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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Nachrichtenübertragung
und insbesondere auf die Nachrichtenübertragung über einen Übertragungskanal mit einem Übertragungsband, wobei
der maximale Wert der spektralen Leistungsdichte eines Senderausgangssignals
in zumindest einem Teilband des Übertragungsbands
vorgegeben ist.
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In
Codemultiplexsystemen, Frequenzmultiplexsystemen oder auch Zeitmultiplexsystemen
wird die spektrale Leistungsdichte eines Senderausgangssignals durch
die verwendeten Codier- und Modulationsverfahren
bestimmt. Zusätzlich
existiert bei solchen üblicherweise
digitalen Übertragungssystemen üblicherweise
die Eigenschaft, daß die spektrale
Leistungsdichte des Senderausgangssignals von der übertragenen
Datenrate abhängt,
wobei diese Abhängigkeit
in vielen Fällen
sogar proportional ist.
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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 Übertragungssystemen
zu übertragende
Datenrate ist oftmals nicht konstant sondern schwankt für gewöhnlich sehr stark,
abhängig
von den gesendeten Daten.
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Darüberhinaus
schwankt bei bestimmten Systemanwendungen die im Übertragungskanal oder
in einzelnen Teilkanälen
auftretende Störleistung
unter Umständen
sehr stark.
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Beispielsweise
sei hier der interferenzgestörte
xDSL-Kanal (DSL = Digital Subscriber Line) sowie der PLC-Kanal (PLC
= Power Line Communication) genannt.
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Im
interferenzgestörten
xDSL-Kanal werden solche Störungen
durch die Übertragung
in übersprechenden
Adernpaaren verursacht. Im PLC-Kanal entstehen Störungen durch
die Anschaltung eines Störungen-emittierenden
Generators oder Verbrauchers.
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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 sowohl einen beträchtlichen
Implementierungs- und Verwaltungsaufwand in der Systemsteuerung
als auch einen nicht zu vernachlässigenden
Protokoll- und Steuer-Overhead bei der Übertragung zwischen einer Zentraleinheit
und verschiedenen Endgeräten.
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Wird
als Codierungs- und Modulationsverfahren für die Übertragung ein Vielträgerverfahren verwendet,
so erfordert die störungsarme
Belegung der einzelnen Teilkanäle
und die geeignete Wahl der Codierverfahren in den Teilkanälen ebenfalls
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 Payload, nicht mehr zur Verfügung. Zusätzlich bewirkt
ein derartiger Overhead eine entsprechende Verzögerung der Übertragung.
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Werden
die Störungen
hingegen systemextern verursacht, wie es beispielsweise bei der
Anschaltung eines Störungen
emittierenden 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 einer bestimmten Bitfehlerrate zu garantieren,
muß im
Falle von zunehmenden Störungen
im Kanal die Übertragungsrate abgesenkt
werden, um das Grenz-Signal/Rausch-Verhältnis am Empfänger zu
erfüllen.
In anderen Worten ausgedrückt
erfordert 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 deutlich größeres Signal/Rausch-Verhältnis am
Empfänger.
Allgemein kann festgehalten werden, daß mit zunehmender Ordnung des
Codierverfahrens auch das am Empfänger erforderliche Signal/Rausch-Verhältnis ansteigt,
das erforderlich ist, um eine Empfangssicherheit mit einer maximal
zulässigen
Bitfehlerrate sicherzustellen.
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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, beispielsweise
von 8-QAM auf 2-QAM. Dann besteht die Hoffnung, daß das für die 2-QAM-Codierung
verlangte Signal/Rausch-Verhältnis
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
gleiche Sendesymbol im Falle von Acht-QAM noch acht Informationseinheiten
dargestellt hatte.
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Herkömmliche
Systeme nach dem Stand der Technik sind empfindlich gegen derartige
Störungen, da
sie jedem Bit Teilinformationen in jeweils einem Teilkanal, entweder
in Form von zeitlich sequentiellen Samples bei PAM-verwandten Systemen
oder auf einzelnen Trägerfrequenzen
bei herkömmlichen
Vielträgersystemen,
isoliert übertragen
und auswerten.
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Bekannte
Codemultiplexsysteme oder Spreizspektrumsysteme sind bezüglich dieser
Störungen
ebenfalls unvorteilhaft, da sie jeder Information bzw. jedem Bit
Informationen unabhängig
von der aktuellen Störsituation
und der zu übertragenden
Informationsrate immer genau eine bestimmte Energie bei der Modulation
zuweisen.
