DE102006017636A1 - Transmitter signal`s spectral side lobe suppressing method for e.g. multi-carrier transmission system, involves obtaining algorithm specified in vector and matrix notation for determining weighting factors of cancellation subcarriers - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterdrückung spektraler Nebenzipfel des Sendesignals in drahtlosen oder drahtgebundenen OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)-Übertragungssystemen und in Mehrträger-Übertragungssystemen, die OFDM verwenden oder auf OFDM basieren, wobei im Frequenzbereich des Übertragungssystems an den beiden Rändern des betreffenden OFDM-Sendesignalspektrums bestimmte Unterträger als Auslöschungsunterträger C eingefügt werden, die keine Dateninformation tragen und anstelle komplexer Datensymbole spezielle, im Allgemeinfall komplexe Gewichtungsfaktoren g erhalten, die gemäß einem Algorithmus unter Einhaltung einer Nebenbedingung ||g||2 ≤ α, wonach die Leistung der gewichteten Auslöschungsunterträger einen bestimmten Anteil α der Gesamtsendeleistung nicht übersteigen darf, so bestimmt werden, dass die spektralen Nebenzipfel der gewichteten Auslöschungsunterträger die spektralen Nebenzipfel des ursprünglichen OFDM-Sendesignals im wesentlichen durch Minimierung der die Überlagerung der Spektren Cg der gewichteten Auslöschungsunterträger und der Spektren Sb aller mit Datensymbolen b modulierten Unterträger des ursprünglichen Sendesignals darstellenden Funktion Sb + Cg unterdrücken, wobei hier für g und b die Vektor-Schreibweise und für C und S die Matrizen-Schreibweise gewählt ist.The present invention relates to a method for suppressing spectral sidelobes of the transmission signal in wireless or wireline OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) transmission systems and in multi-carrier transmission systems using OFDM or based on OFDM, wherein in the frequency range of the transmission system at the two edges of the particular subcarriers are inserted as Auslöschungsunterträger C that carry no data information and instead of complex data symbols special, generally complex weighting factors g obtained according to an algorithm in compliance with a constraint || g || 2 ≤ α, according to which the power of the weighted extinction subcarriers must not exceed a certain portion α of the total transmit power, it may be determined that the spectral sidelobes of the weighted extinction subcarriers substantially eliminate the spectral sidelobes of the original OFDM transmit signal by minimizing the superposition of the spectra Cg of the spectra suppressing weighted extinction subcarriers and the spectra Sb of all subcarriers modulated with data symbols b of the original transmit signal representing function Sb + Cg, where for vector g and b the vector notation and for C and S the matrix notation is chosen.
Das Spektrum eines OFDM-Sendesignals weist bekanntlich starke Nebenzipfel auf. Dies bedeutet, dass bei einer OFDM-Übertragung außerhalb der Übertragungsbandbreite beachtliche Sendeleistungen abgestrahlt werden.The Spectrum of an OFDM transmission signal is known to have strong sidelobes on. This means that in the case of OFDM transmission outside the transmission bandwidth considerable transmission powers are radiated.
Zur Unterdrückung spektraler Nebenzipfel bei OFDM gibt es gemäß dem Stand der Technik verschiedene Möglichkeiten.to suppression Spectral sidelobes in OFDM are different according to the prior art Options.
Spektrale Nebenzipfel lassen sich insbesondere durch Filterungsmaßnahmen unterdrücken. Derartige Maßnahmen bedeuten zum einen zusätzlichen Realisierungsaufwand und damit zusätzliche Kosten. Zum anderen wird das Sendesignal durch den Filtervorgang beeinflusst und es können Störungen auftreten. Insbesondere wird durch die Filterung das OFDM-Symbol im Zeitbereich verlängert, wodurch störende Symbolinterferenzen zwischen aufeinander folgenden OFDM-Symbolen entstehen können.Spectral Side lobes can be particularly filtered by means of measures suppress. Such measures mean for an additional Implementation effort and thus additional costs. On the other hand the transmission signal is influenced by the filtering process and it can disorders occur. In particular, the filtering becomes the OFDM symbol extended in the time domain, causing disturbing Symbol interference between consecutive OFDM symbols can arise.
Eine Unterdrückung spektraler Nebenzipfel lässt sich in OFDM-Übertragungssystemen auch dadurch erreichen, dass große Schutzbänder zu den im Frequenzbereich benachbarten Systemen vorgesehen bzw. Unterträger am Frequenzbereichsrand des OFDM-Systems freigelassen werden. Das Verfahren, Unterträger am Frequenzbereichsrand freizulassen, d.h. nicht mit Datensymbolen zu belegen, wird beispielsweise in den Standards DAB ("Digital Audio Broadcasting") und DVB-T ("Digital Video Broadcasting – Terrestrial") verwendet. Diese bekannten Maßnahmen sind jedoch ineffizient und verschwenden die wertvolle Ressource Spektrum. Steht nur ein kleiner Frequenzbereich zur Übertragung zur Verfügung, macht es keinen Sinn, ein OFDM-Übertragungssystem in diesen Frequenzbereich zu legen, wenn große Schutzbänder vorzusehen sind oder Unterbänder freigelassen werden müssen.A suppression spectral sidelobes leaves themselves in OFDM transmission systems also achieve that large guard bands to those in the frequency domain provided adjacent systems or subcarriers at the frequency domain edge OFDM system to be released. The procedure, subcarrier at the frequency domain edge release, i. For example, not using data symbols in the standards DAB ("Digital Audio Broadcasting ") and DVB-T ("Digital Video Broadcasting - Terrestrial ") known measures However, they are inefficient and waste valuable resources Spectrum. Is there only a small frequency range for transmission? to disposal, makes no sense, an OFDM transmission system in this frequency range, if large guard bands are to be provided or subbands released Need to become.
