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Die
Erfindung betrifft in erster Linie ein Verfahren zur Mehrträger-Modulation
und -Demodulation (Multi Carrier Modulation) von Daten oder digitalen
Signalen in einstellbaren Frequenzbereichen mit einer über Funk
oder Kabel geführten Übertragung
in Mehrwege-Kanäle
mit zeitlicher Dispersivität.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch
7.
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Neue
Dienste verlangen höhere
Datenraten und somit mehr Bandbreite für ein Übertragungsverfahren. Durch
bisherige Anwendungen wurden Frequenzbereich (wie z.B. im Betriebsfunk)
mit einem Kanalraster in viele kleine Frequenzbereiche zerteilt. Durch
die vielfache Nutzung von neuen Technologien (z.B. GSM und DECT)
werden diese Frequenzbereiche nur noch sehr spärlich benutzt. Eine komplette Abschaffung
dieser Dienste ist nicht erwünscht.
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Gesucht
wird nun eine Technologie, die in einem breitbandigen Signal einzelne
oder mehrere benutzte Frequenzbänder
dynamisch ausspart und in den verbleibenden Frequenzbändern eine
höherratige
Datenübertragung
ermöglicht.
Hierbei ist zu berücksichtigen,
dass der Funkkanal durch Reflektionen eine Mehrwegeausbreitung besitzt
und die Übertragungseigenschaften
des Kanals somit verzerrend und zeitdispersiv sind.
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Eine
weitere Anwendung ergibt sich in der breitbandigen Powerline Kommunikation,
welche den Frequenzbereich zwischen 1,5 und 30 MHz benutzt. Dieser
Frequenzbereich entspricht in der Funktechnik der Kurzwelle, so
dass Abstrahlungen des PLC Systems Störungen verursachen. Da eine
Abstrahlung bei PLC Systemen nicht verhindert werden kann und zu
niedrige Abstrahlungswerte Systeme unwirtschaftlich machen, werden
einzelne kritische Frequenzbereiche definiert in denen niedrige
Abstrahlungswerte vorgeschrieben werden. In anderen Frequenzbereichen
darf mehr abgestrahlt werden.
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National
und regional können
diese Frequenzbereiche unterschiedlich liegen, weshalb es für ein Gerät günstig ist
diese Bereiche über
Software einstellbar zu haben und nicht mit festen Filtern realisieren
zu müssen.
Auch die Stromleitung als Übertragungsmedium
hat Reflektionen und ist somit verzerrend und zeitdispersiv.
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Die
Konzeption von Multiträgersystemen
zur digitalen Übertragung
von Daten, hat in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung gewonnen.
Insbesondere das OFDM-Verfahren (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
bzw. das COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
hat sich als zuverlässiges
und kostengünstiges
Verfahren erwiesen, welches als Übertragungsverfahren
zur Anwendung in dem digitalen Audio-Rundfunkstandard DAB (Digital
Audio Broadcasting) und dem digitalen terrestrischen Fernsehrundfunkstandard
DTTB (Digital Terrestrial Television Broadcasting) benutzt wird. Bei
dem OFDM-Verfahren werden seriell eingegebene Symbolströme in einen
vorgegebenen Einheitsblock aufgeteilt. Die aufgeteilten Symbolströme jedes Einheitsblocks
werden in parallele Symbole umgewandelt. Die parallelen Symbole
werden durch Multiplexbildung und Addition zusammengefasst, indem mehrere
Unterträger
nach Maßgabe
eines inversen schnellen Fourier-Transformationsalgorithmus IFFT (Inverse
Fast Fourier Transformation) bei der jeweils unterschiedlichen Frequenzen
verwendet werden, und die so addierten Signale werden als ein Einheitsblock
definiert und über
den Kanal übertragen.
Dadurch wird erreicht, dass jedes der N Symbole auf einem Unterträger des
Einheitsblocks liegt und eine Orthogonalität (sowohl für zeitlich aufeinander folgende
als auch spektral benachbarte Symbole) bezüglich ISI (Intersymbol-Interferenz)
und ACI (Nachbarkanalinterferenz) aufweist. Verglichen mit einem herkömmlichen
Einzelträger-Übertragungsverfahren kann
das OFDM-Verfahren eine durch Mehrwege-Schwund (multi-path fading)
in einem Empfangssignal verursachte Zwischensymbolstörung bzw.
