DE102009021417A1 - Orthogonal frequency division multiplex-signals transformation and enveloped-scaling method for use in mobile communication system, involves forming complex enveloping of symbols from resulting signal by selected enveloping maximum - Google Patents

Orthogonal frequency division multiplex-signals transformation and enveloped-scaling method for use in mobile communication system, involves forming complex enveloping of symbols from resulting signal by selected enveloping maximum Download PDF

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Abstract

The method involves providing a possible realization of a data vector, and forming a matrix from the data vector that is transformed into another vector using a Fourier matrix. A time-continuous signal is formed from the vector by digital-to-analog-conversion. The signal is multiplied with a parameter that is characterized as a pre-clipping-factor such that the resulting signal is produced by removing spectral portions outside OFDM-bandwidth by low-pass filtering. The complex enveloping of OFDM-symbols to be transferred is formed from the resulting signal by a selected enveloping maximum. An independent claim is also included for a device for non-linear transformation and enveloped-scaling of OFDM-signals.

Description

1 Stand der Technik1 state of the art

Bei der Weiterentwicklung heutiger und bei der Konzipierung künftiger Mobilfunksysteme spielt das Kanalzugriffsverfahren OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) eine wichtige Rolle. OFDM wird auch in drahtlosen lokalen Netzwerken (engl. Wireless Local Area Network, WLAN) eingesetzt. Die Grundprinzipien sowie die Vor- und Nachteile der OFDM-Technik werden in dem Standardwerk R. van Nee, R. Prasad, ”OFDM for multimedia communications”, Artech House, 2000 , eingehend beschrieben. Wie auf den Seiten 119 bis 123 dieses Buches dargelegt, kann bei OFDM-Signalen das als Peak-to-Average Power Ratio (PAPR) bezeichnete Verhältnis aus maximaler Momentanleistung zu mittlerer Leistung sehr große Werte annehmen. Beim Einsatz leistungseffizienter Sendeverstärker, die typischerweise nichtlinear sind, führt ein hohes PAPR zu Signalverzerrungen und ist deshalb ein gravierender Nachteil des Verfahrens OFDM. Zum Mildern dieses Nachteils der OFDM-Übertragungstechnik wurde in der Literatur eine Reihe von Verfahren zur PAPR-Reduktion von ODFM-Sigalen vorgeschlagen.In the development of today's and in the design of future mobile systems, the channel access method OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) plays an important role. OFDM is also used in wireless local area networks (WLAN). The basic principles as well as the advantages and disadvantages of the OFDM technique are described in the standard work R. van Nee, R. Prasad, OFDM for multimedia communications, Artech House, 2000 , described in detail. As explained on pages 119 through 123 of this book, the ratio of peak to average power ratio (PAPR) for OFDM signals can be very high. When using power-efficient transmit amplifiers, which are typically non-linear, a high PAPR leads to signal distortions and is therefore a serious disadvantage of the OFDM method. To mitigate this disadvantage of OFDM transmission technology, a number of methods for PAPR reduction of ODFM signals have been proposed in the literature.

Der Aufsatz S. H. Han, J. H. Lee, ”An overview of peak-to-average power ratio reduction techniques for multicarrier transmission”, IEEE Wireless Communications, April 2005, S. 56–65 , beschreibt die heute bekannten PAPR-Reduktionsverfahren für OFDM. In Tabelle 2 dieses Aufsatzes werden diese Verfahren aufgelistet und bezüglich ihrer Nach- und Vorteile charakterisiert. Nicht explizit erwähnt werden in dem Aufsatz zwei weitere Nachteile der bekannten Verfahren zur PAPR-Reduktion:

  • 1. Die nach der PAPR-Reduktion mit diesen Verfahren auftretende maximale Amplitude des OFDM-Signals ist nicht a priori vorgebbar, sondern ergibt sich a posteriori. Aufgrund dieses Nachteils ist es nicht möglich, Leistungsverstärker für die mit den bekannten Verfahren PAPR-reduzierten OFDM-Signale unter Vorgabe eines festen Einhüllendenmaximums auszulegen und zu optimieren.
  • 2. Der Fokus der bekannten Verfahren liegt ausschließlich auf der PAPR-Reduktion als solcher, obwohl es sinnvoller wäre, die PAPR-Reduktion nicht als Selbstzweck, sondern lediglich als Zwischenstufe im Kontext einer Optimierung der Performanz des gesamten OFDM-Übertragungssystems anzusehen. Dieser Nachteil führt dazu, daß die lediglich unter dem Gesichtspunkt der PAPR-Minimierung konzipierten OFDM-Übertragungssysteme nicht die bestmögliche Übertragungsqualität aufweisen, die quantitativ beispielsweise durch die Detektionsfehlerwahrscheinlichkeit charakterisiert werden kann.
The essay SH Han, JH Lee, "An overview of peak-to-average power ratio reduction techniques for multicarrier transmission", IEEE Wireless Communications, April 2005, p. 56-65 describes the currently known PAPR reduction methods for OFDM. Table 2 of this Review lists these processes and characterizes their benefits and benefits. Not explicitly mentioned in the article two further disadvantages of the known methods for PAPR reduction:
  • 1. The maximum amplitude of the OFDM signal occurring after the PAPR reduction with these methods can not be predefined a priori, but results a posteriori. Because of this disadvantage, it is not possible to design and optimize power amplifiers for the PAPR-reduced OFDM signals using the known methods while specifying a fixed envelope maximum.
  • 2. The focus of the known methods is exclusively on the PAPR reduction as such, although it would be more appropriate to view the PAPR reduction not as an end in itself but only as an intermediate in the context of optimizing the performance of the entire OFDM transmission system. This drawback means that the OFDM transmission systems designed only from the point of view of PAPR minimization do not have the best possible transmission quality, which can be quantitatively characterized, for example, by the detection error probability.

Wie aus der obengenannten Tabelle hervorgeht, haben die bekannten Verfahren zur PAPR-Reduktion abgesehen von den beiden Verfahren ”Clipping and Filtering” sowie ”Selected Mapping Technique (SLM)” überdies den Nachteil, daß sie erheblichen Signalverarbeitungsaufwand erfordern.As from the above table, the known methods have for PAPR reduction apart from the two methods "clipping and Filtering "as well as" Selected Mapping Technique (SLM) "also has the disadvantage that they require considerable signal processing effort.

2 Problem und Lösung2 problem and solution

Im folgenden werden Vektoren und Matrizen durch Fettdruck und Komplexwertigkeit durch Unterstreichen gekennzeichnet.in the Following are vectors and matrices by bold type and complex valence indicated by underlining.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, das PAPR eines OFDM-Signals durch ein Verfahren zu reduzieren,

  • • das es gestattet, das Einhüllendenmaximum des PAPR-reduzierten Signals a priori vorzugeben, und
  • • bei dem die PAPR-Reduktion mit einer Optimierung der Performanz der gesamten OFDM-Übertragung einhergehen kann.
The invention specified in claim 1 is based on the problem of reducing the PAPR of an OFDM signal by a method,
  • • which allows to specify the envelope maximum of the PAPR reduced signal a priori, and
  • • in which the PAPR reduction can be accompanied by an optimization of the performance of the entire OFDM transmission.

Dieses Problem wird durch das im Patentanspruch 1 angegebene Verfahren zur nichtlinearen Transformation und Einhüllenden-Skalierung und eines aus NF sinusförmigen Subträgern der Dauer T bestehenden OFDM-Symbols der Bandbreite B = NF/T (1) gelöst, dessen Dateninhalt mit der Kardinalität M des Modulationsalphabets durch eine der