Eine Unterdrückung spektraler Nebenzipfel in OFDM-Übertragungssystemen kann auch durch Pulsformung erfolgen. Anstelle des rechteckförmigen Impulses für das OFDM-Symbol im Zeitbereich können andere Pulsformen gewählt werden, die ein günstigeres Spektrum besitzen, d.h. ein Spektrum, dessen Nebenzipfel schneller abklingen. Beispiele für derartige Pulse sind Nyquist-Pulse, wie beispielsweise der "Raised Cosine"-Puls. Allerdings haben andere Pulsformen als der Rechteckpuls auch ziemliche Nachteile. Es vergrößert sich nämlich die zeitliche Ausdehnung des OFDM-Symbols, wodurch Symbolinterferenzen entstehen können. Darüber hinaus kann zur OFDM-Modulation und -Demodulation nicht mehr die aufwandsgünstige Realisierung mittels DFT/IDFT ("Discrete Fourier Transformation"/"Inverse Discrete Fourier Transformation") bzw. FFT/IFFT ("Fast Fourier Transformation"/"Inverse Fast Fourier Transformation") verwendet werden.A suppression spectral sidelobe in OFDM transmission systems can also be done by pulse shaping. Instead of the rectangular pulse for the OFDM symbol in the time domain can other pulse shapes selected be a cheaper one Have spectrum, i. a spectrum whose sidelobes are faster subside. examples for such pulses are Nyquist pulses, such as the raised cosine pulse. However, other pulse shapes have as the rectangular pulse also quite disadvantages. It enlarges namely the temporal extent of the OFDM symbol, causing symbol interference can arise. Furthermore can for OFDM modulation and demodulation no longer the cost-effective implementation means DFT / IDFT ("Discrete Fourier Transformation "/" Inverse Discrete Fourier transformation ") or FFT / IFFT ("Fast Fourier Transformation "/" Inverse Fast Fourier Transformation") be used.
Der vorstehend beschriebene Stand der Technik zur Unterdrückung von spektralen Nebenzipfeln bei OFDM-Übertragungssystemen beruht auf Lehrbuchwissen und kann beispielsweise in dem Buch von Proakis, J.G.: "Digital Communications", New York: McGraw-Hill Inc., 1995 oder im Buch von van Nee, R.; Prasad, R.: "OFDM for Wireless Multimedia Communications", Boston: Artech House, 2000 nachgeschlagen werden.Of the The prior art suppression technique described above spectral side lobes in OFDM transmission systems is based For example, in the book by Proakis, J.G .: Digital Communications, New York: McGraw-Hill Inc., 1995 or in the book by van Nee, R .; Prasad, R .: "OFDM for Wireless Multimedia Communications ", Boston: Artech House, 2000 be looked up.
Bei manchen OFDM-Übertragungssystemen besteht die Anforderung, kleine Frequenzbereiche zu nutzen. Diese Forderung ist beispielsweise beim Entwurf von auf OFDM basierenden "Overlay"-Übertragungssystemen aufgestellt. Ein "Overlay"-Übertragungssystem ist ein Kommunikationssystem, das im Spektrum eines anderen Übertragungssystems arbeiten und die dort ungenutzten Frequenzbereiche zur Übertragung nutzen darf.at some OFDM transmission systems there is a requirement to use small frequency ranges. These Demand is for example set in the design of OFDM-based "overlay" transmission systems. An "overlay" transmission system is a communication system, that in the spectrum of another transmission system work and the unused frequency ranges for transmission may use.
Eine der vielversprechenden Lösungen für die Unterdrückung spektraler Nebenzipfel in Übertragungssystemen, die auf OFDM beruhen, ist die Einfügung von sogenannten Auslöschungsunterträgern (Cancellation Carriers; CC). Diese Technik ist aus dem Beitrag von S. Brandes, I. Cosovic und M. Schnell: "Sidelobe suppression in OFDM systems by insertion of cancellation carriers", Proceedings IEEE Vehicular Technology Conference (VTC'05 Fall), Sept. 2005, bekannt. Bei diesem bekannten Ver fahren werden einige sogenannte Auslöschungsunterträger auf der linken und rechten Seite des verwendeten OFDM-Spektrums eingefügt. Diese speziellen Unterträger werden nicht für die Datenübertragung benutzt, sondern tragen komplexe Gewichtungsfaktoren, die so bestimmt werden, dass sich die Nebenzipfel des Sendesignals und der Auslöschungsunterträger gegenseitig auslöschen.A the promising solutions for the suppression spectral sidelobe in transmission systems, based on OFDM, is the insertion of so-called cancellation bearers (Cancellation Carriers; CC). This technique is from the article by S. Brandes, I. Cosovic and M. Schnell: "Sidelobe suppression in OFDM systems by insertion of cancellation carriers ", Proceedings IEEE Vehicular Technology Conference (VTC'05 case), Sept. 2005. In this drive known to drive some so-called Auslöschungsunterträger on the left and right sides of the used OFDM spectrum inserted. This special subcarrier will not be for the data transmission but carry complex weighting factors that so determined be that the sidelobes of the transmit signal and the Auslöschungsuntererträger mutually extinguish.