-Interferenz ISI (Inter-Symbol Interference) vermindern, indem es
dieselbe Symbolübertragungsrate
aufrechterhält
und die Symbolperiode um die Anzahl an Unterkanälen (N) erhöht. Insbesondere wird beim
OFDM-Verfahren ein Schutzintervall (Guard-Interval) zwischen die übertragenen
Symbole eingefügt.
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Der
besondere Vorteil des OFDM-Verfahrens liegt in der äußerst einfachen
Realisierung; aufgrund der rechteckförmigen Sende- und Empfangsfilter-Impulsantworten reduzieren
sich die Filterbänke auf
einfache IDFT- und DFT-Operationen,
die mit dem FFT-Algorithmus realisiert werden können. Weiterhin sind bei der
Nutzung einer differenziellen Modulation keinerlei Kanalkorrekturmaßnahmen
erforderlich, solange die Dauer der Kanalimpulsantwort unterhalb
der Länge
des Guard-Intervalls liegt. Das Sendeleistungsdichtespektrum ist
bei OFDM relativ konstant im Frequenzband der Übertragung, was die optimale
Ausnutzung von erlaubten Sendeleistungsdichten im Übertragungsband
ermöglicht.
Durch die hohe relative Bandbreite von OFDM und einer im Frequenzbereich
guten selektiven Auflösung
kann ein Einfluss durch durch schmalbandige Gleichkanalstörung verhindert
werden. Das OFDM-Verfahren wird meist mit Modulationsarten wie Pulsamplitudenmodulation
PAM, Phasenumtastung PSK (Phase Shift Keying) und/oder Quadraturamplitudenmodulalion
(QAM) kombiniert.
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Grundlagen
der Übertragungstechnik
für schnelle
Datenübertragung
in Mehrwege-Kanäle
mit zeitlicher Dispersivität
und ein Verfahren hierfür
sind dem Fachbuch "Digital
Communications" von
Proakis, John G, McGraw-Hill Book Co., Singapur, 3. Auflage, insbesondere
Seiten 689 bis 692 zu entnehmen. Ergänzend hierzu kann auf die Dissertation
Fischer, Robert: Mehrkanal- und Mehrträgerverfahren für die schnelle
digitale Übertragung
im Ortsanschlussleitungsnetz, Shaker Verlag 1997, insbesondere Seiten
30 bis 32 hingewiesen werden, welche die theoretischen Grundlagen
für optimale
Sende- und Empfangsfilter
auf der Basis des Einfügens
von Nullen (das so genannte zero stuffing) beschreibt. In der Dissertation
von Fischer, Robert wird gezeigt, dass bei einem durch zyklische
Faltung hervorgegangen Signal in der Berechnung der Fourier-Transformation
im Empfänger
es zu keinen Interferenzen zwischen Subträgern kommt, sondern nur zur
Multiplikation der einzelnen Subträger mit einem Gewichtsfaktor.
Eine Entzerrung kann nun einfach durch die Korrektur der Gewichtsfaktoren
erfolgen. Die Entzerrung über
die Gewichtsfaktoren ist optimal (siehe 2). Durch das Einfügen von Nullen erreicht man, dass
sich aufeinanderfolgende Blöcke
(= Vektoren) nicht beeinflussen, wodurch die Nutzübertragung
robust gegenüber
Störungen
gemacht werden kann.
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Weiterhin
ist auf den Seiten 542 bis 547 des Fachbuchs "Digital Communications" von Proakis, John
G das Nyquist-Kriterium, welches die notwendigen Eigenschaften für ein Filter
im Frequenzbereich zur Intersymbol/Interferenz-freien Abtastung
von Signalen vorgibt und somit eine der wichtigsten Grundlagen der
digitalen Signalverarbeitung ist, ausführlich beschrieben.
