DE102006017962B4

DE102006017962B4 - Digital transmission process

Info

Publication number: DE102006017962B4
Application number: DE102006017962.5A
Authority: DE
Inventors: Dr. Brühl Lars; Dr. Egner Peter; Prof. Dr.-Ing. Lindner Jürgen; Ivan Perisa; Dr. Teich Werner; Matthias Wetz
Original assignee: Siemens Mobility GmbH
Current assignee: Siemens Mobility GmbH
Priority date: 2006-04-13
Filing date: 2006-04-13
Publication date: 2020-07-30
Anticipated expiration: 2026-04-14
Also published as: DE102006017962A1; CN101467381A; WO2007118573A1; CN101467381B

Abstract

Verfahren zur drahtlosen Übertragung digital codierter Information über einen Übertragungskanal, welcher in eine Vielzahl Z von Unterträgern unterteilt ist, mit Aussendung eines Sendesignals in zeitlich aufeinander folgenden Symbolschritten, wobei zumindest ein Teil der Unterträger in Gruppen zu je M Unterträgern aufgeteilt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Modulation innerhalb eines Symbolschritts durch eine Codierung bei der Auswahl der Belegung von N Unterträgern jeder Gruppe mit N<M erfolgt und auf jedem der belegten Unterträger ein Signalanteil eines Sendesignals übertragen wird.Method for wireless transmission of digitally coded information via a transmission channel which is divided into a plurality Z of subcarriers, with transmission of a transmission signal in successive symbol steps, at least some of the subcarriers being divided into groups of M subcarriers each, characterized in that a first modulation takes place within a symbol step by coding when selecting the assignment of N subcarriers of each group with N <M and a signal component of a transmission signal is transmitted on each of the assigned subcarriers.

Description

Die Erfindung betrifft ein digitales Übertragungsverfahren.The invention relates to a digital transmission method.

Für Verfahren zur drahtlosen Übertragung digital codierter Information sind verschiedene Modulationsarten bekannt und gebräuchlich.Various types of modulation are known and used for methods for the wireless transmission of digitally coded information.

Eine durch Mehrwegausbreitung auftretende Inter-Symbol-Interferenz stellt bei Einträgersystemen eine starke Begrenzung der erreichbaren Datenrate dar und macht eine aufwendige Entzerrung des übertragenen Signals im Empfänger notwendig. Dies stellt insbesondere bei schnell zeitvarianten Funkkanälen , welche z. B. bei schnell bewegten Fahrzeugen oder bei Fahrzeugen in schnell wechselnder Umgebung mit Mehrwegausbreitung auftreten, ein gravierendes Problem dar, vor allem im Hinblick auf sicherheitsrelevante Daten, z. B. eines F ahrzeug-Betriebsleitsystems.An inter-symbol interference occurring due to multipath propagation represents a strong limitation of the achievable data rate in single-carrier systems and requires a complex equalization of the transmitted signal in the receiver. This is particularly the case with fast time-variant radio channels, which, for. B. occur in fast moving vehicles or in vehicles in a rapidly changing environment with multipath, a serious problem, especially with regard to security-relevant data, for. B. a vehicle operational control system.

Moderne Kommunikationssysteme verwenden häufig die Aufteilung des Frequenzspektrums eines Übertragungskanals in eine Vielzahl von Unterträgern, z. B. nach dem OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)-Prinzip, innerhalb dessen auf einen Unterträger wieder verschiedene Modulationsverfahren angewandt werden können, von welchen insbesondere QAM(Quadratur-Amplitudenmodulation) und DPSK(Differential Phase Shift Keying) von praktischer Bedeutung sind.Modern communication systems often use the division of the frequency spectrum of a transmission channel into a large number of subcarriers, e.g. B. according to the OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) principle, within which various modulation methods can again be applied to a subcarrier, of which in particular QAM (quadrature amplitude modulation) and DPSK (differential phase shift keying) are of practical importance.

Aus der US 2005/0018783 A1 ist ein OFDM-System bekannt, bei dem FSK Symbolanteile in einem Übertragungsnetzwerk erzeugt werden. Entsprechende komplexe Werte, die die OFDM-Signale repräsentieren, werden in Gruppen aufgeteilt. Jede diese Gruppe mit komplexen Werten wird eine bestimmte Energie zugeordnet. Ein OFDM-Modulator wird auf die komplexen Werte mit den unterschiedlichen zugeordneten Energien angewandt, um FSK-Symbole zu erzeugen, die mit der jeweiligen Gruppe korrespondieren. Diese FSK-Symbole werden anschließend seriell übertragen.From the US 2005/0018783 A1 an OFDM system is known in which FSK symbol components are generated in a transmission network. Corresponding complex values that represent the OFDM signals are divided into groups. Each of these groups with complex values is assigned a specific energy. An OFDM modulator is applied to the complex values with the different associated energies to generate FSK symbols that correspond to the respective group. These FSK symbols are then transferred serially.