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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 Kommunikationspartnern ausgetauscht werden können.
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Üblicherweise
ist die maximal zulässige spektrale
Leistungsdichte eines Senderausgangssignals durch Kanalspezifikationen
vorgegeben, welche beispielsweise von staatlichen Stellen herausgegeben
werden. Ein anderer Grund zur Festlegung von maximal zulässigen spektralen
Leistungsdichten in bestimmten Frequenzbereichen besteht darin,
die Nachbarkanalstörungen
zu minimieren bzw. so klein zu halten, daß, wenn in einem Frequenzteilband
mit einer maximal zulässigen
spektralen Leistungsdichte gesendet wird, auch im Nachbarfrequenzteilband noch
eine zuverlässige Übertragung
möglich
ist.
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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 angegebenen 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.
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Anders
ausgedrückt
korrespondiert eine maximale Übertragungs-
bzw. Datenrate mit der maximal zulässigen spektralen Leistungsdichte
aufgrund der Abhängigkeit
zwischen Datenrate und Leistung des Senderausgangssignals. Bei einem
Frequenzmultiplexverfahren existiert dieser Zusammenhang auch frequenzselektiv,
derart, daß,
wenn in einem Einzelkanal gerade weniger Informationen zu übertragen
sind als durch die maximale Datenrate vorgegeben, auch die spektrale
Leistungsdichte in diesem Frequenzband, in dem der Einzelkanal übertragen wird,
abfällt.
Durch diesen Abfall wird die spektrale Leistungsdichte des Senderausgangssignals
in diesem Kanal kleiner als die maximal zulässige spektrale Leistungsdichte
in diesem Teilkanal, so daß gewissermaßen systemimmanent
und abhängig
von der aktuellen Datenrate das Signal/Rausch-Verhältnis am
Empfänger
abnimmt, da bei gleicher Rauschleistung die Signalleistung reduziert
worden ist.
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Dasselbe
trifft für
Spreizspektrumsysteme zu, bei denen bekanntlich jedes Bit an Informationen durch
Multiplikation mit einer Spreizsequenz energiemäßig über das gesamte Frequenzband
verteilt wird. Dieses Prozedere wird für mehrere Kanäle durchgeführt, wobei
jedoch, um die Signale im Empfänger 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
Abnahme der spektralen Leistungsdichte des Senderausgangssignals, was
wiederum dazu führt,
daß das
Signal/Rausch-Verhältnis
am Empfänger
ohne Not abfällt.
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Die
DE 19747365 A1 offenbart
ein Verfahren und eine Basisstation zur Übertragung von Organisationsinformationen
in Funk-Kommunikationssystemen. Die Basisstation überträgt in einem
ersten Frequenzbereich Frequenzkanäle zur Übertragung von Nutzinformationen
für einen
ersten Funkbereich und überträgt in einem
zweiten, den ersten Frequenzbereich nicht überlappenden Frequenzbereich
einen Frequenzkanal für
Organisationsinformationen, in dem dann die Organisationsinformationen
gesendet werden.
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Die
EP 0987852 A2 offenbart
ein drahtgebundenes Kommunikationssystem und ein Verfahren zur Frequenzzuweisung.
Hierzu wird das Frequenzspektrum basierend auf einer Schätzung der
Schleifenlänge
zwischen einem Teilnehmereinheit-Modem und einem Vermittlungsmodem
aufgeteilt.
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Die
WO 00/25492 A1 offenbart
ein Kanalzuweisungsverfahren und eine Vorrichtung für codierte und
kombinierte Informationssätze,
bei dem eine Gruppierung einer Frequenz von Informationssymbolen
vorgenommen wird, wobei unter Verwendung unterschiedlicher Codierverfahren
ein erster Satz und ein zweiter Satz von Informationssymbolen codiert werden.