In diesem Beitrag ist zum Ermitteln der Auslöschungsträger ein Algorithmus vorgeschlagen, der die Nebenzipfel unter einer Nebenbedingung minimiert, welche die für die Auslöschungsunterträger aufgewandte Leistung begrenzt, um nicht zu viel der Sendeleistung für die Auslöschungsunterträger zu verbrauchen. Dieser Algorithmus verlangt jedoch, dass die Koeffizienten für die Auslöschungsträger für jede neue Sendesequenz erneut berechnet werden. Darüber hinaus enthält der Algorithmus zur Bestimmung der Auslöschungsunterträger einen Wurzelfindungsalgorithmus, z.B. den Newton-Algorithmus, der iterativ arbeitet. Dies führt zu einem erheblichen Rechenaufwand und zu Verarbeitungsverzögerungen am OFDM-Sender und begrenzt daher in für die Praxis geeigneten OFDM-Systemen die Anwendung des hier vorgeschlagenen Auslöschungsunterträger-Algorithmus.In This article proposes an algorithm for determining the extinction carriers. which minimizes the sidelobes under a constraint which the for the extinction subcarrier spent performance limited so as not to consume too much of the transmission power for the extinction subcarriers. However, this algorithm requires that the extinction carrier coefficients for each new one Send sequence be recalculated. In addition, the algorithm contains for the determination of extinction subcarriers Root finding algorithm, e.g. the Newton algorithm, iterative is working. this leads to at a considerable computational effort and processing delays at the OFDM transmitter and therefore limited in practical OFDM systems the application of the extinction subcarrier algorithm proposed here.
Zur Bestimmung der Auslöschungsunterträger ist somit bei diesem bekannten Verfahren ein bedeutender Rechenaufwand erforderlich, der zusätzliche Kosten und die Frage nach der Anwendbarkeit des vorgeschlagenen Algorithmus in für die Praxis geeigneten OFDM-Systemen mit sich bringt.to Determination of extinction subcarrier thus in this known method a significant computational effort required, the additional Costs and the question of the applicability of the proposed Algorithm in for the practice of suitable OFDM systems brings with it.
Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zu Grunde, spektrale Nebenzipfel in OFDM-Übertragungssystemen und Mehrträger-Übertragungssystemen, die auf OFDM beruhen oder OFDM verwenden, zu unterdrücken oder zumindest erheblich zu reduzieren, ohne dass ein zusätzlicher Filteraufwand erforderlich wird und das OFDM-Sendesignal durch einen zu Störungen, insbesondere Symbolinterferenzen, führenden Filtervorgang beeinflusst wird. Bei der durch die Erfindung zu schaffenden Nebenzipfelunterdrückung soll darüber hinaus auch die wertvolle Ressource Spektrum ohne Verschwendung möglichst vollständig ausgenutzt werden, was insbesondere dann von hoher Bedeutung ist, wenn nur ein kleiner Frequenzbereich zur Übertragung verfügbar ist. Es sollen in an sich bekannter Weise Auslöschungsunterträger verwendet werden, wozu allerdings ein vereinfachter Algorithmus zur Bestimmung von Auslöschungsunterträgern entwickelt werden soll, durch den sowohl der Rechenaufwand als auch die Verarbeitungsverzögerung minimal gehalten werden.Of the The present invention is based on the object, spectral Sidelobe in OFDM transmission systems and multicarrier transmission systems, based on OFDM or using OFDM, suppress or at least significantly reduce without any additional Filter effort is required and the OFDM transmit signal by a to disturbances, especially symbol interference, leading filtering process affected becomes. In the side lobe suppression to be created by the invention about that In addition, the valuable resource spectrum without waste preferably fully exploited which is particularly important, if only a small frequency range for transmission available is. It should be used in a conventional manner Auslöschungsunterträger a simplified algorithm for determination developed by extinction subcarriers should be minimized by both the computational effort and the processing delay being held.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, die sich auf ein Verfahren zur Unterdrückung spektraler Nebenzipfel in OFDM-Übertragungssystemen bzw. Mehrträger-Übertragungssystemen, die auf OFDM basieren, der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe in vorteilhafter Weise dadurch gelöst, dass zur Bestimmung der Auslöschungsunterträger-Gewichtungsfaktoren ein hier in ebenfalls Vektor- und Matrizen-Schreibweise angegebener Algorithmuseingeführt wird, wobei D = –CH(CCH)–1S gilt und unter der Voraussetzung ||Db||2 ≤ α und durch Substituieren der Gleichungen D = –CH(CCH)–1S und in die Gleichung Sb + Cg = 0 die Gleichung Sb + Cg = Sb + CDb = Sb – CCH(CCH)–1Sb = 0 erhalten wird.According to the present invention, which relates to a method for suppressing spectral sidelobes in OFDM transmission systems or OFDM based on the type mentioned above, this object is achieved in an advantageous manner that for determining the Auslöschungsuntererträger- Weighting factors here an algorithm also indicated in vector and matrix notation where D = -C H (CC H ) -1 S, and assuming || Db || 2 ≤ α and by substituting the equations D = -C H (CC H ) -1 S and in the equation Sb + Cg = 0, the equation Sb + Cg = Sb + CDb = Sb - CC H (CC H ) -1 Sb = 0 is obtained.
