichte des Senderausgangssignals im gesamten Übertragungsband angehoben wird.

7. Sender nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Verstärkungseinrichtung (24) angeordnet ist, um das Modulatoreingangssignal und/oder das Modu­ latorausgangssignal so zu verstärken, daß die spektrale Leistungsdichte des Senderausgangssignals in einzelnen Teilbändern oder Gruppen von frequenzmäßig benachbarten Teilbänder unabhängig voneinander angehoben wird.

8. Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Sendereingang einen Seriell/Parallel-Wandler (50) mit einem Eingang, der mit der Quelle (16) von Informa­ tionen verbunden ist und mit einer Anzahl von Ausgängen aufweist, wobei die Anzahl der Ausgänge gleich der An­ zahl von Einzelkanälen ist,
bei dem der Modulator (22) eine Einrichtung zum Durch­ führen einer inversen Fourier-Transformation aufweist, um aus der Anzahl von Einzelkanälen ein Multiplex-Zeit­ signal zu erzeugen, und
bei dem die Verstärkungseinrichtung (24) angeordnet ist, um entweder jeden Informationskanal oder Gruppen von Informationskanälen zwischen dem Seriell/Parallel- Wandler und dem Modulator (22) selektiv zu verstärken, oder das Multiplex-Zeitsignal direkt zu verstärken (24b"), um das Senderausgangssignal zu liefern.

9. Sender nach Anspruch 8, bei dem die Verarbeitungsein­ richtung (20) folgende Merkmale aufweist:
einen ersten Codierer (54a), der dem Seriell/Parallel- Wandler (50) nachgeschaltet ist, zum Codieren einer ersten Gruppe von Einzelkanälen mit einer ersten Co­ diervorschrift;
einem zweiten Codierer (54b), der dem Seriell/Paral­ lel-Wandler (50) nachgeschaltet ist, zum Codieren einer zweiten Gruppe von Informationskanälen mit einer zwei­ ten Codiervorschrift;
einem ersten Kombinierer (56a) zum Kombinieren von Ein­ gangssignalen in den Kombinierer gemäß einer ersten Kombinationsvorschrift;
einem zweiten Kombinierer (56b) zum Kombinieren von Eingangssignalen gemäß einer zweiten Kombinationsvor­ schrift; und
wobei die Verstärkungseinrichtung (24b) zwischen den ersten Codierer (54a) und den ersten Kombinierer (56a) bzw. den zweiten Codierer (54b) und den zweiten Kombi­ nierer (56b) geschaltet ist.

10. Sender nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Modulator (22) ein Frequenzspreizungs-Modulator ist, welcher folgende Merkmale aufweist:
eine erste Gewichtungseinrichtung (70a) für einen er­ sten Informationskanal zum Gewichten des ersten Infor­ mationskanals mit einer ersten Codesequenz (PN1);
eine zweite Gewichtungseinrichtung (70b) für einen zweiten Informationskanal mit einer zweiten Codesequenz (PN2);
bei dem die Verarbeitungseinrichtung (20) einen Summie­ rer aufweist, um aus den einzelnen Informationskanälen ein Summenausgangssignal zu erzeugen; und
bei dem die Verstärkungseinrichtung (24) angeordnet ist, um die Ausgangssignale der Gewichtungseinrichtun­ gen einzeln oder gemeinsam und/oder das Ausgangssignal des Summierers zu verstärken.

11. Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wel­ cher ferner folgendes Merkmal aufweist:
einen Hilfskanalausgang (30) zum Übertragen von Informationen über den Übertragungskanal, wobei sich die In­ formationen darauf beziehen, welches Teilband des Sen­ derausgangssignals verstärkt worden ist, und/oder wie stark ein Teilband des Senderausgangssignals verstärkt worden ist.