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Aus
der
EP 0 441 732 /
DE 691 09 323 T2 ist ein
Empfänger
für Zeit-Frequenzverschachtelte
digitale Daten mit Nyquist-Zeitfenster bekannt. Um die Interferenz
zwischen den Symbolen im Frequenzbereich im Falle eines ungenauen
Frequenzabgleichs zu minimieren, enthält der Empfänger ein Transpositionsmodul
mit einem örtlichen
Schwingkreis für
die Basisbandfilterung und für
die Analog-Digital-Umwandlung, ein Fenster-Modul für die Auswahl
der nützlichen
Abtastproben sowie ein mathematisches Transformationsmodul, wobei
das Fenster-Modul die Anwendung eines Zeitfensters vom Nyquist-Typ, dessen "roll-off" nicht null ist,
realisiert. Im Falle der Anwendung auf ein digitales Signal, welches
zwischen den Symbolen jeweils ein Schutzintervall umfasst, ist die
Breite der Endflanke des Nyquist-Zeitfensters geringer als die halbe
Breite des Schutzintervalls zu wählen.
Vorzugsweise ist jede Flanke des Nyquist-Zeitfensters ein Sinusbogen
von einer halben Periode und das Fenstermodul bewirkt nach Anwendung
des Nyquist-Zeitfensters ein Falten der ersten ausgewählten Abtastproben
mit den letzten ausgewählten
Abtastproben sowie die Summierung der ersten Abtastproben und der
letzten Abtastproben. Schließlich
umfasst der Empfänger
Mittel zum Erfassen der Kanalverzerrungen sowie Mittel zur Unterordnung
des "roll-off" als Funktion dieser
Verzerrungen, wobei es sich bei den Unterordnungsmitteln des "roll-off", um Mittel zur Wahl
zwischen einem Fenster mit "roll-off" null und mindestens
einem Fenster mit "roll-off", dessen Wert nicht
null ist, handelt. Die Anwendung eines Nyquist-Zeitfensters anstelle
eines Rechteckfensters erfordert eine Zeiterweiterung dieses Fensters
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Ein ähnlicher
Weg wird beim aus der Dissertation von Müller-Weinfurtner, Stefan: OFDM
for Wireless Communications: Nyquist Windowing, Peak-Power reduction
and Synchronization, Shaker Verlag 2000 bekannten Verfahren eingesetzt
bei, dem ein Nyquist-Zeitfenster am Empfänger genutzt wird. Bei dem
als MMSE-Optimum Nyquist Receiver bezeichneten Empfänger wird
kein Filter im Frequenzbereich eingesetzt, sondern ein Fenster im Zeitbereich
entsprechend der Nyquist Kriterien, um Effekte im Frequenzbereich
nach der FFT zu erzielen.
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Weiterhin
ist aus der
DE 199
54 088 C2 ein Verfahren zur Filterung einer digitalen Signalfolge
bekannt, bei dem aus einer digitalen Eingangssignalfolge und einer
Referenzfolge mittels adaptiver Filter eine Ausgangsignalfolge gebildet
wird, wobei mit Hilfe der adaptiven Filter aus je einem Filtereingangssignal
und je einem Filterreferenzsignal je ein Filterausgangssignal gebildet
wird, welches möglichst
optimal an des jeweilige Filterreferenzsignal angepasst wird. Im
einzelnen werden aus der digitalen Eingangssignalfolge und der digitalen
Referenzfolge mittels einer Skalierungsfunktion Zeitfunktionen gebildet,
dann werden daraus mittels Wavelets die Anteile der diskreten Parameter
Wavelet Transformation ermittelt, welche paarweise jeweils als ein
Filtereingangs- und als ein Filterreferenzsignal an L+1 adaptive
Filter angelegt werden und schließlich werden die Filterausgangssignale
der adaptiven Filter mittels der zur ursprünglich angewandten diskreten
Parameter Wavelet Transformation inversen Operation zu einer einzigen
Ausgangsignalfolge zusammengesetzt. Bei einer alternativen Ausgestaltung
des Verfahrens werden die Komponenten der diskreten Parameter Wavelet
Transformation nach dem Mallat Algorithmus für die Multi Resolution Analysis
ermittelt und die Ausgangsignalfolge wird mittels der dazu inversen Operation,