Die Matrizen D und S brauchen für alle Datensequenzen der Übertragung nur einmal berechnet zu werden und sie werden danach zweckmäßig in einer Look-up-Tabelle gespeichert. Zum Bestimmen des Auslöschungsunterträger-Gewichtungsvektors g werden dann lediglich eine Matrizenmultiplikation Db und die Berechnung von ||Db||2 durchgeführt.The matrices D and S need only be computed once for all the data sequences of the transmission, and then they are expediently stored in a look-up table. To determine the extinction subcarrier weighting vector g, then only a matrix multiplication Db and the computation of || Db || 2 performed.
Die Bestimmung der Auslöschungsunterträger zur Nebenzipfelunterdrückung in OFDM-Systemen und auf OFDM basierten Mehrträgersystemen wird demnach durch Anwenden eines einfachen Algorithmus erreicht, der eine signifikant niedrigere Komplexität als der im Beitrag von S. Brandes, I. Cosovic und M. Schnell: "Sidelobe suppression in OFDM systems by insertion of cancellation carriers", Proceedings IEEE Vehicular Technology Conference (VTC'05 Fall), Sept. 2005, vorgeschlagene Algorithmus aufweist. Ein geringfügiger Nachteil bei diesem vereinfachten Algorithmus liegt in einer Nebenzipfelunterdrückung, die etwas schlechter als diejenige ist, die mit dem bekannten Algorithmus möglich ist.The Determination of extinction subcontractors Side lobe suppression in OFDM systems and on OFDM multicarrier systems is therefore by Applying a simple algorithm that achieves a significant lower complexity as in the article by S. Brandes, I. Cosovic and M. Schnell: "Sidelobe suppression in OFDM systems by insertion of cancellation carriers ", Proceedings IEEE Vehicular Technology Conference (VTC'05 case), Sept. 2005, proposed Algorithm has. A slight disadvantage with this simplified Algorithm lies in a sidelobe suppression, which is slightly worse than is the one that is possible with the known algorithm.
Die Erfindung hat somit gegenüber dem Stand der Technik den beachtlichen Vorteil, dass ihr einfacher Algorithmus eine signifikant geringere Rechenkomplexität als der früher vorgeschlagene Algorithmus entfaltet, was ihn zur Anwendung in für die Praxis geeigneten OFDM-Systemen besonders tauglich macht und ihren einzigen Nachteil, der in einer geringfügig schlechteren Nebenzipfelunterdrückung besteht, bei weitem aufwiegt.The Invention thus has opposite The prior art has the considerable advantage that its simple algorithm a significantly lower computational complexity than previously proposed Algorithm unfolds, allowing him to apply in for practice suitable OFDM systems and their only one Disadvantage, in a slightly worse Side lobe suppression exists, far outweighs.
Die Nebenzipfelunterdrückung in OFDM-Systemen und Mehrträger-Übertragungssystemen, die auf OFDM basieren, wird gemäß der vorliegenden Erfindung somit durch Einführung von Auslöschungsunterträgern erzielt, die keine Information tragen und anstelle eines komplexen Datensymbols spezielle komplexe Gewichtungsfaktoren erhalten, die mittels eines sehr vorteilhaften Algorithmus bestimmt werden, so dass die Nebenzipfel des OFDM-Sendesignals minimiert werden. Die Auslöschungsunterträger dienen also dazu, die Nebenzipfel, die durch die anderen Unterträger des OFDM-Übertragungssystems erzeugt werden, auszulöschen bzw. weitgehend zu reduzieren.The Side lobe suppression in OFDM systems and multicarrier transmission systems based on OFDM is based on the present Invention thus by introduction of extinction subcontractors, that carry no information and instead of a complex data symbol special complex weighting factors obtained by means of a very advantageous algorithm can be determined so that the sidelobes of the OFDM transmission signal are minimized. The extinction subcarriers serve So to do so, the sidelobes, which through the other subcarriers of the OFDM transmission system be generated, extinguish or largely reduce.
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung weist gegenüber den anderen bereits eingangs gewürdigten, herkömmlichen Verfahren zur spektralen Nebenzipfelunterdrückung eine Reihe von Vorteilen auf. Es werden weder Symbolinterferenzen noch andere Störungen erzeugt. Es werden lediglich sehr kleine Schutzbänder benötigt. DFT/IDFT bzw. FFT/IFFT können weiterhin zur OFDM-Modulation und -Demodulation verwendet werden.The Process according to the present invention has over the other already acknowledged, usual Spectral sidelobe spectrometry has a number of advantages on. No symbol interference or other interference is generated. Only very small protective tapes are needed. DFT / IDFT or FFT / IFFT can continue to be used for OFDM modulation and demodulation.
Der einzige Nachteil, den das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung gegenüber diesen herkömmlichen Verfahren aufweist, besteht darin, dass die Auslöschungsunterträger nicht zur Datenübertragung zur Verfügung stehen, wodurch sich die Übertragungskapazität geringfügig vermindert.Of the only drawback, the method of the present invention across from this conventional Method, is that the Auslöschungsunterträger not for data transfer to disposal which slightly reduces the transmission capacity.
Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Verwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Unterdrückung spektraler Nebenzipfel des Sendesignals in drahtlosen oder drahtlosen OFDM-Übertragungssystemen und in Mehrträger-Übertra gungssystemen, die OFDM verwenden oder auf OFDM basieren, sind in den unmittelbar oder mittelbar auf den Patentanspruch 1 rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.advantageous Embodiments, developments and uses of the method according to the invention for suppression Spectral sidelobe of the transmission signal in wireless or wireless OFDM transmission systems and in multi-carrier transmission systems, using the OFDM or based on OFDM are in the immediate ones or indirectly to the claim 1 back dependent claims specified.
Zum besseren Verständnis wird nachfolgend die vorliegende Erfindung anhand eines relativ einfachen Beispiels erläutert.To the better understanding Below, the present invention is based on a relative simple example explained.
Betrachtet wird ein OFDM-System mit N Unterträgern und 4QAM ("4 Quadrature Amplitude Modulation"). Die Dauer eines mit 4QAM modulierten Symbols ist mit Ts bezeichnet. Da ein OFDM-Symbol gleichzeitig N mit 4QAM modulierte Symbole überträgt, beträgt die Dauer eines OFDM-Symbols T = N·Ts. Die Unterträger in einem OFDM-System werden von links nach rechts nummeriert, wobei der Unterträger auf der linken Seite mit 1 und seine Mittenfrequenz mit ft und der Unterträger auf der rechten Seite mit N und seine Mittenfrequenz mit fN bezeichnet werden.Consider an OFDM system with N subcarriers and 4QAM ("4 Quadrature Amplitude Modulation"). The duration of a 4QAM modulated symbol is denoted by T s . Since an OFDM symbol simultaneously transmits N symbols modulated with 4QAM, the duration of an OFDM symbol is T = N * T s . The subcarriers in an OFDM system are numbered from left to right, with the subcarrier on the left side denoted by 1 and its center frequency by f t and the subcarrier on the right by N and its center frequency by f N.
Ein
einzelner Unterträger
sn(x), n = 1, 2, ..., N wird im Frequenzbereich
als
In
Gleichung (1) ist x eine durch
Wenn eine abweichende Art von Fensterung angewandt wird, z.B. die Raised-Cosine-Fensterung, muss die Gleichung (3) gemäß der Fourier-Transformation des gewählten Fensters angepasst werden. Die Funktion S(x) wird durch das vorgeschlagene Nebenzipfelunterdrückungsverfahren gewonnen. Demzufolge kann das vorgeschlagene Verfahren mühelos mit jedem beliebigen Übertragungsfenster kombiniert werden, da lediglich S(x) geeignet modifiziert werden muss. Nachfolgend wird ein übliches rechteckiges Fenster am Sender angenommen.If a different type of fenestration is used, e.g. the raised cosine windowing, must the equation (3) according to the Fourier transform of the chosen Window to be customized. The function S (x) is determined by the proposed Side lobe suppression methods won. As a result, the proposed method can be used with ease any transmission window be combined, since only S (x) are suitably modified got to. The following will be a common one rectangular window assumed on the transmitter.
Da
die Aufgabe darin besteht, die Nebenzipfel in einem bestimmten Frequenzbereich
zu unterdrücken, wird
sn(x) nur in jenem Bereich betrachtet. Anstatt
fortlaufende Frequenzen zu beobachten, werden M normierte diskrete
Frequenzabtastungen ym, m = 1, 2, ..., M,
beobachtet, die im Frequenzbereich liegen, in dem die Optimierung
der Nebenzipfel ausgeführt
wird. Damit reduziert sich die Gleichung (3) auf
Wird
sn,m, m = 1, 2, ..., M zu einem Vektor zusammengefasst,
so erhält
man sn = (sn,1,
sn,2, ..., sn,M)T, n = 1, 2, ..., N. Werden schließlich die
Vektoren sn, n = 1, 2, ..., N, zu einer
Matrix zusammengestellt, so erhält man
Das Spektrum des gesendeten OFDM-Symbols ist die Überlagerung der Spektren aller einzelnen Unterträger und ist durch Sb (6) gegeben, wobei b = (b1, b2, ..., bN)T ursprüngliche Symbole sind, die mit 4QAM moduliert sind.The spectrum of the transmitted OFDM symbol is the superposition of the spectra of each subcarrier and is given by Sb (6), where b = (b 1 , b 2 , ..., b N ) T are original symbols that modulates with 4QAM are.
Zum Reduzieren der Nebenzipfel werden Ml- und Mr-Auslöschungsunterträger auf der linken bzw. rechten Seite des verwendeten OFDM-Spektrums eingefügt. Demzufolge ist die Bandbreite des OFDM-Spektrums nun N + Mr wobei M = Ml + Mr. Die Auslöschungsunterträger tragen keine Datensymbole und somit wird das Spektrum des m-ten Auslöschungsunterträgers nicht mit einem komplexen Datensymbol, sondern stattdessen mit 1 multipliziert: To reduce sidelobes, M l and M r extinction subcarriers are inserted on the left and right sides of the OFDM spectrum used, respectively. As a result, the bandwidth of the OFDM spectrum is now N + M r where M = M l + M r . The extinction subcarriers carry no data symbols and thus the spectrum of the mth extinction subcarrier is not multiplied by a complex data symbol but instead by 1:
Die normierten Mittenfrequenzen zm der M Auslöschungsunterträger liegen auf der linken und auf der rechten Seite des verwendeten OFDM-Spektrums.The normalized center frequencies z m of the M extinction subcarriers lie on the left and on the right side of the OFDM spectrum used.