12. Empfänger zum Empfangen eines Signals aus einem Über­ tragungskanal (10), wobei der maximal zulässige Wert der spektralen Leistungsdichte eines über den Übertra­ gungskanal übertragenen Signals in zumindest einem Teilband des Übertragungsbandes vorgegeben ist, wobei das Signal unter Verwendung eines Modulationsverfahrens erzeugt worden ist, das dazu führt, daß die spektrale Leistungsdichte eines durch das Modulationsverfahren erzeugten Signals Datenraten-abhängig ist, und wobei das Signal senderseitig derart verstärkt wurde, daß das Signal in dem zumindest einen Teilkanal des Übertra­ gungskanals eine spektrale Leistungsdichte hat, die kleiner oder gleich dem maximal zulässigen Wert ist und größer als in dem Fall ist, in dem es nicht verstärkt worden ist, wobei der Empfänger folgende Merkmale auf­ weist:
eine Eingangsstufe (40) zum Erhalten eines Signals aus dem Übertragungskanal (10);
einen Demodulator (42) zum Ausführen eines Demodula­ tionsverfahrens, das an das senderseitige Modulations­ verfahren angepaßt ist; und
eine Dämpfungseinrichtung (44) zum zumindest teilweisen Rückgängigmachen der senderseitigen Verstärkung des Signals, wobei die Dämpfungseinrichtung angeordnet ist, um je nach Verstärkung im Sender ein Eingangssignal und/oder ein Ausgangssignal aus dem Demodulator (22) zu dämpfen.

13. Empfänger nach Anspruch 12, der ferner folgendes Merkmal aufweist:
einen Hilfskanaleingang zum Empfangen und Auswerten ei­ nes Hilfskanals (46), welcher Verstärkungsinformationen über die senderseitig durchgeführte Verstärkung umfaßt; und
bei dem die Dämpfungseinrichtung (44) angeordnet ist, um abhängig von den Verstärkungsinformationen die sen­ derseitige Verstärkung zumindest teilweise rückgängig zu machen.

14. Empfänger nach Anspruch 12, bei dem die Dämpfungseinrichtung (44) angeordnet ist, um durch Training an durch das Signal übermittelten Symbolen adaptiv einen Dämpfungsgrad einzustellen.

15. Verfahren zum Senden von Informationen über einen Über­ tragungskanal (10) mit einem Übertragungsband, wobei der maximal zulässige Wert der spektralen Leistungs­ dichte eines Senderausgangssignals in zumindest einem Teilband des Übertragungsbandes vorgegeben ist, mit folgenden Schritten:
Erhalten (14) der Informationen mit einer Datenrate;
Verarbeiten der Informationen, um das Senderausgangs­ signal zu erzeugen, unter Verwendung folgender Schrit­ te:
Modulieren der Informationen mit einem Modulations­ verfahren, das dazu führt, daß die spektrale Lei­ stungsdichte eines Modulatorausgangssignals von der Datenrate abhängt, wobei eine maximale Datenrate existiert, bei der die spektrale Leistungsdichte des Modulatorausgangssignals in dem zumindest einen Teilband des Übertragungskanals (10) gleich dem maximal zulässigen Wert ist; und
Verstärken eines Modulatoreingangssignals und/oder des Modulatorausgangssignals im Falle einer klei­ neren als der maximalen Datenrate, derart, daß das Senderausgangssignal in dem zumindest einen Teil­ band des Übertragungskanals eine spektrale Lei­ stungsdichte hat, die kleiner oder gleich dem maxi­ mal zulässigen Wert ist, und die größer als in dem Fall ist, in dem keine Verstärkungseinrichtung (24) vorhanden ist.

16. Verfahren zum Empfangen eines Signals aus einem Über­ tragungskanal (10), wobei der maximal zulässige Wert der spektralen Leistungsdichte eines über den Übertra­ gungskanal übertragenen Signals in zumindest einem Teilband des Übertragungsbandes vorgegeben ist, wobei das Signal unter Verwendung eines Modulationsverfahrens erzeugt worden ist, das dazu führt, daß die spektrale Leistungsdichte eines durch das Modulationsverfahren erzeugten Signals Datenraten-abhängig ist, und wobei das Signal senderseitig derart verstärkt wurde, daß das Signal in dem zumindest einen Teilkanal des Übertra­ gungskanals eine spektrale Leistungsdichte hat, die kleiner oder gleich dem maximal zulässigen Wert ist und größer als in dem Fall ist, in dem es nicht verstärkt worden ist, wobei das Verfahren folgende Schritte auf­ weist:
Erhalten eines Signals aus dem Übertragungskanal (10);
Ausführen eines Demodulationsverfahrens, das an das senderseitige Modulationsverfahren angepaßt ist; und
zumindest teilweises Rückgängigmachen der senderseiti­ gen Verstärkung des Signals, wobei die Dämpfungsein­ richtung angeordnet ist, um je nach Verstärkung beim Senden ein Eingangssignal in den und/oder ein Ausgangssignal aus dem Demodulator (22) zu dämpfen.