dem Mallat Algorithmus für
die Multi Stage Synthesis, rekonstruiert. Der Mallat Algorithmus
für die
Multi Resolution Analysis, der in "Mallat, S. G; A theory for Multiresolution
Signal Decomp.: The Wavelet Representation; IEEE Trans. Pattern
Analysis, Machine Intelligence, Vol. 11, No7, pp. 674-693, July
1989" beschrieben
wird, bietet eine Methode, die diskrete Parameter Wavelet Transformation,
kurz DPWT, der praktischen Anwendung mittels digitaler Signalprozessoren
mit vergleichsweise geringem technischen Aufwand zugänglich zu
machen. Hierfür sind
Module nötig,
die aus einer Finite Impulse Response Tiefpassfilterung (FIR-Tiefpassfilterung)
und direkt darauf folgte Unterabtastung um den Faktor zwei bestehen
und Module, die aus einer Finite Impulse Response Hochpassfilterung
(FIR-Hochpassfilterung) und direkt darauf folgender Unterabtastung um
den Faktor zwei bestehen. Für
den Mallat Algorithmus für
die Multi Stage Synthesis, der in "Chan, Y. T.; Wavelet Basics; Kluwer
Academic Publ. Group 1995" beschrieben
ist, sind Module nötig,
die aus einer Überabtastung
um den Faktor zwei und direkt darauf folgender FIR-Tiefpassfilterung
bestehen Weiterhin ist es günstig,
wenn die Koeffizienten der im Rahmen des Mallat Algorithmus für die Multi
Resolution Analysis und die Multi Stage Synthesis eingesetzten FIR-Filter
mit den von L. Daubechies definierten Werten übereinstimmen, wobei p -1 die
Filterordnung angibt. Diese Klasse von Wavelets, die aus "Daubechies, L; Orthonormal
Basis of Compactly Supported Wavelets; Comm. in Pure and Applied Math.,
Vol. 41, No. 7, pp. 909-996, 1988" bekannt ist, bietet gute Auflösung sowohl
im Zeit- als auch im Frequenzbereich. Die Wavelets sind überdies
zeitlich exakt und im Frequenzbereich durch ein rasch abfallendes
Spektrum bei tiefen und hohen Frequenzen beschränkt. Für die Arbeitsweise der adaptiven
Filter kann der Least Mean Square Algorithmus vorgesehen werden,
welcher den optimalen Koeffizientensatz für ein FIR-Filter liefert.
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Schließlich sind
aus dem US 2002/0181388 A1 ein orthogonales Wavelet Verfahren OWDM
bekannt, bei dem in einer Synthese-Filterbank das OWDM Signal aus
einer Kombination von gewichteten OWDM-Impulsen, welche einem Symbol
eines Supersymbols entsprechen, erzeugt wird.
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Wie
die vorstehende Würdigung
des Standes der Technik aufzeigt, sind unterschiedlich ausgestaltete
Verfahren zur Filterung einer digitalen Signalfolge bekannt. Die
für die
Datenübertragung
betrachteten Kanäle
unterliegen der Mehrwege-Ausbreitung mit zeitlicher Dispersivität. Die einfachsten
Simulationsmodelle für
ein derartiges Verhalten nutzen ein Gedächtnis-behaftetes lineares
Filter mit einer Impulsantwort, die der des Übertragungskanals entspricht,
und die Addition einer Störquelle.
Durch das Gedächtnis
im linearen Filter entsteht die zeitliche Dispersivität. Bei den
bisherigen Mehrträger-Verfahren
wurde nun eine periodische Fortsetzung des Signals als Guardintervall
vorangestellt. Die Länge
des Guardintervalls wurde größer als
die relevante Länge der
Kanalimpulsantwort gewählt
(siehe 2). Wird nun
dieses Signal über
den Kanal übertragen
und am Empfänger
nur das eigentliche Übertragungssignal ohne
Guardintervall herausgeschnitten, so ist dieses Signal identisch
zu einem Signal das durch eine zyklische Faltung des eigentliche
Sendesignals ohne Guardintervall und der Kanalimpulsantwort entsteht. In
der bisherigen Mehrträger Übertragung
ist eine beschränkte
spektrale Formung des Sendesignals durch das zu Null setzen einiger
Subträger
vor der Berechnung der inversen Fourier Transformation im Sender
möglich.