Die codierten Informationssymbole werden dann in Sätze kombiniert
und über
einen Kanal übertragen,
der zwei Sätze
von Teilkanälen
hat. Damit wird eine verbesserte Ausnutzung der verfügbaren Kapazität des Übertragungskanals
erzielt.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine störsicherere Übertragung über einen Übertragungskanal
zu schaffen, für
den Spezifikationen hinsichtlich der spektralen Leistungsdichte existieren.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Sender nach Patentanspruch 1, durch einen
Empfänger nach
Patentanspruch 10, durch ein Verfahren zum Senden nach Patentanspruch
11 oder durch ein Ver fahren zum Empfangen nach Patentanspruch 12
gelöst.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß für Kommunikationssysteme,
bei denen die spektrale Leistungsdichte des Senderausgangssignals
von der übertragenen
Datenrate abhängt,
zur Erhöhung
des Signal/Rausch-Verhältnisses
am Empfänger
und damit zu einer störsichereren Übertragung
das Senderausgangssignal frequenzselektiv oder insgesamt verstärkt werden
muß, um möglichst
immer ein Senderausgangssignal bereitzustellen, dessen spektrale
Leistungsdichte 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.
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Mit
anderen Worten wird gemäß der vorliegenden
Erfindung die Abhängigkeit
der spektralen Leistungsdichte des Senderausgangssignals 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
zwischen übertragener
Datenrate und maximal zulässiger Übertragungsrate
abhängt.
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Der
Multiplikationsfaktor kann beispielsweise mittels einer Nachschlagtabelle
in Abhängigkeit
von der aktuellen Übertragungsrate
bestimmt werden, oder aber durch eine Rückkopplungssteuerung, derart,
daß die
Verstärkung
des Modulatoreingangssignals und/oder des Modulatorausgangssignals
so geregelt wird, daß das
Senderausgangssignal eine spektrale Leistungsdichte hat, die gleich
der durch den Kanal vorgegebenen maximal zulässigen spektralen Leistungsdichte
ist.
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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 werden,
oder daß Gruppen
von benachbarten Kanälen
verstärkt
werden, oder daß sämtliche
Kanäle gleich
verstärkt
werden, was den gleichen Effekt hat wie eine Verstärkung des
Modulatorausgangssignals.
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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.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die
beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Senders;
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2 ein
Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Empfängers;
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3 ein
Blockschaltbild eines OFDM-Systems mit unterschiedlichen Codierverfahren
für verschiedene
Kanäle
und einer Vergleichmäßigung des Verlaufs
der Rauschleistungsdichte in Sätzen
von Teilkanälen,
in dem das erfindungsgemäße Verfahren
implementiert ist;
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4 einen
an das OFDM-System von 3 angepaßten Empfänger, in dem das erfindungsgemäße Konzept
implementiert ist; und
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5 eine
schematische Darstellung eines Spreizspektrumsystems, in dem das
erfindungsgemäße Konzept
imple mentiert ist.
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1 zeigt
einen erfindungsgemäßen Sender
zum Senden von Informationen über
einen Übertragungskanal 10 mit
einem Übertragungsband,
wobei der maximal zulässige
Wert der spektralen Leistungsdichte eines Senderausgangssignals,
das an einem Zweig 12 anliegt, in zumindest einem Teilband des Übertragungsbands
vorgegeben ist. Der erfindungsgemäße Sender umfaßt eine
Sendereingangsstufe 14 zum Erhalten der zu übertragenden
Informationen von einer Quelle 16 für Informationen. Der Sender
umfaßt
ferner eine Verarbeitungseinrichtung 20, welche im wesentlichen
zwei miteinander verkoppelte Einheiten umfaßt, nämlich einen Modulator 22 und
eine Verstärkungseinrichtung 24.
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Der
Modulator implementiert ein solches Modulationsverfahren, das dazu
führt,
daß die
spektrale Leistungsdichte eines Modulatorausgangssignals von der übertragenen
Datenrate abhängt.
Anders ausgedrückt
existiert eine maximale Datenrate, bei der die spektrale Leistungsdichte
des Modulatorausgangssignals in dem zumindest einen Teilband des Übertragungskanals
gleich dem maximal zulässigen Wert
ist.
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Der
Modulator kann beispielsweise einen Block zum Durchführen 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
Leistungsdichte von der über
diesen Frequenzeinzelkanal übertragenen
Informations- bzw. Datenrate abhängt.
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Der
Modulator kann, wie es am Beispiel von 5 gezeigt
wird, auch ein CDMA-Modulator (CDMA = Code Division Multiplex Access)
sein, wobei dieses Verfahren auch als Spreizspektrumverfahren oder "Spread Spectrum"-Verfahren bezeichnet
wird.
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Selbstverständlich könnte der
Modulator auch ein TDMA-Modulator (TDMA = Time Division Multiplex
Access) sein, bei dem die einzelnen Informationskanäle in einzelnen
Zeitschlitzen übertragen werden.