In der DE 196 35 813 A1 wird ein Verfahren zur Reduktion des Spitzenwertfaktors bei digitalen Übertragungsverfahren beschrieben. Um eine Reduktion der Signalspitzen zu erreichen, wird neben der zu sendenden Nachricht durch determinierte, umkehrbar eindeutige Abbildungen mehrere alternative Nachrichtensequenzen erzeugt werden. Aus diesen Alternativen wird eine, bezüglich des Spitzenwerts des zugehörigen Sendesignals günstige, ausgesucht und schließlich übertragen.In the DE 196 35 813 A1 describes a method for reducing the peak value factor in digital transmission methods. In order to reduce the signal peaks, several alternative message sequences will be generated in addition to the message to be sent by means of determined, reversibly clear images. From these alternatives, one that is favorable with regard to the peak value of the associated transmission signal is selected and finally transmitted.

Weitere digitale Modulationsverfahren sind auch aus der EP 0 743 768 A1 und der US 2004/0047285 A1 sowie aus dem Artikel Korn, I. und Wie, L. „Combined Frequency and Differential Phase Shift Keying with Non-Coherent Detection in Satellite Mobile Channel“, IEEE Global Telecommunications Conference, Vol. 1, Seiten 81 - 85, November 1993 bekannt.Other digital modulation methods are also from the EP 0 743 768 A1 and the US 2004/0047285 A1 as well as from the article Korn, I. and Wie, L. "Combined Frequency and Differential Phase Shift Keying with Non-Coherent Detection in Satellite Mobile Channel", IEEE Global Telecommunications Conference, Vol. 1, pages 81-85, November 1993 known.

Mehrwegeausbreitung kann im Übertragungskanal auch Auslöschungen von bestimmten Frequenzen, sogenannte „Deep Fades“, verursachen. Bei OFDM-Systemen werden daher häufig Verfahren der Kanalkodierung oder des Codebit-Interleaving verwendet, um auch bei Übertragungskanälen mit derartigen Störungen eine zuverlässige Datenübertragung zu erreichen. Durch die Verwendung von Zuverlässigkeitsinformationen für die einzelnen aus dem Empfangssignal decodierten Bits in einem Soft-Decision-Decoding kann die Leistungsfähigkeit des Decodierers verbessert werden. Zur Decodierung kann dann z. B. ein Soft-Input-Viterbi- oder BCJR-Codierer verwendet werden.Multipath propagation in the transmission channel can also cause deletions of certain frequencies, so-called "deep fades". In OFDM systems, methods of channel coding or codebit interleaving are therefore often used in order to achieve reliable data transmission even with transmission channels with such interference. The performance of the decoder can be improved by using reliability information for the individual bits decoded from the received signal in a soft decision decoding. For decoding z. B. a soft input Viterbi or BCJR encoder can be used.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur drahtlosen Übertragung digital codierter Information anzugeben, welches robust gegen die bekannten Störungen des Übertragungskanals ist und eine sichere Übertragung wichtiger Daten bei hoher Datenrate ermöglicht.The object of the present invention is to provide a method for the wireless transmission of digitally coded information, which is robust against the known interference in the transmission channel and enables reliable transmission of important data at a high data rate.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.The invention is described in claim 1. The dependent claims contain advantageous refinements and developments of the invention.

Die Erfindung basiert auf einem Mehrträgersystem, wie insbesondere einem OFDM-System mit Unterteilung des für den Übertragungskanal zur Verfügung stehenden Frequenzspektrums in eine Vielzahl von Unterträgern und zeitliche Unterteilung des übertragenen Signals in aufeinander folgende Symbolschritte.The invention is based on a multi-carrier system, such as in particular an OFDM system with subdivision of the frequency spectrum available for the transmission channel into a plurality of subcarriers and temporal subdivision of the transmitted signal into successive symbol steps.

Die Aufteilung zumindest eines Teils der Gesamtzahl der Unterträger in Gruppen zu je M Unterträgern führt zur Bildung einer Mehrzahl solcher Gruppen von Unterträgern. Die Belegung von nur N Unterträgern je Gruppe mit 0<N<M führt zu einer ersten Modulation, welche gruppenintern für N=1 als eine M-wertige Frequenzumtastung, nachfolgend auch als MFSK abgekürzt, und für N>1 als eine sogenannte Multitone-Frequenzumtastung, nachfolgend auch MTFSK, betrachtet werden kann. Diese erste Modulation stellt ein insbesondere für N=1 besonders robustes Modulationsverfahren dar. Vorteilhafterweise sind die Unterträger in überwiegender Zahl, vorzugsweise alle in die Gruppen zu je M Unterträgern aufgeteilt.The division of at least part of the total number of subcarriers into groups of M subcarriers leads to the formation of a plurality of such groups of subcarriers. The assignment of only N subcarriers per group with 0 <N <M leads to a first modulation, which within the group for N = 1 as an M-valued frequency shift keying, hereinafter also abbreviated as MFSK, and for N> 1 as a so-called multitone frequency shift keying , hereinafter also MTFSK, can be considered. This first modulation represents a particularly robust modulation method for N = 1. Advantageously, the subcarriers are predominantly divided, preferably all, into the groups of M subcarriers.