Der Pegelunterschied in dem daraus resultierenden Sendesignal beträgt zwischen den
verwendeten und ausgesparten Frequenzbereichen in der Regel nur
15 bis 20 dB (siehe 5). Deshalb
fehlen in der Praxis trotz dringendem Bedürfnis ein kostengünstiges
Verfahren sowie eine Vorrichtung hierzu, mit welchem/welcher höhere Dämpfungswerte
erreichbar sind. Besonders bedeutsam ist dies, weil die Telekommunikationsindustrie als äußerst fortschrittliche,
entwicklungsfreudige Industrie anzusehen ist, die sehr schnell Verbesserungen
und Vereinfachungen aufgreift und in die Tat umsetzt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Aussparung einstellbarer schmaler Frequenzbänder in einem breitbandigen
Sendesignal derart auszugestalten, dass der Empfänger dieses Signal nach der Übertragung
in einem Mehrwege Kanal mit daraus resultierenden Verzerrungen und
zeitlicher Dispersitivität
effizient auswerten kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem
Verfahren zur Mehrträger-Modulation und -Demodulation
von Daten oder digitalen Signalen in einstellbaren Frequenzbereichen
mit einer über
Funk oder Kabel geführten Übertragung
in Mehrwege-Kanäle
mit zeitlicher Dispersivität
nach Patentanspruch 1 gelöst, indem
- • im
Sender das Signal nach der inversen Fourier Transformation periodisch
fortgesetzt und mit Gewichtsfaktoren multipliziert wird und
- • im
Empfänger
das Signal vor der Fourier Transformation mit der periodischen Fortsetzung
addiert wird,
wodurch im Sender ein Nyquist Fenster und
im Empfänger
ein äquivalentes
Signal zu dem Ergebnis einer zyklischen Faltung des Ausgangs der
inversen Fourier Transformation im Sender und einer Kanalimpulsantwort
entsteht
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
weist den Vorteil auf, dass deutlich größere Dämpfungen in den ausgesparten
Frequenzbereichen erreicht werden. Dabei wird ein Nyquist Fenster
im Sender eingesetzt, wodurch die Anforderungen an das Sendespektrum sehr
einfach und effizient implementiert werden können. Durch dieses Nyquist
Fenster braucht in vorteilhafter Weise das Sendesignal kein Guardintervall mehr
enthalten, das die bisherigen Verfahren benötigen, um in den entsprechenden
Kanälen
die Orthogonalität
der einzelnen Kanäle
zu erhalten und somit eine Entzerrung zu ermöglichen. Empfängerseitig wird
genau dieser Fehler durch das fehlende Guardintervall im Sendesignal
korrigiert.
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Weiterhin
wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung zur Mehrträger-Modulation
und -Demodulation von Daten oder digitalen Signalen in einstellbaren
Frequenzbereichen mit einer über
Funk oder Kabel geführten Übertragung
in Mehrwege-Kanäle
mit zeitlicher Dispersivität
nach Patentanspruch 7 gelöst, bei
der
- • im
Sender einem Nyquist Fenster Generator eine inverse diskrete Fouriertransformation,
ein Mapping- oder Modulationsmodul, ein Kanalcodierer oder ein Fehlercodierungs-
und/oder ein Verschachtelungsmodul vorgeschaltet und ein Parallel/Seriell-Umsetzer
und diesem ein Digital/Analog-Umsetzer nachgeschaltet ist und der Nyquist
Fenster Generator Multiplizierer mit Gewichtsfaktoren umfasst, und
- • im
Empfänger
das empfangene Sendesignal einem Analog/Digitalumsetzer mit nachfolgendem Seriell/Parallel-Wandler,
welcher einem zyklischen Faltungsemulator vorgeschaltet ist, zugeführt wird
und dem zyklischen Faltungsemulator eine diskrete Fouriertransformation,
ein Demodulator oder inverses Mappingmodul zur inversen Signalraumzuordnung,
ein Kanaldecodierer oder Fehlerdecodierungs- und/oder ein Entschachtelungsmodul
nachgeschaltet ist, wobei die Ausgangssignale des Seriell/Parallel-Wandlers
im zyklischen Faltungsemulator jeweils in einem Addierer mit dem
entsprechenden Ausgangssignal der periodischen Fortsetzung verknüpft werden,
wodurch
im Sender ein Nyquist Fenster und im Empfänger ein äquivalentes Signal zu dem Ergebnis
einer zyklischen Faltung des Ausgangs der inversen Fourier Transformation
im Sender und einer Kanalimpulsantwort entsteht.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
weist den Vorteil auf, dass der Kostenaufwand zur Realisierung relativ
gering ist, da nur Addierer und Multiplizierer benötigt werden.