Hier findet ebenso wie im Codemultiplexverfahren 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.
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Die
Verstärkungseinrichtung 24 ist
vorzugsweise als Multiplikator mit gesteuertem Multiplikationsfaktor
ausgeführt,
um eine Verstärkung
entweder des Modulatoreingangssignals herbeizuführen, wie es durch einen Pfeil 24a in 1 dargestellt
ist, oder aber eine Verstärkung
des Modulatorausgangssignals herbeizuführen, wie es durch einen Pfeil 24b in 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 Modulatoreingangssignals
(Zweig 24a) oder des Modulatorausgangssignals (Zweig 24b)
einen Mehraufwand bedeuten kann.
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Die
Verstärkungseinrichtung 24 wird
einen Multiplikationsfaktor größer als
1 liefern, wenn die übertragene
Datenrate kleiner als die maximale Datenrate ist, bei der die spektrale
Leistungsdichte entweder frequenzselektiv oder insgesamt ihre maximale
zulässigen
Werte bzw. ihren maximal zulässigen Wert
hat. Die Datenrate kann beispielsweise aus dem Ausgangssignal der
Eingangsstufe 14 mittels einer Datenratenermittlungseinrichtung 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
Multiplikationsfaktor zugeordnet ist. Alternativ könnte die
Datenrate auch aus dem Senderausgangssignal am Ausgang 12 der Verarbeitungseinrichtung 20 abgenommen
werden. Hierbei empfiehlt es sich jedoch eher, die spektrale Leistungsdichte
des Senderausgangssignals direkt zu messen und den Multiplikationsfak tor
bzw. die einzelnen Multiplikationsfaktoren rückkopplungsmäßig zu steuern,
derart, daß die
spektrale Leistungsdichte des Senderausgangssignals am Zweig 12 in 1 immer
so groß als
möglich
ist, so daß das
Signal/Rausch-Verhältnis
am Empfänger
immer so groß als
möglich
ist.
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Das
erfindungsgemäße Senderkonzept
liefert also die Möglichkeit,
Informationen, die mit einer Informationsrate kleiner als der maximalen
Informationsrate übertragen
werden, 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.
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In
Fällen
einer niedrigeren als der maximal möglichen Übertragungsrate wird somit
zur Erhöhung
der Zuverlässigkeit
der Übertragung
mittels einfacher Multiplikation des Senderausgangssignals dieses
in seiner Amplitude so weit angehoben, daß sich die maximal zulässige spektrale
Leistungsdichte des Senderausgangssignals wieder einstellt. Um diesen
Multiplikationsfaktor, welcher wie oben ausgeführt adaptiv in Abhängigkeit
der Übertragungsrate einstellbar
ist, erhöht
sich am Empfänger
das Nutzsignal/Störsignal-Verhältnis und
damit die Zuverlässigkeit
der Übertragung.
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Wie
es weiter hinten ausgeführt
werden wird, kann diese Anhebung des Sendesignals durch Multiplikation
je nach vorliegender Störung
und zu übertragender
Informationsrate z. B. entweder in einzelnen Teilkanälen, oder
in Gruppen von benachbarten Teilkanälen oder aber auch in allen
Teilkanälen
je nach Bedarf vorgenommen werden.
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Je
nach Ausführungsform
des speziellen verwendeten Empfängers
umfaßt
der Sender, der in 1 gezeigt ist, einen Hilfskanalsausgang 30, über den
beispielsweise die Multiplikationsfaktoren und die Kanäle, in denen
multipliziert worden ist, übertragen
werden können.
Dies stellt sicher, daß ein
Empfänger
unter Verwendung der Hilfskanalinformationen gewissermaßen als
Seiteninformationen die entweder frequenzselektive oder insgesamte
Verstärkung
bzw. kanalselektive Verstärkung
im Sender wieder rückgängig machen
kann. Bei Modulationsverfahren, bei denen es auf die Amplitude der
empfangenen Signale ankommt, muß die
im Sender durch die vorliegende Erfindung eingefügte "Verzerrung" selbstverständlich im Empfänger wenigstens
teilweise rückgängig gemacht
werden. Erstrebenswert ist in solchen Fällen eine vollständige Rückgängigmachung,
jedoch auch eine teilweise Rückgängigmachung
führt zwar
noch zu einer gewissen Restverzerrung, der Nutzen an Erhöhung des
Signal/Rausch-Verhältnisses
bleibt jedoch bestehen.