Die Anzahl M der Unterträger je Gruppe wird, insbesondere für N=1 (gruppenweise MFSK), vorteilhafterweise zu 2<M<10, in besonders vorteilhafter Ausführung M=4 gewählt. Die bevorzugte Ausführungsform mit M=4 und N=1 ist besonders robust, insbesondere gegenüber schneller Zeitvarianz des Übertragungskanals, bei gleichzeitig hoher spektraler Effizienz.The number M of subcarriers per group, in particular for N = 1 (in groups MFSK), advantageously becomes 2 <M <10, in particular advantageous version M = 4 selected. The preferred embodiment with M = 4 and N = 1 is particularly robust, in particular compared to a fast time variance of the transmission channel, with high spectral efficiency at the same time.

Die Bitzuordnung erfolgt bei N=1 vorteilhafterweise innerhalb der Gruppe der M Unterträger so, dass sich nach Art einer Gray-Codierung benachbarte Unterträger nur in je einem Bit unterscheiden. Dadurch wird bei Frequenzoffset, bei welchem bevorzugt auf benachbarte Unterträger falsch entschieden wird, die Bitfehlerwahrscheinlichkeit reduziert. Die dabei angenommene, bevorzugte Anordnung aller Unterträger einer Gruppe als ein in Frequenzrichtung zusammenhängender Block ist aber nicht zwingend. Es zeigt sich, dass insbesondere durch Einsatz eines Codebit-Interleaving, die in einer Gruppe zusammengefassten Unterträger auch spektral weiter beabstandet sein können.With N = 1, the bit allocation is advantageously carried out within the group of M subcarriers in such a way that subcarriers neighboring one another differ only in one bit each in the manner of a Gray coding. As a result, the probability of bit errors is reduced in the case of frequency offset, in which a decision is preferably made incorrectly on adjacent subcarriers. The assumed preferred arrangement of all subcarriers of a group as a block connected in the frequency direction is not mandatory, however. It is shown that, in particular by using codebit interleaving, the subcarriers combined in a group can also be spaced further apart spectrally.

In anderer vorteilhafter Ausführung mit N>1, d. h. in einem Symbolschritt gleichzeitige Belegung von N Unterträgern jeder Gruppe mit einem Signalanteil, lässt sich eine höhere Bandbreiteneffizienz des Übertragungssystems erzielen. Vorteilhafterweise ist N<M/2.In another advantageous embodiment with N> 1, i.e. H. In a symbol step, simultaneous assignment of N subcarriers of each group with a signal component, a higher bandwidth efficiency of the transmission system can be achieved. Advantageously, N <M / 2.

Bei den beschriebenen Verfahren, sowohl mit N=1 als auch mit 1<N<M ist vorteilhafterweise auf Empfängerseite eine inkohärente Detektion des Empfangssignals möglich. Dadurch kann vorteilhafterweise auf eine Kanalschätzung verzichtet werden. Ohne die Notwendigkeit einer empfängerseitigen Kanalschätzung kann in vorteilhafter Ausführung auf die Übertragung von Pilotträgern verzichtet und dadurch eine höhere spektrale Effizienz im Vergleich zu kohärenter Detektion erreicht werden.In the described methods, both with N = 1 and with 1 <N <M, an incoherent detection of the received signal is advantageously possible on the receiver side. This advantageously means that channel estimation can be dispensed with. In an advantageous embodiment, the transmission of pilot carriers can be dispensed with, without the need for a channel estimation on the receiver side, and a higher spectral efficiency compared to coherent detection can thereby be achieved.

Bei inkohärenter Detektion des nach dem vorstehend beschriebenen Modulationsverfahren erzeugten und übertragenen Signals spielt die Trägerphase für die Informationsübertragung der Daten keine Rolle. Dieser Freiheitsgrad kann in vorteilhafter Ausführung dazu genutzt werden, durch eine günstige Wahl der Unterträgerphasen den Crestfaktor des Sendesignals zu reduzieren.In the case of incoherent detection of the signal generated and transmitted using the modulation method described above, the carrier phase plays no role in the information transmission of the data. In an advantageous embodiment, this degree of freedom can be used to reduce the crest factor of the transmission signal by a favorable choice of the subcarrier phases.