Figure 00020001
möglichen Realisierung
Figure 00020002
des Datenvektors gegeben ist. Die NF Komponenten
Figure 00030001
des Vektors d (r) repräsentieren die zu übertragenden Daten und werden als Datensymbole bezeichnet; sie entsprechen den komplexen Amplituden der NF OFDM-Subträger. Mit einer Abbildungsmatrix S (s) aus einem Vorrat von S unterschiedlichen, im allgemeinen komplexwertige Matrizen
Figure 00030002
wird aus dem Datenvektor d (r) nach (3) der abgebildete Datenvektor
Figure 00030003
erzeugt. Dieser wird mit der NF×NF-Fouriermatrix F in den Vektor
Figure 00030004
transformiert, aus dem durch D/A-Wandlung das zeitkontinuierliche Signal ũ (r,s)(t) entsteht. Dieses Signal wird mit einer aus dem Bereich (0, ∞) gewählten, als Preclipping-Faktor bezeichneten Größe g multipliziert, und das dabei resultierende Signal gũ (r,s)(t) wird gemäß
Figure 00030005
geclippt. Aus u (r,s,g) / cl (t) nach (7) entsteht durch Entfernen der spektralen Anteile außerhalb der OFDM-Bandbreite B nach (1) mittels Tiefpaßfilterung das Signal u (r,s,g) / cl,LP (t), und dieses wird schließlich durch Einhüllenden-Skalierung mit vorgegebenem Einhüllendenmaximum A gemäß
Figure 00030006
in die komplexe Einhüllende des zu übertragenden OFDM-Symbols umgewandelt. Dieses ergibt sich mit der Trägerfrequenz fo aus u (r,s,g,A)(t) nach (8) durch Tiefpaß-Bandpaß-Transformation als Bandpaßsignal a(r,s,g,A)(t) = Re{u (r,s,g,A)(t)exp(j2πfot)}. (9) This problem is existing by the method specified in claim 1. A method for non-linear transformation and scaling envelope and a sine wave of N F sub-carriers of the OFDM symbol duration T of the bandwidth B = N F / T (1) whose data content with the cardinality M of the modulation alphabet by one of
Figure 00020001
possible realization
Figure 00020002
given the data vector. The N F components
Figure 00030001
of the vector d (r) represent the data to be transmitted and are referred to as data symbols; they correspond to the complex amplitudes of the N F OFDM subcarriers. With an imaging matrix S (s) from a supply of S different, generally complex-valued matrices
Figure 00030002
becomes from the data vector d (r) to (3) the imaged data vector
Figure 00030003
generated. This becomes with the N F × N F -Fouriermatrix F in the vector
Figure 00030004
transformed, from which the time-continuous signal ũ (r, s) (t) is formed by D / A conversion. This signal is multiplied by a quantity g chosen from the range (0, ∞), called the pre-clipping factor, and the resulting signal g ũ (r, s) (t) is calculated according to
Figure 00030005
clipped. Out u (r, s, g) / cl (t) According to (7), the signal is formed by removing the spectral components outside the OFDM bandwidth B according to (1) by means of low-pass filtering u (r, s, g) / cl, LP (t), and this is finally achieved by envelope scaling with a given envelope maximum A according to
Figure 00030006
converted into the complex envelope of the OFDM symbol to be transmitted. This results with the carrier frequency f o from u (r, s, g, A) (t) according to (8) by low-pass bandpass transformation as a bandpass signal a (r, s, g, A) (t) = Re { u (r, s, g, A) (t) exp (j2πf o t)}. (9)

Für das PAPR des Signals a(r,s,g,A)(t) nach (9) folgt mit u (r,s,g,A)(t) nach (8)

Figure 00030007
For the PAPR of the signal a (r, s, g, A) (t) according to (9) follows with u (r, s, g, A) (t) according to (8)
Figure 00030007

Die geschilderten Wahlmöglichkeiten bezüglich der Abbildungsmatrix S (s), des Preclipping-Faktors g und des Einhüllendenmaximums A können zur Systemoptimierung genutzt werden.The described options with regard to the mapping matrix S (s) , the preclipping factor g and the envelope maximum A can be used for system optimization.

Das OFDM-Signal a(r,s,g,A)(t) nach (9) wird über die Übertragungsstrecke zum Empfänger gesendet. Die Übertragungsstrecke repräsentiert den im allgemeinen störungsbehafteten Übertragungskanal, aber mich Systemkomponenten können der Übertragungsstrecke zugeschlagen werden. Für die Beeinflussung des Signals a(r,s,g,A)(t) nach (9) durch die Übertragungsstrecke wird der Kanaloperator K eingeführt. Beispielsweise berücksichtigt K

  • • die Charakteristiken von Sendeverstärker und Sendefilter,
  • • die Übertragungsfunktion des Übertragungskanals, der zum Beispiel ein frequenzselektiver Funkkanal sein kann, oder eine statistische Charakterisierung des Übertragungskanals in Form der Scattering Function, und
  • • die Charakteristik der Störung, die zum Beispiel ein weißes Gaußrauschen am Empfängereingang sein kann.
The OFDM signal a (r, s, g, A) (t) of (9) is sent over the transmission link to the receiver. The transmission link represents the generally interference-prone transmission channel, but system components can be added to the transmission link. For influencing the signal a (r, s, g, A) (t) according to (9) through the transmission path, the channel operator K is introduced. For example, K considers
  • The characteristics of transmission amplifiers and transmission filters,
  • • the transmission function of the transmission channel, for example a frequency-selective radio channel or a statistical characterization of the transmission channel in the form of the Scattering Function, and
  • • the characteristic of the disturbance, which may be, for example, a white gaussian noise at the receiver input.