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2 zeigt
ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Empfängers. Zum Verständnis ist
in 2 wieder der Übertragungskanal 10 gezeigt.
Im Betrieb ist der Empfänger über seine
Eingangsstufe 40 mit dem Übertragungskanal gekoppelt.
Die Eingangsstufe 40 enthält beispielsweise die für die HF-Frequenzumsetzung
erforderlichen Bauteile. Wird eine Basisbandübertragung verwendet, so entfallen
solche Komponenten selbstverständlich.
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Der
Empfänger
umfaßt
ferner einen Demodulator 42, welcher ein Demodulationsverfahren
ausführt,
das an das senderseitige Modulationsverfahren angepaßt ist.
Wird beispielsweise eine OFDM-Kommunikationstechnik verwendet, so
ist der Modulator 22 bekanntlich als Einrichtung zum Durchführen einer
inversen Fourier-Transformation ausgeführt. In diesem Fall wäre der Demodulator 42 im
Empfänger (2)
als Einrichtung zum Ausführen
einer Fourier-Transformation ausgestaltet. Aus der Technik sind
zueinander korrespondierende andere Modulatoren und Demodulatoren
bekannt. Der Empfänger umfaßt ferner
eine Dämpfungseinrichtung
zum zumindest teilweisen Rückgängigmachen
der senderseitigen Verstärkung
des Signals. Die Dämpfungseinrichtung 44 ist
angeordnet, um je nach Verstärkungsfaktor
ein Eingangssignal in den Demodulator 42 und/oder ein Ausgangssignal
aus dem Demodulator 42 zu dämpfen.
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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 extrahiert wird. Der Hilfskanal 46 im Empfänger liefert
somit die in den Hilfskanal 30 (1) vom Sender
eingespeisten Informationen.
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Der
Empfänger
kann somit entweder über den
Hilfskanal 46 Informationen über eine in dem Sender vorgenommene
Signalanhebung erhalten, oder er kann sich adaptiv, beispielsweise
durch Training an den Symbolen der übermittelten Informationen,
auf den Faktor der vorgenommenen Signalanhebung einstellen.
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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 beispielsweise in Verbindung mit einem 2-QAM-
oder einem Vier-QAM-Codierverfahren
zum Einsatz kommen.
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Hier
zeigt sich ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, welcher darin
besteht, daß das
Signal/Rausch-Verhältnis
am Empfänger
mit minimalen Eingriffen in den Sender und unter bestimmten Voraussetzungen
mit überhaupt
keinem Eingriff in einen bestehenden herkömmlichen Empfänger deutlich verbessert
werden kann.
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Im
nachfolgenden wird auf 3 eingegangen, wobei 3 eine
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
am Beispiel eines OFDM-Senders darstellt. Der in 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, welcher die zu übertragenden
Informationen auf einzelne Teilka näle 52a, ...., 52n verteilt.
Der Sender in 3 enthält ferner als Modulator 22 eine
Einrichtung zum Durchführen
einer inversen diskreten Fourier-Transformation. Die Verstärkungseinrichtung 24 enthält eine
Einrichtung zum Steuern des Verstärkungsfaktors 24a sowie
verschiedene Multiplikationsstellen 24b, 24b' und 24b''.
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3 zeigt
die Anwendung des erfindungsgemäßen Konzepts
auf einen Sender, welcher in der internationalen Patentanmeldung
PCT/EP99/08134 ausführlich dargestellt
ist. Ein solcher OFDM-Sender umfaßt eine Mehrzahl von Codierern,
von denen aus Übersichtlichkeitsgründen in
3 lediglich
zwei gezeigt sind, nämlich
einen ersten Codierer
54a und einen zweiten Codierer
54b.
Die Codierer führen
bei dem in
3 gezeigten Ausführungsbeispiel
eine QAM-Codierung durch, wobei sich die Ordnung des QAM-Codierverfahrens,
welches von den beiden Codierern
54a und
54b ausgeführt wird,
unterscheidet. 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
3 lediglich schematisch ist
und die angegebenen Ordnungen der Codierverfahren lediglich beispielhaft
sind. In der Realität
könnten
wesentlich mehr als zwei Codierer vorhanden sein.
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Der
OFDM-Sender, der in
3 gezeigt ist, umfaßt ferner
eine Mehrzahl von Kombinationseinrichtungen, von denen in
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. Störleistungsdichte bzw. durch
Vergleichmäßigung des
Signal/Rausch-Verhältnisses
in jeweiligen Sätzen
von Teilkanälen
eines gestörten 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
Informationen 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.
