DE102009030675B4

DE102009030675B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Senden und Empfangen von Signalen mit Modulationskompression

Info

Publication number: DE102009030675B4
Application number: DE102009030675.7A
Authority: DE
Inventors: Detlev Liebl
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2019-05-16
Anticipated expiration: 2029-06-27
Also published as: DE102009030675A1; US8867659B2; US20100329314A1

Abstract

Kommunikationsvorrichtung mit einem Sender (10), einer Sende-Verarbeitungseinrichtung (14, 17), einem Empfänger (11), und einer Empfangs-Verarbeitungseinrichtung (15, 18),wobei die Sende-Verarbeitungseinrichtung (14, 17) digitalen Signalen (d(k)), welche aus Datenwerten bestehen, Signalraumpunkte (T1 - T16, U1 - U16) in einem I/Q-Signalraum zuordnet,wobei die Empfangs-Verarbeitungseinrichtung (15, 18) den Signalraumpunkten (T1 - T16, U1 - U16) Datenwerte zuordnet,wobei der Sender (10) aus zu sendenden Signalraumpunkten (T1 - T16, U1 - U16) ein Sendesignal (x'(t)) erzeugt, wobei der Empfänger aus einem Empfangssignal empfangene Signalraumpunkte (T1 - T16, U1 - U16) bestimmt,wobei die einzelnen gesendeten und empfangenen Signalraumpunkte (T1 - T16, U1 - U16) jeweils einen geringeren Abstand (d, d, d, d, d) zu benachbarten Signalraumpunkten (T1 - T16, U1 - U16) aufweisen als zu dem Ursprung des Signalraums,dadurch gekennzeichnet,dass die Sende-Verarbeitungseinrichtung (14) das Verhältnis des Abstands (d, d) zu sendender Signalraumpunkte (U1 - U16) von dem Ursprung des Signalraums und des Abstands (d, d) der Signalraumpunkte (U1 - U16) zu unmittelbar benachbarten Signalraumpunkten (U1 - U16) in Abhängigkeit von der Verteilung der Rauschleistung einstellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Senden und Empfangen von Signalen.
Zur Übertragung von digitalen Signalen werden einzelne Datenwerte ublicherweise Signalraumpunkten in einem I/Q-Signalraum zugeordnet. Wird eine Störung des Übertragungskanals durch weißes Rauschen zu Grunde gelegt, d.h. der Übertragungskanal ist ein AWGN(Additive White Gaussian Noise)-Kanal, so ist zur Vermeidung von Störungen ein größtmöglicher Abstand zwischen den Signalraumpunkten vorteilhaft. Ein übliches Ubertragungsverfahren ist das 8-PSK-Verfahren (Phase-Shift-Keying). Dabei sind, wie in 1 dargestellt, acht Signalraumpunkte auf einem Einheitskreis um den Ursprung des Signalraums angeordnet. Es ergibt sich ein einheitlicher Abstand zwischen benachbarten Signalraumpunkten. Es können jedoch lediglich wenige Signalraumpunkte untergebracht werden.
Zur effizienteren Nutzung des Signalraums werden bei ebenfalls verbreiteten QAM-Verfahren (Quadratur-Amplituden-Modulation) weitere Signalraumpunkte zwischen dem Ursprung des Signalraums und den weiter außen liegenden Signalraumpunkten eingefügt. So sind beispielsweise bei einem 16-QAM-Verfahren 16 Signalraumpunkte auf einem gleichmäßigen quadratischen Raster im Signalraum untergebracht. So zeigt die 2 ein 16-QAM-Konstellationsdiagramm.
Handelt es sich bei dem Übertragungskanal jedoch nicht um einen AWGN-Kanal, sondern weist das Rauschen eine abweichende Leistungsdichteverteilung auf, so erweisen sich diese Konstellationen als nachteilhaft. Häufig weisen Übertragungskanäle eine hohe Rauschleistungsdichte bei geringen Amplituden und eine geringe Rauschleistungsdichte bei hohen Amplituden des Rauschsignals auf.