Das in die Übertragungsstrecke eingespeiste Signal a(r,s,g,A)(t) nach (9) führt an deren Ausgang zu einem Signal der komplexen Einhüllenden u (r,s,g,A,K) / Rx (t) = K(u (r,s,g,A)(t)). (11) The fed into the transmission line signal a (r, s, g, A) (t) according to (9) leads at the output to a signal of the complex envelope u (r, s, g, A, K) / Rx (t) = K ( u (r, s, g, A) (t)). (11)

3 Weitere Ausgestaltungen der Erfindung3 Further embodiments of the invention

Bei gewähltem Preclipping-Faktor g hängt das PAPR nach (10) von der gewählten Abbildungsmatrix S (s) nach (4) ab. Durch Wahl der Abbildungsmatrix S (s) mit dem Hochindex

Figure 00040001
kann man das PAPR minimieren. Patentanspruch 2 betrifft eine derartige Ausgestaltung der Erfindung.If the preclipping factor g is selected, the PAPR depends on (10) from the selected imaging matrix S (s) according to (4). By selecting the imaging matrix S (s) with the high index
Figure 00040001
you can minimize the PAPR. Claim 2 relates to such an embodiment of the invention.

Der Empfänger hat ganz allgemein die Aufgabe, unter Kenntnis des Signals der komplexen Einhüllenden u (r,s,g,A,K) / Rx (t) nach (11), das die Übertragungsstrecke ausgibt, eine Schätzung d (ȓ)des gesendeten Datenvektors d (r) nach (3) mit möglichst geringer Detektionsfehlerwahrscheinlichkeit zu liefern. Im folgenden wird an einem Beispiel erläutert, wie der Empfänger zum Bilden einer solchen Schätzung vorgehen könnte. Es wird angenommen, daß alle R Datenvektoren d (r) nach (3) mit gleicher Wahrscheinlichkeit 1/R auftreten, und daß das wohlbekannte Maximum-Likelihood (ML)-Schätzverfahren angewandt wird. Nach diesem Verfahren ergibt sich der Hochindex des am wahrscheinlichsten gesendeten Datenvektors zu

Figure 00050001
The receiver generally has the task of knowing the signal of the complex envelope u (r, s, g, A, K) / Rx (t) according to (11), which outputs the transmission path, to provide an estimate d (ȓ) of the transmitted data vector d (r) according to (3) with the lowest possible error of detection error . The following is an example of how the receiver could proceed to make such an estimate. It is assumed that all R data vectors d (r) according to (3) occur with equal probability 1 / R, and that the well-known maximum likelihood (ML) estimation method is used. According to this method, the high index of the most likely sent data vector results
Figure 00050001

Durch den Inhalt der Klammer auf der linken Seite von (13) wird ausgedrückt, daß ȓ abhängt von der Wahl der Abbildungsmatrix S (s), des Preclipping-Faktors g und des Einhüllendenmaximums A sowie von den Eigenschaften der Übertragungsstrecke, repräsentiert durch den Kanaloperator K. Mit ȓ(s,g,A,K) nach (13) kann man die Wahrscheinlichkeit eines Detektionsfehlers bei gesendetem Datenvektor d (r) ausdrücken als P(r,s,g,A,K) = Prob(ȓ(s,g,A,K) ≠ r/d (r)gesendet). (14) The content of the bracket on the left side of (13) expresses that ȓ depends on the choice of the mapping matrix S (s) , the preclipping factor g and the envelope maximum A, and the characteristics of the link represented by the channel operator K. With ȓ (s, g, A, K) according to (13) one can express the probability of a detection error with transmitted data vector d (r) as P (r, s, g, A, K) = Prob (ȓ (s, g, A, K) ≠ r / d (r) sent). (14)