In anderer, besonders vorteilhafter Ausführung kann die Bandbreiteneffizienz der vorstehend beschriebenen Ausführungen (N=1, N>1) des ersten Modulationsverfahrens durch eine zusätzliche Verwendung der Phase der durch die erste Modulation belegten Unterträger als Informationsträger erhöht werden, ohne dass die Robustheit der Datenübertragung über die erste Modulation mit der Codierung durch gruppenweise Trägerbelegung beeinträchtigt wird.In another, particularly advantageous embodiment, the bandwidth efficiency of the above-described embodiments (N = 1, N> 1) of the first modulation method can be increased by additionally using the phase of the subcarriers occupied by the first modulation as information carriers, without the robustness of the data transmission being increased the first modulation with the coding is impaired by group-by-carrier assignment.

Insbesondere vorteilhaft ist es, die Phase der belegten Unterträger differentiell zu codieren. Diese differentielle Codierung kann entweder in Frequenzrichtung, also zwischen belegten Unterträgern oder in Zeitrichtung, also zwischen zeitlich aufeinanderfolgenden Symbolen, erfolgen. Dabei kann vorteilhafterweise weiterhin auf eine Kanalabschätzung verzichtet und das Empfangssignal inkohärent detektiert werden. Bei stark zeitvarianten, jedoch nur schwach frequenzselektiven Kanälen, ist eine differentielle Codierung in Frequenzrichtung vorteilhafter, bei stark frequenzselektiven, jedoch nur wenig zeitvarianten Kanälen, ist eine Codierung in Zeitrichtung günstiger.It is particularly advantageous to code the phase of the occupied subcarriers differentially. This differential coding can take place either in the frequency direction, that is, between occupied subcarriers, or in the time direction, that is, between symbols that follow one another in time. In this case, channel estimation can advantageously also be dispensed with and the received signal can be detected incoherently. In the case of strongly time-variant channels, but only weakly frequency-selective channels, differential coding in the frequency direction is more advantageous; in the case of highly frequency-selective channels, but only few time-variant channels, coding in the time direction is more advantageous.

In anderer vorteilhafter Ausführung kann eine zusätzliche Modulation der in dem ersten Modulationsverfahren belegten Unterträger auch mit einem kohärenten Modulationsverfahren, d. h. einem Modulationsverfahren, welches auf Empfängerseite eine kohärente Detektion erfordert, wie z. B. QAM, durchgeführt werden, wobei vorteilhafterweise für die kohärente Demodulation empfängerseitig eine Kanalschätzung durchgeführt wird.In another advantageous embodiment, additional modulation of the subcarriers used in the first modulation method can also be carried out using a coherent modulation method, i. H. a modulation method which requires coherent detection on the receiver side, such as e.g. B. QAM, are carried out, wherein advantageously a channel estimation is carried out on the receiver side for the coherent demodulation.

Durch Link-Adaption kann zwischen kohärenter, differentieller Codierung in Frequenz- und in Zeitrichtung bedarfsweise umgeschaltet werden. Auch eine differentielle Codierung, bei der ein Teil der Unterträger in Zeit-, der andere Teil hingegen in Frequenzrichtung differentiell codiert wird, ist möglich.Link adaptation can be used to switch between coherent, differential coding in the frequency and in the time direction as required. Differential coding, in which a part of the subcarriers is coded differentially in time and the other part in frequency direction, is also possible.

Vorteilhafterweise wird bei einem Signal mit nach der ersten Modulation vorgenommener Unterträgerbelegung und mit zusätzlicher Modulation belegter Unterträger die Codierung der ersten Modulation mit Daten vorgenommen, welche von Daten zur Codierung der zweiten Modulation unabhängig sind. Die Codierung der ersten Modulation kann dabei insbesondere sicherheitsrelevante Daten, z. B. eines Fahrzeug-Betriebsleitsystems umfassen, welche durch die erste Modulation mit besonders hoher Störsicherheit übertragen werden. Die Daten zur Codierung der zweiten Modulation können andere Dienste, z. B. Telekommunikation betreffen, für welche geringere Anforderungen an die Übertragungsgüte bestehen. Kanalcodierung und Interleaving werden für beide Modulationen vorzugsweise getrennt durchgeführt.In the case of a signal with subcarrier assignment carried out after the first modulation and subcarriers occupied with additional modulation, the coding of the first modulation is advantageously carried out with data which are independent of data for coding the second modulation. The coding of the first modulation can in particular security-relevant data, for. B. a vehicle operations control system, which are transmitted by the first modulation with particularly high interference immunity. The data for coding the second modulation can be other services, e.g. B. concern telecommunications, for which there are lower requirements for the transmission quality. Channel coding and interleaving are preferably carried out separately for both modulations.

Bei einem solchen Dienstmultiplex können die Codierverfahren, den Anforderungen an Robustheit und Datenrate der beiden Modulationen entsprechend, getrennt optimiert werden. Ein solcher Dienstmultiplex kann auch zur Übertragung von anderen Daten mit geringerer Anforderung an die Übertragungsgüte, z. B. Videodaten genutzt werden. Bei Datenmultiplex, bei dem nicht zwischen verschiedenen Dienstgüten unterschieden wird, können die Codierverfahren der beiden Modulationen so optimiert werden, dass eine möglichst gute Gesamtleistung erreicht wird.With such a service multiplex, the coding method can be optimized separately, in accordance with the requirements for robustness and data rate of the two modulations. Such a service multiplex can also be used for the transmission of other data with lower demands on the transmission quality, e.g. B. video data can be used. In the case of data multiplex, in which no distinction is made between different quality of service, the coding methods of the two modulations can be optimized in this way that the best possible overall performance is achieved.