Die
Abtastproben des Spektrums der Auslöschungsunterträger Cm,k = Cm(yk) werden zu einem Vektor
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird zur Bestimmung von Auslöschungsunterträger-Koeffizienten g
ein erheblich einfacherer Algorithmus eingeführt, welcher der Nebenbedingung
nach der Funktion (11) genügt.
Die durch die Erfindung vorgeschlagene Lösung ist gegeben durch wobei
Es
ist festzustellen, dass unter der Annahme ||Db||2 ≤ α und durch
Substituieren der Gleichungen (13) und (12) in die Gleichung (9)
Die Matrizen D und S brauchen nur einmal berechnet zu werden, werden in einer Look-up-Tabelle gespeichert und für jede Datensequenz verwendet. Somit sind zum Bestimmen des Auslö schungsunterträger-Vektors g lediglich eine Matrizenmultiplikation (Db) und die Berechnung von ||Db||2 erforderlich.The matrices D and S only need to be computed once, are stored in a look-up table and used for each data sequence. Thus, to determine the cancellation subcarrier vector g, only a matrix multiplication (Db) and the computation of || Db || are used 2 required.
Der Hauptgedanke hinter der Lösung nach der Gleichung (12) besteht darin, den Vektor Db in dem Fall zu skalieren, wenn seine Leistung gleich oder größer als α ist, so dass die beim Auslöschungsunterträger-Vektor g effektive Leistung der Nebenbedingung (11) genügt. Mit dieser Lösung wird die Nebenzipfelunterdrückung im Vergleich zu demjenigen Fall reduziert, bei dem diese Skalierung nicht angewandt wird, und die resultierenden Nebenzipfel (beobachtet an den diskreten Frequenzpositionen, die innerhalb des Optimierungsbereiches ausgewählt wurden) sind gleich The main idea behind the solution according to the equation (12) is to scale the vector Db in the case where its power is equal to or greater than α, so that the power effective at the extinction subcarrier vector g satisfies the constraint (11). With this approach, sidelobe suppression is reduced compared to the case where this scaling is not applied, and the resulting sidelobes (observed at the discrete frequency positions selected within the optimization range) are equal
Demzufolge wird in diesem Fall eine Reduzierung der Nebenzipfelleistung von erreicht.As a result, in this case, a reduction in the side-lobe performance of reached.
Es ist festzustellen, dass die vorgeschlagene Lösung im Vergleich zu der erwähnten, früher vorgeschlagenen Lösung bezüglich der erreichbaren spektralen Nebenzipfelunterdrückung zwar suboptimal ist, sie aber die Rechenkomplexität signifikant reduziert, da sie die Anwendung von Wurzelfindungsalgo rithmen vermeidet und eine minimale Anzahl von Rechnungen erfordert, um den Auslöschungsunterträger-Vektor g zu erhalten.It It should be noted that the proposed solution is in comparison to the one previously proposed solution in terms of Although the achievable spectral sidelobe suppression is suboptimal, but they have the computational complexity significantly reduced, as they use the application of root-finding algorithms avoids and requires a minimum number of bills to the extinction subcarrier vector g.
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Beispiel beschränkt, sondern lässt sich auf folgende Fälle verallgemeinern:
- – Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht nur auf OFDM-Übertragungssysteme anwendbar, sondern auf alle Übertragungsverfahren, die auf OFDM beruhen, wie beispielsweise "Orthogonal Frequency-Division Multiple-Access" (OFDMA) und "Multi-Carrier Code-Division Multiple-Access" (MC-CDMA).
- – Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist auf OFDM-Systeme oder Mehrträger-Übertragungssysteme, die auf OFDM beruhen, mit beliebiger Unterträgeranzahl N anwendbar.
- – Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf 4QAM beschränkt, sondern kann auf alle Modulationsverfahren erweitert werden, die in OFDM-Übertragungssystemen oder Mehrträger-Übertragungssystemen, die auf OFDM beruhen, verwendet werden.
- – Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung beschränkt sich nicht auf die Unterdrückung je eines Nebenzipfels an den beiden Rändern des Sendesignalspektrums. Vielmehr kann die Optimierung der Gewichtungsfaktoren auf eine beliebige Bandbreite ausgedehnt werden.
- – Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Anwendung des Algorithmus auf alle verfügbaren Unterträger gemeinsam beschränkt. Die Unterträger können in bestimmter Weise in mehrere verschiedene Gruppen aufgeteilt werden und der Algorithmus kann auf diese Gruppen unabhängig angewandt werden. Überdies kann der Algorithmus auf nur einige der Gruppen von Unterträgern angewandt werden, während die anderen Gruppen von Unterträgern unverändert bleiben.
- – Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung lässt sich auf einfache Weise mit anderen Verfahren zur Nebenzipfelunterdrückung kombinieren, beispielsweise mit den drei einleitend beschriebenen Verfahren entsprechend dem Stand der Technik. Dies ist möglich, da das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung keine prinzipiellen Änderungen am OFDM-Übertragungssystem oder dem auf OFDM basierenden Mehrträger-Übertragungssystem erfordert. Das resultierende Übertragungssystem mit Auslöschungsunterträgern bleibt ein OFDM-Übertragungssystem oder ein auf OFDM basierendes Mehrträger-Übertragungssystem.