Bei gewählten Größen g und A sowie bei gegebenem Kanaloperator K hängt P(r,s,g,A,K) nach (14) von der Wahl der Abbildungsmatrix S (s) nach (4) ab. Durch Wahl der Abbildungsmatrix mit dem Hochindex

Figure 00050002
kann man die Detektionsfehlerwahrscheinlichkeit minimieren. Patentanspruch 3 betrifft eine derartige Ausgestaltung der Erfindung.For selected quantities g and A and for a given channel operator K, P (r, s, g, A, K) depends on (14) on the choice of the imaging matrix S (s) according to (4). By choice of the imaging matrix with the high index
Figure 00050002
one can minimize the detection error probability. Claim 3 relates to such an embodiment of the invention.

Der Patentanspruch 4 beschreibt eine einfache Vorgehensweise zum Bilden der Abbildungsmatrizen als Produkt der NF×NF-Walsh-Hadamard-Matrix W und jeweils einer von S unterschiedlichen Vertauschungsmatrizen

Figure 00050003
gemäß
Figure 00050004
wobei eine jede Zeile und Spalte der Matrizen C(s) eine einzige Eins und ansonsten Nullen enthält. Die nach (16) generierten Abbildungsmatrizen sind reell, und deshalb ist das Symbol S(s) in (16) nicht unterstrichen.Claim 4 describes a simple procedure for forming the imaging matrices as a product of the N F × N F Walsh-Hadamard matrix W and in each case one of S different interchange matrices
Figure 00050003
according to
Figure 00050004
wherein each row and column of the matrices C (s) contains a single one and otherwise zeros. The mapping matrices generated by (16) are real, and therefore the symbol S (s) in (16) is not underlined.

Besonders vorteilhaft ist das Bilden der Vertauschungsmatrizen durch zyklische Vertauschung gemäß Patentanspruch 5. Hierbei wählt man S gleich NF und schreibt

Figure 00060001
Particularly advantageous is the formation of the interchangeable matrices by cyclic interchange according to claim 5. Here one chooses S equal to N F and writes
Figure 00060001

Die Generierung von NF Abbildungsmatrizen

Figure 00060002
nach (16) und (17) ist neu und bietet die Vorteile, daßThe generation of N F image matrices
Figure 00060002
after (16) and (17) is new and offers the advantages that

  • • lediglich der Hochindex (nF) zum Empfänger signalisiert werden muß, um diesen über die verwendete Abbildungsmatrix
    Figure 00060003
    zu informieren, und daß    • Only the high index (n F ) must be signaled to the receiver to this over the used imaging matrix
    Figure 00060003
    to inform, and that
  • • die Abbildungsmatrizen
    Figure 00060004
    im Empfänger nicht gespeichert werden müssen, sondern dort on-line auf einfache Weise anhand von (16) und (17) generiert werden können.    • the image matrices
    Figure 00060004
    need not be stored in the receiver, but can be generated there on-line in a simple manner using (16) and (17).

Die Abbildungsmatrizen nach (16) bis (17) sind voll besetzt. Daraus ergibt sich eine vorteilhafte Frequenzdiversität: Die in einer jeden Komponente

Figure 00060005
des Datenvektors d (r) nach (3) enthaltene Information wird über alle NF Subträger gespreizt, was den schädlichen Einfluß der Frequenzselektivität der Radiokanäle auf die Systemperformanz mildert.The mapping matrices according to (16) to (17) are fully occupied. This results in an advantageous frequency diversity: that in each component
Figure 00060005
The information contained in the data vector d (r) according to (3) is spread over all N F subcarriers, which mitigates the deleterious effect of frequency selectivity of the radio channels on system performance.

4 Einrichtung zum Anwenden des erfindungsgemäßen Verfahrens4 device for applying the invention process

4.1 Vorbemerkung4.1 Preliminary note

Patentanspruch 6 betrifft eine Einrichtung zum Anwenden des erfindungsgemäßen Verfahrens, die anhand der Sendeseite und der Übertragungsstrecke eines OFDM-Übertragungssystems näher erläutert wird. 1 zeigt die aus vier Blöcken bestehende betrachtete Struktur im äquivalenten Tiefpaßbereich. Die Blöcke 1 bis 3 repräsentieren den Sender, der Block 4 die Übertragungsstrecke.Claim 6 relates to a device for applying the method according to the invention, which is explained in more detail with reference to the transmission side and the transmission path of an OFDM transmission system. 1 shows the four-block structure under consideration in the equivalent low-pass range. The blocks 1 to 3 represent the transmitter, the block 4 the transmission path.