Durch die erste Modulation steht nur ein Teil (N/M) der Unterträger für eine zusätzliche Modulation zur Verfügung. Um die spektrale Effizienz der Datenübertragung zu erhöhen ist es auch möglich, nur einen Teil der Unterträger auf Gruppen aufzuteilen, auf die die erste Modulation angewandt wird und die übrigen Unterträger in gebräuchlicher Weise ohne derartige Gruppierung einer Modulation, insbesondere einer gebräuchlichen differentiellen Phasenmodulation oder QAM usw. zu unterziehen.The first modulation means that only a part (N / M) of the subcarrier is available for additional modulation. In order to increase the spectral efficiency of the data transmission, it is also possible to divide only a part of the subcarriers into groups to which the first modulation is applied and the other subcarriers in a customary manner without such grouping of a modulation, in particular a customary differential phase modulation or QAM, etc . to undergo.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschaulicht. Dabei zeigt:

1 ein Beispiel für eine Unterträgerbelegung,
2 eine senderseitige und empfangsseitige Signalverarbeitung nach einer bevorzugten Ausführungsform.

The invention is illustrated in more detail below on the basis of preferred exemplary embodiments with reference to the figures. It shows:

1 an example of a subcarrier assignment,
2nd a transmitter-side and receiver-side signal processing according to a preferred embodiment.

In 1 ist als Band in Frequenzrichtung ein Ausschnitt aus einer größeren Gesamtzahl von in Frequenz f aufeinanderfolgenden Unterträgern UT eines Übertragungskanals nach einem Mehrträgersystem, beispielsweise OFDM, skizziert. Die in Frequenzrichtung f aufeinander folgenden Unterträger UT sind zu Gruppen von jeweils vier Unterträgern zusammengefasst, wobei in 1 drei in Frequenzrichtung aufeinander folgende Gruppen G_r-1, G_r und G_r+1 vollständig dargestellt sind. In dem skizzierten und bevorzugten Beispiel sind die Unterträger jeder Gruppe in Frequenzrichtung f blockweise zusammenhängend. Im gewählten und bevorzugten Beispiel ist die Anzahl M der Unterträger je Gruppe M=4.In 1 a section in the frequency direction is outlined from a larger total number of subcarriers UT of successive frequency f of a transmission channel according to a multi-carrier system, for example OFDM. The subcarriers UT which follow one another in the frequency direction f are combined into groups of four subcarriers, wherein in 1 three successive groups G _r-1 , G _r and G _{r + 1} are shown in full in the frequency direction. In the sketched and preferred example, the subcarriers of each group are connected in blocks in the frequency direction f. In the selected and preferred example, the number M of subcarriers per group is M = 4.

Gemäss dem ersten Modulationsverfahren mit N belegten Unterträgern innerhalb einer Gruppe und N=1 ist in jeder der Gruppen ein Unterträger mit einem Signalanteil belegt. Die belegten Unterträger sind durch dick durchgezogene Rahmenlinien hervorgehoben. Die nicht belegten Unterträger sind durch x gekennzeichnet.According to the first modulation method with N subcarriers occupied within a group and N = 1, a subcarrier is occupied with a signal component in each of the groups. The occupied subcarriers are highlighted by thick solid frame lines. The subcarriers that are not occupied are identified by x.

Die Bitzuordnung innerhalb einer Gruppe ist für die Gruppe G_r mit eingetragen und erfolgt vorzugsweise nach Art einer Gray-Codierung, bei welcher unmittelbar benachbarte Unterträger sich jeweils nur in einem von zwei Bits unterscheiden. Die Belegung eines Unterträgers in jeder Gruppe bestimmt damit eindeutig ein Bitpaar für die jeweilige Gruppe, in der Gruppe G_r also das Bitpaar {01}. Die codierten Bits sind unterhalb der die Unterträger repräsentierenden Rahmen in der Gruppe G_r eingezeichnet und mit BA allgemein bezeichnet. Für die drei aufeinander folgenden Gruppen G_r+1, G_r und G_r+1 ergibt sich damit ein Codierumfang von insgesamt sechs Bits.The bit allocation within a group is also entered for the group G _r and is preferably carried out in the manner of a Gray coding, in which immediately adjacent subcarriers differ in only one of two bits. The assignment of a subcarrier in each group thus clearly defines a bit pair for the respective group, ie the bit pair {01} in group G _r . The coded bits are shown below the frames representing the subcarriers in group G _r and are generally designated by BA. For the three successive groups G _{r + 1} , G _r and G _{r + 1,} this results in a coding range of a total of six bits.