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3 soll
die verschiedenen Möglichkeiten zeigen.
So wird durch die Einrichtung 24b erreicht, daß die einzelnen
Kanäle,
welche mit dem gleichen Codierverfahren beaufschlagt worden sind,
auch mit dem gleichen Verstärkungsfaktor
beaufschlagt werden. Hier handelt es sich somit um eine Möglichkeit, 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
könnte
prinzipiell auch vor den beiden Codierern 54a und 54b stattfinden,
ist jedoch an dieser Stelle aufgrund des noch nachfolgenden Codierverfahrens
nicht immer sinnvoll.
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Wird
keine frequenzselektive Erhöhung
der spektralen Leistungsdichte des Senderausgangssignals gewünscht, sondern
soll das Senderausgangssignal insgesamt verstärkt werden, so kann auch das Modulatorausgangssignal
durch die Einrichtung 24b'' verstärkt werden.
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4 zeigt
den zu 3 korrespondierenden OFDM-Empfänger. 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 (3)
eingeführte
Kombinieren durch entsprechende inverse Kombinierer 60a und 60b rückgängig gemacht.
Darüberhinaus
wird das durch die Einrichtungen 54a und 54b im
Sender von 3 durchgeführte Codieren im Empfänger mittels
zweier Decodierer 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 4 ist ferner die Dämpfungseinrichtung
(Block 44 in 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 Dämpfungsfaktor,
welcher im Falle der Verwendung von Multiplikatoren eine Zahl kleiner
1 ist, kann, wie es bezugnehmend auf 2 beschrieben
worden ist, erhalten werden. Aus der Gegenüberstellung des Senders in 3 und
des Empfängers
in 4 wird deutlich, daß im Falle des Verwendens der
Einrichtung 24b'' im Sender die
Einrichtung 44b'' im Empfänger vorgesehen
werden muß.
Wird im Sender dagegen lediglich die Einrichtung 24b' zum Multiplizieren
einzelner Kanäle
verwendet, so muß die
dazu korrespondierende Einrichtung 44b' im Empfänger vorgesehen werden. Dasselbe
trifft für
die Einrichtung 44b im Empfänger zu, die mit der Einrichtung 24b im
Sender korrespondiert.
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Im
nachfolgenden wird auf 5 eingegangen, in der die Anwendung
des erfindungsgemäßen Konzepts
auf ein Spreizspektrumsystem 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 Multiplikator 70a, 70b und 70c für jeden
Kanal besteht, wobei jedes Informationsbit mit einer für jeden Kanal
speziell vorhandenen Pseudorauschsequenz PN1, PN2 bzw. PN3 beaufschlagt
wird (PN = Pseudo Noise).
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Die
Verarbeitungseinrichtung des erfindungsgemäßen Senders umfaßt ferner
auch in 5 eine Verstärkungseinrichtung, welche in
eine Einrichtung zum Steuern des Multiplikators 24a und
in Multiplikationseinrichtungen 24b bzw. 24b' aufgeteilt
ist. Durch die Einrichtung 24b können die Ausgangssignale des
Modulators 22 selektiv verstärkt werden. Nach einer Summation
mittels einer Summierereinrichtung 72, um das CDMA-Signal
zu erzeugen, kann auch eine insgesamte Verstärkung des CDMA-Signals, d.
h. eine Anhebung der spektralen Leistungsdichte des CDMA-Signals über den
gesamten Übertragungskanal,
stattfinden.
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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.
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Es
sei darauf hingewiesen, daß der
in 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 1 und 2 bzw. 3 und 4 klar
ist, wie ein zu 5 korrespondierender CDMA-Empfänger aufgebaut
werden muß.
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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 Konzept basiert auf einer adaptiven Erhöhung der
spektralen Leistungsdichte des Sendesignals bis zu einem vorgegebenen
Maximalgrenzwert, welcher durch den Übertragungskanal vorgegeben
ist. Selbstverständlich
kann das erfindungsgemäße Konzept
nicht nur für
die beschriebenen Modulator/Demodulator-Algorithmen verwendet werden, sondern
für jegliche
Mo dulator/Demodulator-Algorithmen, bei denen die Energie der Senderausgangsleistung
von der übertragenen
Datenrate abhängt.