4.2 Selektiver Daten-Abbilder 1 4.2 Selective Data Images 1

d (r) nach (3) wird in den Block ”Selektiver Daten-Abbilder 1” eingegeben, dessen Aufgabe das Ermitteln des abgebildeten Datenvektors d (r,s) nach (5) ist. d (r) after (3) is placed in the block "Selective Data Mapping 1 , Whose task is to determine the imaged data vector d (r, s) according to (5).

4.3 Inverser Fourier-Transformer und D/A-Wandler 2 4.3 Inverse Fourier Transformer and D / A Converter 2

Wie aus 1 zu ersehen, wird der abgebildete Datenvektor d (r,s) nach (5) in den Block ”Inverser Fourier-Transformer und D/A-Wandler 2” eingegeben. Dieser liefert an seinem Ausgang das aus u (r,s) nach (6) durch D/A-Wandlung gebildete Tiefpaßäquivalent ũ (r,s)(t) des noch nicht nichtlinear transformierten und noch nicht einhüllenden-skalierten OFDM-Symbols, das dem abgebildeten Datenvektor d (r,s) entspricht.How out 1 As can be seen, the imaged data vector d (r, s) after (5) in the block "inverse Fourier transformer and D / A converter 2 Entered. This provides at its output the low-pass equivalent ũ (r, s) (t) of the not yet non-linearly transformed and not yet enveloped scaled OFDM symbol formed from u (r, s) to (6) by D / A conversion corresponds to the imaged data vector d (r, s) .

4.4 Tiefpaßbegrenzer 3 4.4 low-pass limiter 3

Die innere Struktur des Blocks ”Tiefpaßbegrenzer 3” umfaßt, wie aus 2 zu ersehen, drei Blöcke. Der Block ”Clipper 5” führt die Operation (7) durch. Der Block ”Tiefpaßfilter 6” bildet das oben eingeführte Signal u (r,s,g) / cl,LP (t). Dieses wird in den Block ”Einhüllenden-Skalierer 7” eingegeben, an dessen Ausgang das Signal u (r,s,g,A)(t) nach (8) vorliegt.The internal structure of the block "Tiefpaßbegrenzer 3 "Covers how out 2 to see, three blocks. The block "Clipper 5 "Performs the operation (7). The block "low-pass filter 6 "Forms the above introduced signal u (r, s, g) / cl, LP (t). This is placed in the block "Encapsulation Scaler 7 "Input at the output of the signal u (r, s, g, A) (t) according to (8).

4.5 Übertragungsstrecke 4 4.5 Transmission line 4

Der Block ”Übertragungsstrecke” repräsentiert den durch den oben eingeführten Operator K charakterisierten, im allgemeinen störungsbehafteten Übertragungskanal, kann aber zum Beispiel auch den Sendeverstärker und das Sendefilter umfassen, und führt die Operation (11) aus.Of the Block "transmission line" represents characterized by the operator K introduced above, in the general faulty transmission channel, but can also, for example, the transmission amplifier and the Include transmit filters and performs the operation (11).

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - R. van Nee, R. Prasad, ”OFDM for multimedia communications”, Artech House, 2000 [0001] R. van Nee, R. Prasad, "OFDM for multimedia communications", Artech House, 2000 [0001]
  • - S. H. Han, J. H. Lee, ”An overview of peak-to-average power ratio reduction techniques for multicarrier transmission”, IEEE Wireless Communications, April 2005, S. 56–65 [0002] - SH Han, JH Lee, "An overview of peak-to-average power ratio reduction techniques for multicarrier transmission", IEEE Wireless Communications, April 2005, pp 56-65. [0002]

Claims (6)