- The method according to the present invention is applicable not only to OFDM transmission systems, but to all transmission methods based on OFDM, such as "Orthogonal Frequency Division Multiple Access" (OFDMA) and "Multi-Carrier Code Division Multiple Access "(MC-CDMA).
- The method according to the present invention is applicable to OFDM systems or multi-carrier transmission systems based on OFDM with arbitrary subcarrier number N.
- The method according to the present invention is not limited to 4QAM but can be extended to all modulation methods used in OFDM transmission systems or multi-carrier transmission systems based on OFDM.
- The method according to the present invention is not limited to the suppression of each side lobe at the two edges of the transmission signal spectrum. Rather, optimizing the weighting factors can be extended to any bandwidth.
- The method according to the present invention is not limited to the application of the algorithm to all available subcarriers. The subcarriers can be divided into several distinct groups in a specific way and the algorithm can be applied independently to these groups. Moreover, the algorithm can be applied to only some of the subcarrier groups, while the other subcarrier groups remain unchanged.
- The method according to the present invention can be easily combined with other methods for sidelobe suppression, for example with the three prior art methods described in the introduction. This is possible because the method according to the present invention does not require any fundamental changes to the OFDM transmission system or the OFDM based multi-carrier transmission system. The resulting extender subcarrier transmission system remains an OFDM transmission system or an OFDM based multicarrier transmission system.
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung kann bei allen auf OFDM beruhenden, drahtgebundenen Mehrträger-Übertragungssystemen eingesetzt werden, um dort eine Unterdrückung spektraler Nebenzipfel zu erzielen. Im Zusammenhang mit drahtgebundener Kommunikation wird OFDM häufig auch als "Discrete Multi-Tone (DMT) Modulation" bezeichnet. OFDM bzw. DMT wird bei der drahtgebunden Kommunikation häufig als Anschlussverbindung zu den Haushalten ("last mile") verwendet, um diese digital an die Außenwelt anzubinden. Die dazu existierenden verschiedenen Übertragungstechniken werden unter dem Begriff "Digital Subscriber Line" (DSL) zusammengefasst. DSL-Übertragungstechniken sind beispielsweise HDSL ("High-Speed Digital Subscriber Line"), ADSL ("Asymmetric Digital Subscriber Line") und SDSL ("Symmetric Digital Subscriber Line"). Die DSL-Übertragungstechniken sind Beispiele für den Anwendungsbereich des Erfindungsgedankens im Bereich der drahtgebundenen Kommunikation. Ferner lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren für OFDM-Systeme im Bereich "Power Line Communications" anwenden.The Method according to the present invention can be applied to all OFDM based, wired multi-carrier transmission systems used be there to suppress there To achieve spectral sidelobes. Wired related Communication becomes OFDM frequently also called "Discrete Multi-Tone (DMT) modulation ". OFDM or DMT is often used in wired communication as Connection to the households ("last mile") used to digitally connect to the outside world to tie. The various transmission techniques available for this purpose are termed "Digital Subscriber Line "(DSL) summarized. DSL transmission technologies are for example HDSL ("High-Speed Digital Subscriber Line "), ADSL ("Asymmetric Digital Subscriber Line ") and SDSL ("Symmetric Digital Subscriber Line "). The DSL transmission techniques are examples of the scope of the inventive concept in the field of wired Communication. Further leaves the process of the invention for OFDM systems in the area "Power Line Communications ".
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch bei allen auf OFDM beruhenden, drahtlosen Übertragungssystemen eingesetzt werden, um dort eine Unterdrückung spektraler Nebenzipfel zu erreichen. Die Anwendung hier umfasst sowohl bereits standardisierte, auf OFDM beruhende Systeme, wie beispielsweise DAB, DVB-T oder "High Performance Local Area Network 2" (HIPERLRN/2), als auch neue Systeme, wie beispielsweise die auf OFDM basierenden MC-CDMA-Entwicklungen im Rahmen der "Vierten Generation Mobilfunk" (4G).The Method according to the present invention Invention may also be applied to all OFDM based wireless transmission systems be used to there a suppression of spectral sidelobes to reach. The application here includes both already standardized, OFDM-based systems such as DAB, DVB-T or "High Performance Local Area Network 2 "(HIPERLRN / 2), as well as new systems, such as those based on OFDM MC-CDMA developments under the "Fourth Generation Mobile" (4G).