Die belegten, in 1 durch Umrandung mit dicken Linien hervorgehobenen Unterträger können in bevorzugter Ausführung zusätzlich eine Phaseninformation in Form einer differentiellen Phasenmodulation enthalten, wofür in 1 eine differentielle Phasenmodulation zwischen in Frequenzrichtung aufeinander folgenden belegten Trägern bzw. den Unterträgern benachbarter Gruppen angenommen ist. Eine solche differentielle Phasenmodulation der belegten Unterträger ermöglicht vorteilhafterweise die Codierung zusätzlicher Information in Form von weiteren Codierbits BB, ohne die Übertragungsgüte der ersten Modulation zu beeinträchtigen. Im skizzierten Beispiel sei eine 2-fach differentielle Phasenmodulation angenommen, wobei die relativen Phasen von in Frequenzrichtung benachbarten belegten Unterträger durch nach oben bzw. unten gerichtete Pfeile angedeutet sind. Die weiteren Codierbits BB ergeben sich durch die relative Phasenlage der Signalanteile in in Frequenzrichtung aufeinander folgenden belegten Unterträgern in der in 1 angegebenen Weise. Die differentielle Phasenmodulation als solche ist allgemein bekannt. Die differentielle Phasencodierung ermöglicht vorteilhafterweise eine inkohärente Detektion und Decodierung auf Empfängerseite.The documented, in 1 in a preferred embodiment, subcarriers highlighted by the outline with thick lines can additionally contain phase information in the form of differential phase modulation, for which in 1 a differential phase modulation between carriers that follow one another in the frequency direction or the subcarriers of adjacent groups is assumed. Such a differential phase modulation of the occupied subcarriers advantageously enables the coding of additional information in the form of further coding bits BB without impairing the quality of transmission of the first modulation. In the sketched example, a 2-fold differential phase modulation is assumed, the relative phases of subcarriers adjacent in the frequency direction being indicated by arrows pointing upwards or downwards. The further coding bits BB result from the relative phase position of the signal components in subcarriers which follow one another in the frequency direction in the in 1 specified way. As such, differential phase modulation is well known. The differential phase coding advantageously enables incoherent detection and decoding on the receiver side.

2 zeigt für eine bevorzugte Ausführungsform, beispielsweise mit einer Codierung nach 1 über ein erstes Modulationsverfahren, welches die Belegung eines Unterträgers je Gruppe durchführt, und einer zusätzlichen differentiellen Phasenmodulation der belegten Unterträger. 2nd shows for a preferred embodiment, for example with a coding 1 via a first modulation method, which carries out the assignment of one subcarrier per group, and an additional differential phase modulation of the assigned subcarriers.

Ein Datenstrom DS, welcher beispielsweise Daten unterschiedlicher Dienste in sich vereinen kann, wird einer Demultiplexer Stufe DMX zugeführt und in dieser in zwei Datenströme DA und DB aufgeteilt. Die Datenrate in den beiden Datenströmen kann verschieden sein. In einer bevorzugten Anwendung bei einer Funkkommunikation zwischen einem Fahrzeug und ortsfesten Stationen kann beispielsweise der Datenstrom DA sicherheitsrelevante Betriebsdaten des Fahrzeugs innerhalb eines Fahrzeug-Betriebsleitsystems enthalten und dem Datenstrom DB können andere Daten, beispielsweise von Telekommunikationsdiensten oder Bilddaten zugewiesen sein.A data stream DS, which can combine data from different services, for example, is fed to a demultiplexer stage DMX and is divided into two data streams DA and DB in this stage. The data rate in the two data streams can be different. In a preferred application for radio communication between a vehicle and fixed stations, for example the data stream DA can contain safety-relevant operating data of the vehicle within a vehicle operating control system and the data stream DB can be assigned other data, for example from telecommunications services or image data.

Der Datenstrom DA wird einem ersten Codierer COA zugeführt, welcher eine erste Bitfolge CA für ein erstes Modulationsverfahren generiert. In entsprechender Weise generiert ein zweiter Codierer COB aus dem Datenstrom DB eine zweite Bitfolge CB. Bei der Generierung der Bitfolgen CA bzw. CB können Verfahren zur Kanalcodierung, zur Anpassung der Coderate, Codebit-Interleaving usw. mit berücksichtigt werden.The data stream DA is fed to a first encoder COA, which generates a first bit sequence CA for a first modulation method. In a corresponding manner, a second encoder COB generates a second bit sequence CB from the data stream DB. When generating the bit sequences CA or CB, methods for channel coding, for adapting the code rate, code bit interleaving etc. can also be taken into account.