Verfahren zur nichtlinearen Transformation und Einhüllenden-Skalierung eines aus NF sinusförmigen Subträgern bestehenden OFDM-Symbols der Bandbreite B, dessen Dateninhalt mit der Kardinalität M des Modulationsalphabets durch eine der
Figure 00080001
möglichen Realisierung
Figure 00080002
des Datenvektors gegeben ist, dessen NF Komponenten
Figure 00080003
die zu übertragenden Datensymbole repräsentieren und den komplexen Amplituden der NF Subträger entsprechen, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer aus einem Satz {S (1) ... S (s)} von S unterschiedlichen Abbildungmatrizen der Dimension NF×NF ausgewählten Matrix S (s) aus dem Datenvektor d (r) nach (A2) der abgebildete Datenvektor
Figure 00080004
gebildet wird, dieser mit der Fouriermatrix
Figure 00080005
in den Vektor
Figure 00080006
transformiert wird, aus u (r,s) nach (A4) durch D/A-Wandlung das zeitkontinuierliche Signal ũ (r,s)(t) gebildet wird, dieses mit einer aus dem Bereich (0, ∞) gewählten, als Preclipping-Faktor bezeichneten Größe g multipliziert wird, das dadurch resultierende Signal gũ (r,s)(t) geclippt wird gemäß
Figure 00080007
aus u (r,s,g) / cl (t) nach (A5) durch Entfernen der spektralen Anteile außerhalb der OFDM-Bandbreite B mittels Tiefpaßfilterung das Signal u (r,s,g) / cl,LP (t) erzeugt wird, und aus diesem schließlich mit einem gewählten Einhüllendenmaximum A die komplexe Einhüllende
Figure 00080008
des zu übertragenden OFDM-Symbols gebildet wird.Method for non-linear transformation and envelope scaling of an OFDM symbol of bandwidth B consisting of N F sinusoidal subcarriers, the data content of which is connected to the cardinality M of the modulation alphabet by one of the
Figure 00080001
possible realization
Figure 00080002
given the data vector whose N F components
Figure 00080003
represent the data symbols to be transmitted and correspond to the complex amplitudes of the N F subcarriers, characterized in that with a matrix selected from a set { S (1) ... S (s) } of S different mapping matrices of dimension N F × N F S (s) from the data vector d (r) to (A2) the imaged data vector
Figure 00080004
is formed, this with the Fourier matrix
Figure 00080005
in the vector
Figure 00080006
is transformed from u (r, s) to (A4) by D / A conversion, the time-continuous signal ũ (r, s) (t) is formed, this with a selected from the range (0, ∞), as a preclipping Factor g is multiplied, the resulting signal g ũ (r, s) (t) is clipped according to
Figure 00080007
out u (r, s, g) / cl (t) after (A5) by removing the spectral components outside the OFDM bandwidth B by means of low-pass filtering the signal u (r, s, g) / cl, LP (t) is generated, and from this finally with a selected envelope maximum A, the complex envelope
Figure 00080008
is formed of the transmitted OFDM symbol. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach erfolgter Wahl des Preclipping-Faktors g aus dem Satz {S (1) ... S (S)} jene Abbildungsmatrix S (s) ausgewählt und in (A3) verwendet wird, die das PAPR des OFDM-Symbols mit der komplexen Einhüllenden u (r,s,g,A)(t) nach (A6) minimiert.Method according to Patent Claim 1, characterized in that, after the selection of the preclipping factor g from the set { S (1) ... S (S) }, that image matrix S (s) is selected and used in (A3), which is the PAPR of the OFDM symbol with the complex envelope u (r, s, g, A) (t) minimized to (A6). Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach erfolgter Wahl des Preclipping-Faktors g aus dem Satz {S (1) ... S (S)} jene Abbildungsmatrix S (s) ausgewählt und in (A3) verwendet wird, die minimale Detektionsfehlerwahrscheinlichkeit ergibt bei der empfängerseitigen Detektion des in die Übertragungsstrecke eingespeisten OFDM-Symbols der komplexen Einhüllenden u (r,s,g,A)(t) nach (A6).Method according to claim 1, characterized in that after the selection of the preclipping factor g from the set { S (1) ... S (S) } that image matrix S (s) is selected and used in (A3), the minimum Detection error probability results in the receiver-side detection of the OFDM symbol of the complex envelope fed into the transmission link u (r, s, g, A) (t) according to (A6). Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Satz der Abbildungsmatrizen aus S reellen Matrizen S(s) besteht, die aus der NF×NF-Walsh-Hadamard-Matrix W und jeweils einer von S unterschiedlichen Vertauschungsmatrizen