Weiterhin ist von Vorteil, dass eine Frequenzänderung keine Änderung
in der Hardware erfordert, sondern dies softwaremäßig erfolgen
kann.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten lassen sich der nachfolgenden Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmen. In der
Zeichnung zeigt:
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1 das
Blockschaltbild einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einem senderseitigen Nyquist Fenster,
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2 eine
bekannte Ausführungsform
für ein
Mehrträger-Verfahren
mit einer periodischen Fortsetzung des Signals als Guardintervall,
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3 eine
Ausführungsform
für ein
Mehrträger-Verfahren
mit einer empfängerseitigen
periodischen Fortsetzung des Signals,
-
4 in
Gegenüberstellung
den zeitlichen Verlauf der Amplitude und
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5 in
Gegenüberstellung
den Dämpfungsverlauf
des resultierenden Sendesignals im Frequenzbereich.
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Die
in 1 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
dient vorzugsweise zur Mehrträger-Modulation
und -Demodulation von Daten oder digitalen Signalen in einstellbaren Frequenzbereichen
mit einer über
Funk oder Kabel geführten Übertragung
in Mehrwege-Kanäle
mit zeitlicher Dispersivität.
In den 1 bis 3 ist die mathematische Herleitung
bzw. die theoretische Beschreibung der Funktionen in Form von Matrizen bzw.
Formeln angegeben, worauf hier in der Beschreibung ausdrücklich Bezug
genommen wird. Im einzelnen ist im Sender einem Nyquist Fenster
Generator NFG, eine inverse diskrete Fouriertransformation IFFT,
ein Mapping- oder Modulationsmodul, ein Kanalcodierer oder ein Fehlercodierungs-
und/oder ein Verschachtelungsmodul vorgeschaltet und ein Parallel/Seriell-Umsetzer
PS und diesem ein Digital/Analog-Umsetzer
nachgeschaltet. Der Nyquist Fenster Generator NFG umfasst Multiplizierer
M0, M1, .. MD-1, MD-2, .. mit
Gewichtsfaktoren α0, α1, .. αD-1, αD-2, .., wobei die Ausgangssignale S0, S1, .. SD-1, SD-2, .. des
Glieds IFFT jeweils mit einem verknüpft werden.
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Im
Empfänger
ist das empfangene Sendesignal y[k] einem Analog/Digitalumsetzer
mit nachfolgendem Seriell/Parallel-Wandler SP, welcher einem zyklischen
Faltungsemulator ZF vorgeschaltet ist, zugeführt. Dem zyklischen Faltungsemulator
ZF sind eine diskrete Fouriertransformation FFT, ein Demodulator
D oder inverses Mappingmodul zur inversen Signalraumzuordnung, ein
Kanaldecodierer und ein Fehlerdecodierungs- und/oder ein Entschachtelungsmodul
nachgeschaltet. Die Ausgangssignale y0, y1, .. yD-1, yD-2, .. des Seriell/Parallel-Wandlers SP
werden im zyklischen Faltungsemulator ZFE jeweils in einem Addierer
A0, A1, .. AD-1, AD-2, .. mit
dem entsprechenden Ausgangssignal der periodischen Fortsetzung verknüpft, wodurch
am Eingang der FFT ein einer zyklischen Faltung äquivalentes Signal entsteht.