Zum Stand der Technik sei beispielsweise auf die US 5,852,389 verwiesen. Dort wird jedoch keine Modulationskompression, sondern eine Vorverzerrung durchgeführt.
Das Dokument US 2006/0056541 A1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Funkübertragung, welche ein modifiziertes 8-PSK-Schema zur Modulation einsetzen.
Jeweils zwei Signalraumpunkte sind zu einer Signalraumpunkt-Gruppe zusammengefasst. Jede Signalraumpunkt-Gruppe kodiert dabei erste Informationen. Die Signalraumpunkte einer Signalraumpunkt-Gruppe liegen dabei in einem gemeinsamen Sektor des Signalraums eng benachbart. Die Unterscheidung zwischen den beiden Signalraumpunkten einer Signalraumpunkt-Gruppe kodiert eine weitere Information.
Die Dokumente US 2008/0170640 A1 und US 7,418,060 B2 offenbaren ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Datenübertragung. Dabei wird eine spezielle Signalraumpunkt-Konstellation eingesetzt. So befinden sich vier Signalraumpunkte auf einem inneren Einheitskreis um den Signalraum-Ursprung. Weitere vier Signalraumpunkte befinden sich auf einem äußeren Einheitskreis, um den Signalraum-Ursprung. Jeweils zwei Punkte auf dem inneren Einheitskreis liegen auf einer gemeinsamen Gerade durch den Signalraumpunkt-Ursprung mit jeweils zwei Signalraumpunkten auf dem äußeren Einheitskreis.
Die US 2009/0161777 A1 zeigt ebenfalls eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Datenübertragung. Dabei wird ein spezielles Konstellationsdiagramm von Signalraumpunkten eingesetzt. Die Signalraumpunkte sind dabei auf einem inneren Einheitskreis um den Ursprung des Signalraums und auf einem äußeren Einheitskreis um den Ursprung des Signalraums angeordnet.
Das Dokument C. THOMAS; M. WEIDNER; S. DURRANI: „Digital Amplitude-Phase Keying with M-Ary Alphabets", IEEE Transactions on Communications, 1974, Volume 22, Issue 2, Seiten 168-180, IEEE Journals & Magazines, zeigt ein Kommunikationssystem, welches mittels I/Q-Signalraumpunkten Informationen überträgt. Das Dokument zeigt dabei, dass verschiedene Signalraum-Konstellationen genutzt werden können. Das Dokument geht jedoch lediglich auf das Design des Gesamtsystems ein. Das Dokument zeigt nicht eine Variabilität eines im Betrieb befindlichen Systems.
Die EP 0 629 069 A2 zeigt, dass bei der digitalen Modulation von Sinusträgern mit kombinierter Umtastung zwischen Amplituden- und/oder Phasenzuständen, die Lage der einzelnen Amplituden- und Phasenzustände im Vektordiagramm so zu wählen ist, dass die ihnen zugeordneten Entscheidungskreise sich für eine eindeutige Zustandserkennung nicht überlappen. Dabei ist die Lage der einzelnen Amplituden- und Phasenzustände im Vektordiagramm sowohl bezüglich der Phase als auch bezüglich der Amplitude nach ausgewählten Optimierungskriterien der Modulation frei gewählt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Übertragungsverfahren und eine Übertragungsvorrichtung zu schaffen, welche bei hoher Rauschleistungsdichte bei geringen Amplituden hohe Signal-Rausch-Verhältnisse erzielen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für die Vorrichtung durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 und für das Verfahren durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen, in welchen vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, beispielhaft beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:

1 ein erstes beispielhaftes Konstellationsdiagramm;
2 ein zweites beispielhaftes Konstellationsdiagramm;
3 ein Konstellationsdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
4 ein Konstellationsdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
5 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
6 ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
7 eine Detailansicht eines fünften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
8 eine erste Detailansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens;
9 eine zweite Detailansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens;
10 eine erste Detailansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
11 eine zweite Detailansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Zunächst wird anhand der 1 - 2 das der Erfindung zu Grunde liegende Problem dargestellt. Anschließend wird anhand der 3 - 4 an zwei Konstellationsdiagrammen die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht. Daraufhin wird anhand der 5 - 7 die Funktionsweise und der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung weiter gezeigt. Abschließend wird mittels der 8 - 11 die Funktionsweise des erfindungsgemaßen Verfahrens in größerem Detail verdeutlicht.
1 zeigt das Konstellationsdiagramm bei einer 8-PSK-Ubertragung. Die Signalraumpunkte R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7 und R8 liegen auf einem Einheitskreis um den Ursprung des Signalraums. Direkt benachbarte Signalraumpunkte weisen dabei den Abstand d_Rn auf. Sämtliche Signalraumpunkte weisen den Abstand d_R0 zum Ursprung des Signalraums auf. Nachteilhaft bei einer 8-PSK-Übertragung ist, dass lediglich 8 mögliche Zustände, d.h. 3 Bit pro Symbol übertragen werden können. Vorteilhaft ist gleichzeitig jedoch der hohe Abstand d_R0 der Signalraumpunkte zum Ursprung des Signalraums.
Zur Erhöhung der Anzahl an Bits pro Symbol, die bei technisch sinnvollem minimalem Intersymbolabstand übertragen werden können, werden zusätzliche Signalraumpunkte innerhalb eines Einheitskreises um den Signalraumursprung eingefügt. Ein Übertragungsverfahren mit einer höheren Anzahl an Signalraumpunkten ist in 2 dargestellt.
2 zeigt das Konstellationsdiagramm einer 16-QAM-Übertragung. Mittels der Signalraumpunkte S1 - S16 können 16 unterschiedliche Zustände, d.h. 4 Bit pro Symbol übertragen werden. Dabei weisen die Signalraumpunkte S1, S6, S11 und S16 den Abstand d_s0 zum Ursprung des Signalraums auf. Die Signalraumpunkte S2, S4, S7, S5, S12, S10, S13 und S15 weisen den Abstand d_S1 zum Ursprung des Signalraums auf. Die Signalraumpunkte S3, S8, S9 und S14 weisen den Abstand d_S2 zum Ursprung des Signalraums auf. Der horizontale bzw. vertikale Abstand zwischen direkt benachbarten Signalraumpunkten beträgt hier d_Sn0 . Der diagonale Abstand zwischen direkt benachbarten Signalraumpunkten beträgt hier d_Sn1 .
Für die klassische 16-QAM-Modulation gelten die folgenden Koordinaten bzw. Radien für die Signalraumpunkte im ersten Quadranten:

r I Q

S16 0,333 0,236 0,236

S13 0,745 0,707 0,236

S14 1,000 0,707 0,707

S15 0,745 0,236 0,707

Dabei ist r = SQRT (I * I + Q * Q)
Bei der 16-QAM-Übertragung kann eine deutlich höhere Anzahl an Zuständen pro Symbol gegenüber der 8-PSK-Übertragung übertragen werden. Nachteilhaft ist hier jedoch, dass insbesondere die Signalraumpunkte S1, S6, S11 und S16 lediglich einen sehr geringen Abstand d_S0 zum Ursprung des Signalraums aufweisen. Insbesondere bei Ubertragungskanälen, welche eine hohe Rauschleistungsdichte bei geringen Amplituden aufweisen, ergeben sich häufig Störungen bei diesen Signalraumpunkten. Die Signalraumpunkte S2, S4, S7, S5, S12, S10, S13 und S15 weisen bereits einen größeren Abstand d_S1 auf, und sind damit gegen solche Störungen weniger empfindlich. Die Signalraumpunkte S3, S8, S9 und S14 weisen den größten Abstand d_S2 zum Ursprung des Signalraums auf, und sind damit am unempfindlichsten gegen die genannte Art von Störungen.
3 zeigt ein Konstellationsdiagramm bei einer ersten erfindungsgemaßen Übertragung. Auf einem inneren Kreis um den Ursprung des Signalraums sind die Signalraumpunkte T1, T6, T11 und T16 angeordnet. Sie weisen einen Abstand d_T0 zum Ursprung des Signalraums auf. Auf einem äußeren Kreis um den Ursprung des Signalraums sind die Signalraumpunkte T14, T3, T8, T9 angeordnet. Sie weisen den Abstand d_T2 zum Ursprung des Signalraums auf. Die Signalraumpunkte T13, T15, T2, T4, T7, T5, T12, T10 sind auf einem mittleren Kreis um den Ursprung angeordnet. Sie weisen den Abstand d_T1 zum Ursprung des Signalraums auf. Der Abstand der Signalraumpunkte auf dem inneren Kreis und dem mittleren Kreis beträgt d_Tn2 . Der Abstand der Signalraumpunkte auf dem inneren Kreis und dem äußeren Kreis beträgt d_Tn0 . Der Abstand zwischen Signalraumpunkten auf dem äußeren Kreis und dem mittleren Kreis beträgt d_Tn1 . Die Abstände d_Tn0 , d_Tn1 und d_Tn2 sind dabei annähernd gleich.
Es ergeben sich die folgenden beispielhaften Koordinaten bzw. Radien für die Signalraumpunkte im ersten Quadranten:

r I Q

T16 0,533 0,377 0,377

T13 0,859 0,794 0,329

T14 1,000 0,707 0,707

T15 0,859 0,323 0,794

Dabei ist r = SQRT (I * I + Q * Q)
Vorteilhaft ist hier der große Abstand zwischen dem Ursprung des Signalraums und dem inneren Kreis. Selbst die dem Ursprung am nächsten liegenden Signalraumpunkte T1, T6, T11, T16 sind gegen Rauschen geringer Amplitude wenig empfindlich.
Das hier gezeigte Konstellationsdiagramm wird durch Kompression eines herkömmlichen 16-QAM-Konstellationsdiagramms erreicht. D.h. die Amplitude von Signalraumpunkten geringer Amplitude wird erhöht. Je höher die Amplitude der ursprünglichen Signalraumpunkte ist, desto geringer ist die Erhöhung der Amplitude. Die Amplitude von Signalraumpunkten, welche bereits die maximale Amplitude aufweisen, wird nicht weiter erhöht. Die Winkel der Signalraumpunkte werden dabei nicht verändert.
Die vorgenommene Amplitudenkompression wurde so gewählt, dass der gleiche minimale Intersymbolabstand wie bei der klassischen 16-QAM-Modulation eingehalten wird.
Alternativ ist auch eine Konstellation möglich, bei welcher der Abstand d_Tn0 deutlich kleiner ist als der Abstand d_Tn1 .
Die Größe des inneren Kreises wird dabei in Abhängigkeit von der Leistungsdichteverteilung der Rauschleistung bestimmt. Liegt der Schwerpunkt der Rauschleistungsdichte bei geringen Amplituden, so wird ein großer innerer Kreis gewählt. Bei gleichmäßiger verteilter Rauschleistungsdichte wird ein kleinerer innerer Kreis gewählt. Ein solches Konstellationsdiagramm wird durch die erfindungsgemaße Vorrichtung, wie in 6 dargestellt genutzt. Alternativ kann dieses Konstellationsdiagramm auch durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wie in 6 dargestellt genutzt werden.
4 zeigt ein zweites Konstellationsdiagramm einer erfindungsgemäßen Übertragung. Auch hier findet eine Kompression in der I/Q-Signalebene statt. Die inneren Signalraumpunkte U1, U4, U6, U5, U11, U10, U16 und U15 weisen hier den Abstand d_U0 zum Ursprung des Signalraums auf. Der Abstand d_U0 bestimmt die Empfindlichkeit gegenüber Rauschen mit geringer Amplitude. Auf einem äußeren Kreis sind sie Signalraumpunkte U2, U3, U7, U8, U12, U9, U13, U14 angeordnet. Sie weisen den Abstand d_U1 zum Ursprung des Signalraums auf. Der Abstand d_U1 entspricht einer Modulation von 100%. Signalraumpunkte auf dem inneren Kreis weisen einen Abstand d_Un0 zu Signalraumpunkten auf dem äußeren Kreis auf. Der Abstand zwischen Signalraumpunkten auf dem inneren Kreis beträgt d_Un1 .
Dieses Konstellationsdiagramm wird bestimmt, indem die Signalraumpunkte innerhalb einer ringförmigen Fläche einschließlich der Ränder, die durch den Einheitskreis außen und einen innenliegenden konzentrischen Kreis, welcher einen minimalen Abstand zu dem Ursprung des Signalraums angibt, derart verteilt werden, dass die Abstände benachbarter Signalraumpunkte maximiert werden. Dabei entspricht der Durchmesser des Einheitskreises der maximalen Sendeleistung.
Hierzu können nummerische Verfahren eingesetzt werden. Bei geringen Anzahlen von Signalraumpunkten ist auch eine analytische Lösung möglich. Die Größe des inneren Kreises wird dabei in Abhängigkeit von der Leistungsdichteverteilung der Rauschleistung bestimmt. Liegt der Schwerpunkt der Rauschleistungsdichte bei geringen Amplituden, so wird ein großer innerer Kreis gewählt. Bei gleichmäßiger verteilter Rauschleistungsdichte wird ein kleinerer innerer Kreis gewählt.
Diese Konstellation wurde beispielsweise unter der Vorgabe, den gleichen Intersymbolabstand d_Un0 wie bei der klassischen 16-QAM-Modulation (d_Sn0 ) einzuhalten. Es ergeben sich folgende beispielhafte Koordinaten bzw. Radien für die Signalraumpunkte im ersten Quadranten:
Vorteilhaft ist auch hier, dass bereits der innere Kreis einen großen Abstand d_U0 zum Ursprung des Signalraums aufweist. Die Signalraumpunkte U1, U4, U6, U5, U11, U10, U16, U15 und insbesondere die Signalraumpunkte U2, U3, U7, U8, U12, U9, U13 und U14 sind damit besonders wenig anfällig gegenüber Rauschsignalen geringer Amplituden. Im Vergleich zur reinen Amplitudenkompression nach 3 erzielt man hier einen deutlich größeren Abstand der inneren Signalraumpunkte zum Ursprung des Konstellationsdiagramms.
Es ergeben sich für das hier dargestellte Konstellationsdiagramm die folgenden Koordinaten:

r I Q

U16 0,649 0,600 0,248

U15 0,649 0,248 0,600

U13 1,000 1,000 0,000

U14 1,000 0,707 0,707

Dabei ist r = SQRT (I * I + Q * Q)
Ein solches Konstellationsdiagramm wird von einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie in 5 dargestellt, genutzt. Alternativ kann es auch von einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie in 6 dargestellt, genutzt werden. In 5 wird ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Eine Sende-Verarbeitungseinrichtung 14 ist mit einem Sender 10 verbunden. Ein Empfänger 11 ist mit einer Empfangs-Verarbeitungseinrichtung 15 verbunden. Die Sende-Verarbeitungseinrichtung 14 erzeugt aus einem digitalen Signal digitale I/Q-Werte, d.h. Signalraumpunkte in einem zweidimensionalen Signalraum. Die Signalraumpunkte werden als digitale Daten an den Sender 10 übertragen. Der Sender 10 erzeugt aus den Signalraumpunkten ein moduliertes Sendesignal und sendet dieses aus. Es wird über den Übertragungskanal 16 übertragen. Bei dem Übertragungskanal 16 handelt es sich um einen nicht idealen Übertragungskanal. D.h. das modulierte Sendesignal wird durch Störungen überlagert.
Der Empfänger 11 empfängt das gestörte modulierte Sendesignal und wandelt es in Signalraumpunkte um. Die Signalraumpunkte werden als digitale Daten an die Empfangs-Verarbeitungs-Einrichtung 15 übertragen. Die Empfangs-Verarbeitungs-Einrichtung 15 ermittelt ausgehend von den Signalraumpunkten ein digitales Signal.
Damit das digitale Signal, welches die Sende-Verarbeitungs-Einrichtung 14 erhält, möglichst identisch von der Empfangs-Verarbeitungs-Einrichtung 15 ausgegeben wird, müssen Störungen während der Übertragung möglichst vermieden werden. Reale Übertragungskanäle sind häufig keine AWGN-Kanäle, d.h. bei den Kanalstörungen handelt es sich nicht um weißes Rauschen. Oftmals liegt bei geringen Amplituden des Rauschsignals eine hohe Rausch-Leistungs-Dichte vor, während bei hohen Amplituden des Rauschsignals eine geringe Rausch-Leistungs-Dichte vorliegt. Bei einem solchen Übertragungskanal können mit herkömmlichen Übertragungsverfahren wie z.B. 16-QAM nicht optimale Ergebnisse erzielt werden, da nahe am Ursprung des Signalraums liegende Signalraumpunkte mit einer hohen Wahrscheinlichkeit derart gestört werden, dass sie nicht korrekt übertragen werden. Um dieses Problem zu beseitigen, nutzt die Sende-Verarbeitungs-Einrichtung 14 Übertragungsverfahren, bei welchen die Signalraumpunkte einen deutlich größeren Abstand vom Ursprung des Signalraums haben, als der Abstand zwischen den Signalraumpunkten beträgt. So werden Konstellationsdiagramme der Signalraumpunkte wie in 3 und 4 gezeigt eingesetzt.
In 6 wird ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Das Ausführungsbeispiel entspricht teilweise dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel. Eine Sende-Verarbeitungs-Einrichtung 17 ist mit einer Kompressions-Einrichtung 12 verbunden. Die Kompressions-Einrichtung 12 ist mit einem Sender 10 verbunden. Ein Empfänger 11 ist mit einer Dekompressions-Einrichtung 13 verbunden. Die Dekompressions-Einrichtung 13 ist mit einer Empfangs-Verarbeitungs-Einrichtung 18 verbunden.
Ein digitales Signal wird von der Sende-Verarbeitungs-Einrichtung 17 in I/Q-Werte, d.h. Signalraumpunkte in einem zweidimensionalen Signalraum umgewandelt. Dabei werden herkömmliche Konstellationen von Signalraumpunkten, wie z.B. in 1 oder 2 dargestellt, eingesetzt. Die Signalraumpunkte werden anschließend als digitale Daten an die Kompressions-Einrichtung 12 übertragen. Die Kompressions-Einrichtung 12 komprimiert die Signalraumpunkte hin zu höheren Amplituden. D.h. der Abstand der Signalraumpunkte zum Ursprung des Signalraums wird erhöht. Dabei wird die maximale Amplitude der Signalraumpunkte jedoch nicht verändert. So werden Signalraumpunkte, welche bereits die maximale Amplitude inne haben nicht verändert. Die minimale Amplitude der Signalraumpunkte wird so erhöht.
Die Umwandlung der Daten in komprimierte Signalraumpunkte kann auch in einem Schritt, ohne herkömmliche Konstellationen zu erzeugen, erfolgen.
Die komprimierten Signalraumpunkte werden anschließend weiterhin als digitale Daten an den Sender 10 übertragen.
Wie bereits anhand von 5 beschrieben, erzeugt der Sender 10 daraus ein analoges Signal und überträgt dieses über den Übertragungskanal 16 an den Empfänger 11. Der Empfänger 11 erzeugt daraus erneut die komprimierten Signalraumpunkte und leitet sie als digitale Daten an die Dekompressions-Einrichtung 13 weiter. Die Dekompressions-Einrichtung 13 macht die Kompression durch die Kompressions-Einrichtung 12 rückgängig. D.h. sie verringert die minimale Amplitude der Signalraumpunkte. Es wird somit erneut das herkömmliche Konstellationsdiagramm, welches von der Sende-Verarbeitungseinrichtung 17 ausgesendet wurde erzeugt und an die Empfangs-Verarbeitungs-Einrichtung 18 weitergeleitet. Die Empfangs-Verarbeitungs-Einrichtung 18 erzeugt aus den nicht länger komprimierten Signalraumpunkten erneut ein digitales Signal.