Figure 00090001
gebildet wird gemäß
Figure 00090002
wobei eine jede Zeile und Spalte der Matrizen C(s) eine einzige Eins und ansonsten Nullen enthält.Method according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the set of mapping matrices consists of S real matrices S (s) , which consist of the N F × N F -Walsh-Hadamard matrix W and one of S different commutation matrices
Figure 00090001
is formed according to
Figure 00090002
wherein each row and column of the matrices C (s) contains a single one and otherwise zeros. Verfahren nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Satz der Abbildungsmatrizen aus NF reellen Matrizen
Figure 00090003
besteht und die Vertauschungsmatrizen gemäß
Figure 00090004
gebildet werden.Method according to claim 4, characterized in that the set of mapping matrices consists of N F real matrices
Figure 00090003
and the interchange matrices according to
Figure 00090004
be formed. Einrichtung zur nichtlinearen Transformation und Einhüllenden-Skalierung eines aus NF sinusförmigen Subträgern bestehenden OFDM-Symbols der Bandbreite B, dessen Dateninhalt mit der Kardinalität M des Modulationsalphabets durch eine der
Figure 00090005
möglichen Realisierung
Figure 00090006
des Datenvektors gegeben ist, dessen NF Komponenten
Figure 00090007
die zu übertragenden Datensymbole repräsentieren und den komplexen Amplituden der NF Subträger entsprechen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Block ”Selektiver Daten-Abbilder 1” mit einer aus einem Satz {S (1) ... S (S)} von S unterschiedlichen Abbildungmatrizen der Dimension NF×NF ausgewählten Matrix S (s) aus dem Datenvektor d (r) nach (A10) den abgebildeten Datenvektor
Figure 00100001
bildet, dieser in einen Block ”Inverser Fourier-Transformer und D/A-Wandler 2” eingegeben wird, der mit der Fouriermatrix
Figure 00100002
den Vektor d (r,s) nach (A11) in den Vektor
Figure 00100003
transformiert, aus u (r,s)(t) nach (A12) durch D/A-Wandlung das zeitkontinuierliche Signal ũ (r,s)(t) bildet und in einen Block ”Tiefpaßbegrenzer 3” eingibt, der das Signal ũ (r,s)(t) mit einer aus dem Bereich (0, ∞) gewählten, als Preclipping-Faktor bezeichneten Größe g multipliziert, das dadurch resultierende Signal gũ (r,s)(t) clippt gemäß
Figure 00100004
aus u (r,s,g) / cl (t) nach (A13) durch Entfernen der spektralen Anteile außerhalb der OFDM-Bandbreite B mittels Tiefpaßfilterung das Signal u (r,s,g) / cl,LP (t) erzeugt, und aus diesem schließlich mit einem gewählten Einhüllendenmaximum A die komplexe Einhüllende
Figure 00100005
des zu übertragenden OFDM-Symbols bildet und ausgibt.Apparatus for nonlinear transformation and envelope scaling of an OFDM symbol of bandwidth B consisting of N F sinusoidal subcarriers, the data content of which is connected to the cardinality M of the modulation alphabet by one of the
Figure 00090005
possible realization
Figure 00090006
given the data vector whose N F components
Figure 00090007
represent the data symbols to be transmitted and correspond to the complex amplitudes of the N F subcarriers, characterized in that a block "Selective Data Mapping 1 "With a matrix S (s) selected from a set { S (1) ... S (S) } of S different mapping matrices of dimension N F × N F from the data vector d (r) to (A10) the imaged data vector
Figure 00100001
Form this into a block "Inverse Fourier Transformer and D / A Converter 2 "Is input, with the Fourier matrix
Figure 00100002
the vector d (r, s) to (A11) in the vector
Figure 00100003
transformed from u (r, s) (t) to (A12) by D / A conversion, the time-continuous signal ũ (r, s) (t) forms and in a block "Tiefpaßbegrenzer 3 "Which multiplies the signal ũ (r, s) (t) by a variable g selected from the range (0, ∞), called a preclipping factor, the resulting signal g ũ (r, s) (t) clipped according to
Figure 00100004
out u (r, s, g) / cl (t) after (A13) by removing the spectral components outside the OFDM bandwidth B by means of low-pass filtering the signal u (r, s, g) / cl, LP (t) and finally from this, with a selected envelope maximum A, the complex envelope
Figure 00100005
forms and outputs the OFDM symbol to be transmitted.
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