Die erste Bitfolge CA wird in einem ersten Modulator CMA nach der geschilderten ersten Modulation mit Belegung jeweils eines Unterträgers in einer Gruppe einer Vielzahl von den Gruppen unterteilten Unterträgern in ein Belegungsmuster SA der Gesamtheit der Unterträger umgesetzt.The first bit sequence CA is converted in a first modulator CMA after the described first modulation with occupancy of one subcarrier in a group of a plurality of subcarriers divided by the groups into an occupancy pattern SA of the entirety of the subcarriers.

Die zweite generierte Bitfolge CB wird in einem zweiten Modulator CMB durch differentielle Phasenmodulation in eine Phasenmodulationsinformation SB umgesetzt, welche in dem Kombinierer CAB dazu dient, die Phasen der im Modulator CMA belegten Träger mit einer zusätzlichen Phaseninformation zu versehen. Das am Ausgang des Kombinierers CAB zur Verfügung stehende Signal enthält damit in jedem von aufeinander folgenden Symbolschritten Signalanteile in Unterträgern, welche nach der ersten Modulation belegt sind, und deren Unterträgerphasen durch den zweiten Modulator in differentieller Phasenmodulation festgelegt sind. Das Signal S wird über den nicht näher bezeichneten Übertragungskanal, welcher neben der Funkstrecke auch weitere Sendesignal-Aufbereitungsstufen des Senders und Empfängereingangsstufen eines Empfängers, insbesondere auch die bei OFDM gebräuchlichen IFFT- und FFT-Stufen enthalten kann, übertragen. Das im Empfänger empfangene Empfangssignal E wird in einer ersten Demodulatorstufe RA einem Detektor DEA zugeführt, welcher eine Unterscheidung zwischen belegten und nicht belegten Unterträgern trifft. Die Entscheidungen des Detektors DEA werden in einem Decodierer DCA in einen Empfangsdatenstrom EA umgesetzt. Die Demodulatorstufe RA detektiert und decodiert lediglich die in Form der ersten Modulation der Trägerbelegung übertragene Information. Die Detektion und Decodierung kann vorteilhafterweise inkohärent erfolgen.The second generated bit sequence CB is converted in a second modulator CMB by differential phase modulation into phase modulation information SB, which in the combiner CAB serves to provide the phases of the carriers occupied in the modulator CMA with additional phase information. The signal available at the output of the combiner CAB thus contains in each of successive symbol steps signal components in subcarriers which are occupied after the first modulation and whose subcarrier phases are defined by the second modulator in differential phase modulation. The signal S is transmitted via the transmission channel, which is not described in any more detail and which, in addition to the radio link, can also contain further transmit signal processing stages of the transmitter and receiver input stages of a receiver, in particular also the IFFT and FFT stages customary in OFDM. The received signal E received in the receiver is fed in a first demodulator stage RA to a detector DEA which makes a distinction between occupied and unused subcarriers. The decisions of the detector DEA are converted into a received data stream EA in a decoder DCA. The demodulator stage RA only detects and decodes the information transmitted in the form of the first modulation of the carrier occupancy. The detection and decoding can advantageously be carried out incoherently.

Zur Detektion und Decodierung der in den Unterträgerphasen enthaltenen weiteren Information entsprechend dem Datenstrom DB auf Senderseite wird das Empfangssignal zusätzlich einer zweiten Demodulationsstufe RB zugeführt, welche einen zweiten Detektor DEB zur Erkennung differentieller Unterträgerphasen von in Frequenzrichtung und/oder in Zeitrichtung und einen zweiten Decodierer DCB zur Erzeugung eines zweiten Datenstroms EB enthält. For the detection and decoding of the further information contained in the subcarrier phases in accordance with the data stream DB on the transmitter side, the reception signal is additionally fed to a second demodulation stage RB, which has a second detector DEB for detecting differential subcarrier phases in the frequency direction and / or in the time direction and a second decoder DCB Generation of a second data stream EB contains.

Die empfängerseitig gewonnenen Datenströme EA und EB können in einem Multiplex MX zu einem Gesamtdatenstrom EG zusammengeführt werden.The data streams EA and EB obtained on the receiver side can be combined in a multiplex MX to form an overall data stream EG.

Die Extraktion der in der differentiellen Phasenmodulation enthaltenen Information aus dem Empfangssignal in der Demodulatorstufe RB kann direkt aus dem Empfangssignal durch Betrachtung der Empfangsenergie auf den einzelnen Unterträgern bestimmt werden. Vorzugsweise wird jedoch wie in 2 dargestellt, aus der ersten Demodulatorstufe RA eine Information über die Belegung der Unterträger abgeleitet und über eine Codierstufe RC und der Trägerbelegungsstufe TB die in der Demodulatorstufe RA bestimmte Unterträgerbelegung regeneriert und mit deren Unterstützung die Detektion und Decodierung der differentiellen Unterträgerphasen verbessert.The extraction of the information contained in the differential phase modulation from the received signal in the demodulator stage RB can be determined directly from the received signal by considering the received energy on the individual subcarriers. However, as in 2nd shown, information about the occupancy of the subcarriers is derived from the first demodulator stage RA and the subcarrier occupancy determined in the demodulator stage RA is regenerated via a coding stage RC and the carrier occupancy stage TB and with their support improves the detection and decoding of the differential subcarrier phases.