Die Umwandlung der komprimierten Signalraumpunkte in Daten kann auch in einem Schritt, ohne herkömmliche Konstellationen zu erzeugen, erfolgen.
Vorteilhaft an diesem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass durch Hinzufügung lediglich der Kompressions-Einrichtung 12 und der Dekompressions-Einrichtung 13 herkömmliche Übertragungsvorrichtungen erfindungsgemäß eingesetzt werden können.
7 zeigt eine detaillierte Darstellung eines Teils eines Senders wie er auch in den Ausführungsbeispielen aus 5 und 6 eingesetzt wird. Eine Basisband-Verarbeitungseinrichtung 40 ist mit zwei Digital-Analog-Wandlern 41, 42 verbunden. Die Digital-Analog-Wandler 41, 42 sind jeweils mit einem Mischer 43, 44 verbunden. Der erste Mischer 43 ist weiterhin direkt mit einem Lokaloszillator 45 verbunden. Der zweite Mischer 44 ist über einen Phasenschieber 46 mit dem Lokaloszillator 45 verbunden. Die Ausgänge der Mischer 43, 44 sind mit den Eingängen eines Addierers 47 verbunden.
Ein digitales Signal d(k) wird der Basisband-Verarbeitungseinrichtung 40 zugeführt. Die Basisband-Verarbeitungseinrichtung 40 erzeugt aus dem digitalen Signal d(k) zwei digitale Signale I'(k) und Q'(k). Die erzeugten Signale I'(k) und Q'(k) enthalten sämtliche Informationen, welche in dem digitalen Signal d(k) enthalten sind. Das digitale Signal d(k) wird so in zweidimensionale Signalraumpunkte umgewandelt. Die Signale I'(k) und Q'(k) werden jeweils einem Digital-Analog-Wandler 41, 42 zugeführt. Die Digital-Analog-Wandler 41, 42 wandeln die Signale I'(k) und Q'(k) in analoge Signale I'(t) und Q'(t). Um die analogen Signale I'(t) und Q'(t) auf eine Sendefrequenz zu transformieren und zusammenzuführen, werden sie jeweils einem Mischer 43, 44 zugeführt. Der erste Mischer 43 mischt das Signal I'(t) direkt mit dem von dem Lokaloszillator 45 erzeugten Lokaloszillatorsignal. Der zweite Mischer 44 mischt das Signal Q'(t) mit einem von dem Phasenschieber 46 um 90° in seiner Phase verzögerten Lokaloszillatorsignal. Die von den Mischern erzeugten Signale werden von dem Addierer 47 zusammengeführt und als Sendesignal x'(t) ausgegeben.
In 8 und 9 wird ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In einem ersten Schritt 20 werden digitale Datenwerte direkt in digitale komprimierte I/Q-Werte umgewandelt. In einem zweiten Schritt 21 wird aus den digitalen komprimierten I/Q-Werten ein analoges Hochfrequenzsignal erzeugt. In einem dritten Schritt 22 wird das analoge Hochfrequenzsignal übertragen. In einem vierten Schritt 24 wird das übertragene Hochfrequenzsignal empfangen. In einem fünften Schritt 25 werden aus dem empfangenen analogen Hochfrequenzsignal die digitalen komprimierten I/Q-Werte ermittelt. In einem abschließenden sechsten Schritt 26 werden aus den digitalen komprimierten I/Q-Werten die Daten zurückgewonnen, d.h. dass digitale Signal wird erneut erstellt.
Das hier dargestellte Verfahren wird z.B. von dem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus 5 durchgeführt. Es werden Konstellationsdiagramme wie in 3 und 4 gezeigt eingesetzt.
Anhand der 10 und 11 wird ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel kommt zur Anwendung, wenn zunächst ein klassisches QAM-Mapping stattfindet. In einem ersten Schritt 30 werden ausgehend von einem digitalen Signal digitale I/Q-Werte erzeugt. In einem zweiten Schritt 31 werden die digitalen I/Q-Werte komprimiert. Die Signalraumpunkte werden hierzu im Signalraum derart angeordnet, dass sich eine Kompression ergibt. D.h. I/Q-Werte geringer Amplitude werden in ihrer Amplitude erhöht. Das genaue Vorgehen bei der Kompression ist anhand der 3 näher beschrieben. In einem dritten Schritt 32 wird aus den komprimierten I/Q-Werten ein analoges Hochfrequenzsignal erzeugt. In einem vierten Schritt 33 wird das analoge Hochfrequenzsignal gesendet. In einem fünften Schritt 34 wird das analoge Hochfrequenzsignal empfangen. In einem sechsten Schritt 35 werden aus dem empfangenen analogen Hochfrequenzsignal die digitalen komprimierten I/Q-Werte zurückgewonnen. In einem siebten Schritt 36 wird die Kompression der digitalen I/Q-Werte rückgängig gemacht. D.h. die minimale Amplitude der I/Q-Werte wird erneut verringert. Diesbezüglich wird ebenfalls auf die Ausführungen zu 3 und 4 verwiesen. In einem abschließenden achten Schritt 37 wird ausgehend von den nicht länger komprimierten digitalen I/Q-Werten das digitale Signal zurückgewonnen.
Das hier dargestellte Verfahren wird z.B. von dem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus 6 durchgeführt. Es werden Konstellationsdiagramme wie in 3 und 4 gezeigt eingesetzt.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschrankt. So kann die Kompression der Konstellationsdiagramme bei verschiedenen herkömmlichen Übertragungsverfahren eingesetzt werden. Auch ein Einsatz bei kabelgebundenen Ubertragungsverfahren ist möglich. Alle vorstehend beschriebenen Merkmale oder in den Figuren gezeigten Merkmale sind im Rahmen der Erfindung beliebig vorteilhaft miteinander kombinierbar.