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Der
Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass die zyklische
Faltung des Signals am Eingang der Fourier-Transformation FFT vorliegen muss,
dies aber nicht notwendigerweise identisch mit dem Eingang am Empfänger ist.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren
wird also das Ausgangssignal S0, S1, .. SD-1, SD-2, .. der inversen Fourier Transformation IFFT
in beiden Richtungen periodisch fortgesetzt und vor der Parallel-zu-Seriell-Wandlung
PS mit Gewichtsfaktoren α0, α1, .. αD-1, αD-2, .. multipliziert, die folgende Eigenschaften
erfüllen:
Die
Summe aller Gewichtsfaktoren a mit denen ein Ausgangssignal S0, S1, .. SD-1, SD-2, .. der
inversen Fourier Transformation IFFT und dessen periodischen Fortsetzungen
multipliziert wird ist 1.
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Somit
entsteht ein Signal, in dem durch diese Operation keine Interferenzen
zwischen den einzelnen Subträgern
entstanden sind. Dies entspricht den Nyquist Kriterium nach dem
Austausch von Zeit und Frequenz.
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Vorzugsweise
werden beim erfindungsgemäßen Verfahren
nun die Gewichtsfaktoren α0, α1, .. αD-1, αD-2, .. in Form eines Cos-Roll-Off oder eines
Trapezes gewählt,
was einen günstigen
Einfluss auf das Sendespektrum hat.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
wird nun das Sendesignal ohne Guardintervall gesendet (siehe 3 links)
und in dem gleichen Kanal übertragen.
Dabei entsteht am Eingang des Empfängers ein Signal, das nicht
identisch ist zu einem Signal mit zyklischer Faltung. Werden nun
aber die nachfolgenden Empfangswerte periodisch fortgesetzt zu den Ersten
addiert (siehe 3 rechts), dann entsteht am Eingang
der Fourier-Transformation FFT ein Signal, das identisch zu dem
mit der zyklischen Faltung ist. Somit sind auch ohne Guardintervall
die Vorteile des bisherigen Mehrträger-Verfahrens erhalten geblieben.
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Führt man
nun erfindungsgemäß diese
beiden Verarbeitungen zusammen (siehe 1), ist
nun ein Verfahren/ein System entstanden, wo das Spektrum des Sendesignals
x [k] die Anforderungen erfüllt und
durch die Addition mittels A0, A1, .. AD-1, AD-2, .. der periodisch fortgesetzten Werte
am Eingang der Fourier-Transformation FFT ein Signal entsteht, das identisch
ist zu einem Signal, das durch zyklische Faltung mit der Kanalimpulsantwort
entstanden ist. Hierdurch bleiben alle Vorteile der Mehrträgerübertragung
in Mehrwege-Kanäle
mit zeitlicher Dispersivität
vollständig
erhalten.
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Eine
bevorzugte Erweiterung des Verfahrens ergibt sich aus der Kombination
eines Fensters am Sender und einem Fenster am Empfänger. Die
Multiplikation dieser beiden Fenster muss wieder das Nyquist-Kriterium
erfüllen,
weshalb die einzelnen Fenster dann Wurzel Nyquist-Fenster genannt
werden.
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Der
Pegelunterschied in dem daraus resultierenden Sendesignal beträgt zwischen
den verwendeten und den durch Null setzen der Subträger ausgesparten
Frequenzbereichen für
einen Cos-Roll-Off nun 40 bis 60 dB (siehe 5). Auch
mit dem deutlich einfacher zu realisierenden Trapez-Fenster werden
noch Pegelunterschiede von 40–50
dB realisiert. Durch diese deutlich größeren Dämpfungen in den ausgesparten
Frequenzbereichen werden die Anforderungen, nämlich in einem breitbandigen
Sendesignal einstellbar schmale Frequenzbänder für andere Dienste auszusparen
und in einem Empfänger,
der dieses Signal nach der Übertragung
in einem Mehrwege Kanal mit daraus resultierenden Verzerrung und
zeitlichen Dispersion effizient auswertet, in den meisten Fällen erfüllt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren/Vorrichtung
findet überall
dort Anwendung, wo hohe Ansprüche
durch höhere
Datenraten gestellt werden und ein Höchstmaß an Pegelunterschied in dem
daraus resultierenden Sendesignal zwischen den verwendeten und ausgesparten
Frequenzbereichen sichergestellt werden muss.