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist auch in Verbindung mit sogenannten OFDM-basierten "Overlay"-Systemen von großem Interesse. Ein "Overlay"-System ist ein Übertragungssystem (Füllsystem), das im Frequenzband eines anderen Übertragungssystems (Hauptsystem) arbeitet und die dort aktuell brachliegenden Frequenzlücken nutzt. Besonders geeignet für "Overlay"-Systeme sind Systeme, die auf OFDM basieren, da diese durch Abschalten einzelner Unterträgergruppen Bereiche im Spektrum aussparen können, in denen das Hauptsystem gerade überträgt. Allerdings würden die starken Nebenzipfel eines Standard-OFDM-Verfahrens entweder das Hauptsystem stören oder es erforderlich machen, dass große Schutzbänder oder steilflankige Sendefilter verwendet werden müssen. Erst die Nebenzipfelunterdrückung gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht somit eine effiziente Realisierung von "Overlay"-Systemen.The Process according to the present invention is also in communication with so-called OFDM-based "overlay" systems of great interest. An "overlay" system is a transmission system (Filling system), that in the frequency band of another transmission system (main system) works and uses the currently idle frequency gaps there. Particularly suitable for "overlay" systems are systems based on OFDM, as these by switching off individual subcarrier groups Spaces in the spectrum can be spared, where the main system is currently broadcasting. Indeed would the strong sidelobes of a standard OFDM method either disturb the main system or make it necessary that large guard bands or steep-sided transmit filters must be used. First the sidelobe suppression according to the present Invention allows thus an efficient realization of "overlay" systems.
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ermöglicht also den Verzicht auf eine zusätzliche Filterung oder Pulsformung des Sendesignals und erlaubt die Verwendung kleinerer Schutzbänder. Die Eigenschaften des OFDM-Sendesignals werden dabei nicht nachteilig beeinflusst. Als einziger, allerdings nicht besonders relevanter Nachteil, der durch die Verwendung der Auslöschungsunterträger entsteht, ergibt sich eine geringfügig kleinere Übertragungskapazität, da die Auslöschungsunterträger nicht zur Datenübertragung herangezogen werden können.The method according to the present invention thus makes it possible to dispense with additional filtering or pulse shaping of the transmission signal and allows the use of smaller guard bands. The properties of the OFDM transmit signal are not adversely affected. The only, but not particularly relevant, disadvantage resulting from the use of the extinction subcarriers is a slightly smaller transmission capacity since the extinction subcarriers are not for data transmission can be attracted.
Ferner ermöglicht das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung die Realisierung von effizienten, auf OFDM basierenden "Overlay"-Systemen, die seit kurzem in der Forschung entwickelt werden, um eine bessere Ausnutzung der wertvollen Ressource Spektrum zu realisieren. Das potentielle Anwendungsgebiet für "Overlay"-Systeme reicht von der terrestrischen Funkübertragung über die aeronautische Kommunikation bis hin zur Satellitenkommunikation. Aktuell wird z.B. in einem EU-Projekt im 6. Rahmenprogramm an der Entwicklung eines "Overlay"-Systems für die zukünftige ATC ("Air Traffic Control") Kommunikation im VHF-Band gearbeitet.Further allows the method according to the present invention the realization of efficient, OFDM-based "overlay" systems that have recently been used in research be developed to better exploit the valuable resource Realize spectrum. The potential application for "overlay" systems ranges from the terrestrial radio transmission over the Aeronautical communication to satellite communication. Currently, e.g. in an EU project in the 6th Framework Program at the Development of an overlay system for the future ATC ("Air Traffic Control") communication in the VHF band worked.
Kurz zusammengefasst wird beim Verfahren nach der vorliegenden Erfindung also in einem OFDM-System und in OFDM-basierten Mehrträgersystemen, die Auslöschungsunterträger zur Nebenzipfelreduzierung verwenden, ein Algorithmus eingeführt, der die zum Erlangen geeigneter Auslöschungsunterträger erforderliche Rechenkomplexität minimal hält.Short is summarized in the method according to the present invention that is, in an OFDM system and in OFDM-based multicarrier systems, the extinction subcarrier to Using sidelobe reduction, an algorithm introduced that necessary to obtain suitable extinction subcarriers computational complexity keeps minimal.
Dieser Algorithmus zielt auf praktische Anwendungen von Auslöschungsunterträgern in OFDM-Systemen ab, in denen die Signalverarbeitung für jede Datensequenz, d.h. für jedes OFDM-Symbol, minimal gehalten werden sollte, da der bekannte, in dem Beitrag von S. Brandes, I. Cosovic und M. Schnell: "Sidelobe suppression in OFDM systems by insertion of cancellation carriers", Proceedings IEEE Vehicular Technology Conference (VTC'05 Fall), Sept. 2005, beschriebene Algorithmus eine signifikante Rechenkomplexität für jede Datenübertragungssequenz verlangt. Im Vergleich zu diesem bestehenden Algorithmus zur Bestimmung der Auslöschungsunterträger ist gemäß der Erfindung die Rechenkomplexität signifikant reduziert.This Algorithm aims at practical applications of extinction subcarriers OFDM systems in which the signal processing for each data sequence, i.e. For every OFDM symbol, should be kept minimal, since the well-known, in the article by S. Brandes, I. Cosovic and M. Schnell: "Sidelobe suppression in OFDM systems by insertion of cancellation carriers ", Proceedings IEEE Vehicular Technology Conference (VTC'05 case), Sept. 2005, algorithm a significant computational complexity for each data transfer sequence required. Compared to this existing algorithm for determination the extinction subcarrier is according to the invention the computational complexity significantly reduced.
Der gegenüber diesem erheblichen Vorteil als untergeordnet anzusehende Preis, der für diese Verringerung der Rechenkomplexität zu bezahlen ist, besteht in einer geringfügig schlechteren Nebenzipfelunterdrückung als bei Anwendung des erwähnten bekannten Algorithmus.Of the across from this considerable advantage as a subordinate price, the for this reduction in computational complexity has to be paid in a slight worse sidelobe suppression when using the mentioned known algorithm.
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