Claims

Kommunikationsvorrichtung mit einem Sender (10), einer Sende-Verarbeitungseinrichtung (14, 17), einem Empfänger (11), und einer Empfangs-Verarbeitungseinrichtung (15, 18), wobei die Sende-Verarbeitungseinrichtung (14, 17) digitalen Signalen (d(k)), welche aus Datenwerten bestehen, Signalraumpunkte (T1 - T16, U1 - U16) in einem I/Q-Signalraum zuordnet, wobei die Empfangs-Verarbeitungseinrichtung (15, 18) den Signalraumpunkten (T1 - T16, U1 - U16) Datenwerte zuordnet, wobei der Sender (10) aus zu sendenden Signalraumpunkten (T1 - T16, U1 - U16) ein Sendesignal (x'(t)) erzeugt, wobei der Empfänger aus einem Empfangssignal empfangene Signalraumpunkte (T1 - T16, U1 - U16) bestimmt, wobei die einzelnen gesendeten und empfangenen Signalraumpunkte (T1 - T16, U1 - U16) jeweils einen geringeren Abstand (d_Tn0, d_Tn1, d_Tn2, d_Un0, d_Un1) zu benachbarten Signalraumpunkten (T1 - T16, U1 - U16) aufweisen als zu dem Ursprung des Signalraums, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende-Verarbeitungseinrichtung (14) das Verhältnis des Abstands (d_U0, d_U1) zu sendender Signalraumpunkte (U1 - U16) von dem Ursprung des Signalraums und des Abstands (d_Un0, d_Un1) der Signalraumpunkte (U1 - U16) zu unmittelbar benachbarten Signalraumpunkten (U1 - U16) in Abhängigkeit von der Verteilung der Rauschleistung einstellt.
Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen gesendeten und empfangenen Signalraumpunkte (T1 - T16, U1 - U16) unterschiedliche Abstände (d_T0, d_T1, d_T2, d_U0, d_U1) zu dem Ursprung des Signalraums aufweisen.
Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsvorrichtung eine Kompressions-Vorrichtung (12) und eine Dekompressions-Vorrichtung (13) beinhaltet, und dass die Kompressions-Vorrichtung (12) und die Dekompressions-Vorrichtung (13) Signalraumpunkte (T1 - T16) im Signalraum verschieben.
Kommunikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die empfangenen und gesendeten Signalraumpunkte (T1-T16, U1 - U16) einen einheitlichen Abstand (d_Tn0, d_Tn1, d_Tn2, d_UN0, d_Un1) zu unmittelbar benachbarten Signalraumpunkten (T1 - T16, U1 - U16) aufweisen.
Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressions-Vorrichtung (12) den Abstand (d_T0, d_T1, d_U0, d_U1) von Signalraumpunkten (T1 - T16) vom Ursprung des Signalraums erhöht, und dass die Dekompressions-Vorrichtung (13) den Abstand (d_T0, d_T1, d_U0, d_U1) von Signalraumpunkten (T1 - T16) vom Ursprung des Signalraums verringert.
Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressions-Vorrichtung (12) das Verhältnis des Abstands (d_T0, d_T1, d_T2) zu sendender Signalraumpunkte von dem Ursprung des Signalraums und des Abstands der Signalraumpunkte zu benachbarten Signalraumpunkten (d_Tn0, d_Tn1, d_Tn2) in Abhängigkeit der Verteilung der Rauschleistung einstellt.
Kommunikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gesendeten Signalraumpunkte (T1 - T16) den von der Sende-Verarbeitungseinrichtung (14) zugeordneten Signalraumpunkten entsprechen, und dass die empfangenen Signalraumpunkte (T1 - T16) den von der Empfangs-Verarbeitungseinrichtung (15) zugeordneten Signalraumpunkten entsprechen.
Kommunikationsverfahren zur Übertragung von Nachrichten, wobei digitalen Signalen (d(k)), welche aus Datenwerten bestehen, Signalraumpunkte (T1 - T16, U1 - U16) in einem I/Q-Signalraum zugeordnet werden, wobei den Signalraumpunkten (T1 - T16, U1 - U16) Datenwerte zugeordnet werden, wobei aus zu sendenden Signalraumpunkten (T1 - T16, U1 - U16) ein Sendesignal (x'(t)) erzeugt wird, wobei aus einem Empfangssignal empfangene Signalraumpunkte (T1 - T16, U1 - U16) bestimmt werden, wobei die einzelnen gesendeten und empfangenen Signalraumpunkte (T1 - T16, U1 - U16) jeweils einen geringeren Abstand (d_Tn0, d_Tn1, d_Tn2, d_UN0, d_Un1) zu benachbarten Signalraumpunkten (T1 - T16, U1 - U16) aufweisen als zu dem Ursprung des Signalraums, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Abstands (d_U0, d_U1) zu sendender Signalraumpunkte (U1 - U16) von dem Ursprung des Signalraums und des Abstands (d_UN0, d_Un1) der Signalraumpunkte (U1 - U16) zu unmittelbar benachbarten Signalraumpunkten (U1 - U16) in Abhängigkeit in Abhängigkeit von der Verteilung der Rauschleistung eingestellt wird.
Kommunikationsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen gesendeten und empfangenen Signalraumpunkte (T1 - T16, U1 - U16) unterschiedliche Abstände (d_T0, d_T1, d_T2, d_U0, d_U1) zu dem Ursprung des Signalraums aufweisen.
Kommunikationsverfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kompression und Dekompression von Signalraumpunkten (T1 - T16) durchgeführt wird, und dass Kompression und Dekompression durch Verschiebung von Signalraumpunkten (T1 - T16) im Signalraum durchgeführt wird.
Kommunikationsverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die empfangenen und gesendeten Signalraumpunkte (T1 - T16, U1 - U16) einen einheitlichen Abstand (d_Tn0, d_Tn1, d_Tn2, d_UN0, d_Un1) zu unmittelbar benachbarten Signalraumpunkten aufweisen.
Kommunikationsverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Kompression der Abstand (d_T0, d_T1) von Signalraumpunkten vom Ursprung des Signalraums erhöht wird, und dass bei der Dekompression der Abstand (d_T0, d_T1, d_T2) von Signalraumpunkten (T1 - T16) vom Ursprung des Signalraums verringert wird.
Kommunikationsverfahren nach Anspruch 10 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Kompression das Verhältnis des Abstands (d_T0, d_T1, d_T2) zu sendender Signalraumpunkte von dem Ursprung des Signalraums und des Abstands (d_Tn0, d_Tn1, d_Tn2) der Signalraumpunkte zu benachbarten Signalraumpunkten (U1 - U16) in Abhängigkeit der Verteilung der Rauschleistung eingestellt wird.
Kommunikationsverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die gesendeten Signalraumpunkte (U1 - U16) den ursprünglich zugeordneten Signalraumpunkten (U1 - U16) entsprechen, und dass die empfangenen Signalraumpunkte (U1 - U16) den ursprünglich zugeordneten Signalraumpunkten (U1 - U16) entsprechen.