In nicht skizzierter Ausführung kann auch die in der Stufe RB gewonnene Phaseninformation auf die Stufe RA zurückgeführt und dort zur kohärenten Detektion der belegten Träger genutzt werden. Durch die Verwendung von in einer Stufe gewonnener Information zur Verbesserung der Detektion in einer anderen Stufe auf Empfängerseite kann die Bitfehlerrate iterativ reduziert werden.In an embodiment which is not outlined, the phase information obtained in the stage RB can also be returned to the stage RA and used there for the coherent detection of the occupied carriers. The bit error rate can be reduced iteratively by using information obtained in one stage to improve detection in another stage on the receiver side.

Zusätzlich kann für die in beiden Modulationsarten des empfangenen Signals enthaltenen Teilinformationen durch eine Rückführung von Zuverlässigkeitsinformationen aus dem Decodierer zum Detektor die Bitfehlerrate weiter verringert werden. Insbesondere bei der Gewinnung der in der differentiellen Phasenkomponente enthaltenen Information kann durch Multisymbol-Detektion, bei welcher die differentielle Phasenentscheidung über mehrere Symbolschritte gemeinsam getroffen wird, die Bitfehlerrate verringert werden, insbesondere wenn eine durch den Kanal verursachte Phasendrehung über mehrere Symbole als konstant angenommen werden kann. Die Multisymbol-Detektion ist an sich bekannt.In addition, the bit error rate can be further reduced for the partial information contained in both types of modulation of the received signal by returning reliability information from the decoder to the detector. In particular in the extraction of the information contained in the differential phase component, the bit error rate can be reduced by multi-symbol detection, in which the differential phase decision is made jointly over several symbol steps, in particular if a phase rotation caused by the channel can be assumed to be constant over several symbols . Multi-symbol detection is known per se.

Die vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar.The features specified above and in the claims, as well as those that can be seen in the figures, can be advantageously implemented both individually and in various combinations. The invention is not limited to the exemplary embodiments described, but rather can be modified in many ways within the scope of expert knowledge.

Claims

Method for the wireless transmission of digitally coded information via a transmission channel which is divided into a plurality Z of subcarriers, with transmission of a transmission signal in successive symbol steps, at least some of the subcarriers being divided into groups of M subcarriers each, characterized in that a first modulation takes place within a symbol step by coding when selecting the assignment of N subcarriers of each group with N <M and a signal component of a transmission signal is transmitted on each of the assigned subcarriers.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the number M of subcarriers per group is chosen to be 2 <M <10.

Procedure according to Claim 2 , characterized in that the number M of subcarriers per group is chosen to be M = 4.

Procedure according to one of the Claims 1 to 3rd , characterized in that the number N of subcarriers occupied per group is chosen to be N = 1.

Procedure according to one of the Claims 1 to 3rd , characterized in that the number N of subcarriers occupied is chosen to be N> 1.

Procedure according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the phases of occupied subcarriers are determined so that the crest factor of the transmission signal is reduced.

Procedure according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the subcarriers occupied in the groups are subjected to an additional modulation.

Procedure according to Claim 7 , characterized in that the coding for the first modulation on the one hand and for the additional modulation on the other hand take place separately.

Procedure according to Claim 7 or 8th , characterized in that the additional modulation is carried out as a differential modulation of the subcarrier phases between different occupied subcarriers and / or between different symbol steps.

Procedure according to Claim 7 or 8th , characterized in that the additional modulation is carried out according to a coherent modulation method.

Procedure according to one of the Claims 7 to 10th , characterized in that on the receiver side a detection and decoding of the first modulation is carried out which is independent of the additional modulation.

Procedure according to Claim 11 , characterized in that in order to support the detection of the additional modulation in the transmitted signal in the receiver, the detected and decoded carrier occupancy is re-encoded.

Procedure according to one of the Claims 7 to 12th , characterized in that a phase information obtained from the detection and decoding of the additional modulation is used for a coherent detection of the first modulation.

Procedure according to one of the Claims 7 to 13 , characterized in that a detection is carried out over several symbol steps for the additional modulation.

Procedure according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that detection and decoding of the first modulation and / or the additional modulation are carried out iteratively on the receiver side.

Procedure according to one of the Claims 1 to 15 , characterized in that only a part of the total number of subcarriers is included in the group division and subjected to the first modulation and a differential phase modulation method and / or a coherent modulation method is applied to the other subcarriers.

Procedure according to one of the Claims 1 to 16 , characterized in that channel coding and / or interleaving are used.

Procedure according to one of the Claims 1 to 17th , characterized in that a soft decision method is used in the decoding on the receiver side.