DE102010048426A1

DE102010048426A1 - Method for transmitting transmission signal of transmitter to target receiver of ultra wideband transmission system, involves adjusting transmission signal based on transmission parameters such that interference of receivers is reduced

Info

Publication number: DE102010048426A1
Application number: DE201010048426
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Zheng Feng; Prof.Dr.-Ing. Kaiser Thomas; Dr. Kupferschmidt Claus
Original assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Current assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2012-04-19

Abstract

The method involves determining transmission parameters concerning target receiver (3) to which transmission signal is transmitted, and receivers (4) to which transmission signal is not transmitted by transmitter. The transmission signal is adjusted based on the determined transmission parameters such that interference of receivers with target receiver by transmitting the transmission signal is reduced. The adjusted transmission signal is transmitted through transmitter over transmitting antenna connected with the transmitter, to target receiver. An independent claim is included for transmission and/or receiving apparatus.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen eines Sendesignals von zumindest einem Sender an zumindest einen Ziel-Empfänger in einem Übertragungssystem. Die Erfindung betrifft auch einen Sender und ein Empfängergerät hierzu.The invention relates to a method for transmitting a transmission signal from at least one transmitter to at least one destination receiver in a transmission system. The invention also relates to a transmitter and a receiver device for this purpose.

Mit der zunehmenden Verbreitung von drahtlosen Kommunikationsverbindungen steigt auch im gleichen Maße das Störproblem in Funknetzwerken. Dieses Problem wird dabei noch verstärkt, indem für verschiedene Anwendungen unterschiedliche Funkübertragungssysteme bekannt sind, die sich zwar in ihrer Trägerfrequenz unterscheiden können, sich doch letztendlich das gleiche Übertragungs- und Ausbreitungsmedium teilen. Technisch bedingt kommt es hierbei zwangsläufig zu Störungen, wenn Sender unkontrolliert auf dem Übertragungsmedium ihre Daten senden, so dass Empfänger innerhalb eines gewissen und abhängigen Empfangsbereich Daten nur noch mit einer erhöhten Fehlerquote oder bis hin zu gar nicht mehr empfangen können.As the proliferation of wireless communication links increases, so does the interference problem in wireless networks. This problem is exacerbated by different radio transmission systems are known for different applications, although they may differ in their carrier frequency, but ultimately share the same transmission and propagation medium. Technically, this inevitably leads to interference when transmitters uncontrolled on the transmission medium send their data, so that receivers within a certain and dependent reception area data only with an increased error rate or can not even receive.

So tritt beispielsweise bei dem UWB-Übertragungsverfahren (Ultra Wide Band) dieses Problem verstärkt in den Vordergrund, da bei dieser Art der Datenübertragen der Grundgedanke darin besteht, kein eigenes Frequenzband zu belegen, sondern als sogenanntes „underlay”-System bereits vergebene Frequenzbänder erneut zu nutzen. Dies setzt jedoch voraus, dass auf den von dem UWB-Übertragungsverfahren genutzten Frequenzbändern zum Zeitpunkt der Nutzung keine anderen, lizensierten Funkdienste wie WiMAX, W-LAN oder Radar in der erreichbaren Funkumgebung aktiv sind, da es hierdurch dann zu einer Überlappung der frequenzmäßigen Nutzung von UWB mit den lizensierten Funkdiensten kommen kann.Thus, for example, in the UWB transmission method (Ultra Wide Band), this problem increasingly comes to the fore, since with this type of data transmission, the basic idea is not to occupy a separate frequency band, but as a so-called "underlay" system already assigned frequency bands again use. This presupposes, however, that no other licensed radio services such as WiMAX, W-LAN or radar are active in the reachable radio environment on the frequency bands used by the UWB transmission method at the time of use, since this then leads to an overlap in the frequency use of UWB can come with the licensed radio services.

Damit UWB-Funksysteme keine gravierende Interferenz für andere Funksysteme darstellen, dürfen sie nur mit einer sehr geringen Leistung betrieben werden. In den U.S.A. beispielsweise steht der volle Frequenzbereich von 3,1 bis 10.6 Gigahertz für UWB zur Verfügung, wobei jedoch die spektrale Leistungsdichte eines UWB-Signals durch Einhaltung einer Frequenzmaske auf einen Maximalwert von –4,13 dBm/MHz begrenzt wird. Diese Begrenzung der spektralen Leistungsdichte führt jedoch zu einer geringeren Sendeleistung von unterhalb mW und damit zu einer eingeschränkten Reichweite der UWB-Übertragung, so dass ein UWB-Übertragungssystem in der Regel für eine hoch-bandbreitige Datenübertragung im Gigabitbereich geeignet ist, jedoch auf Nahfeldanwendungen aufgrund der oben beschriebenen Begrenzung beschränkt ist. So können UWB-Sender und Empfänger in der Regel nur bei direkter Sichtverbindung Daten austauschen, während eine Übertragung ohne direkte Sichtverbindung, z. B. durch eine Wand hindurch bei UWB kaum möglich ist.In order for UWB radio systems to be of no serious interference to other radio systems, they must only be operated with very low power. For example, in the U.S.A., the full frequency range of 3.1 to 10.6 gigahertz is available for UWB, but the spectral power density of a UWB signal is limited by maintaining a frequency mask to a maximum of -4.13 dBm / MHz. However, this limitation of the spectral power density leads to a lower transmission power of below mW and thus to a limited range of UWB transmission, so that a UWB transmission system is usually suitable for high-bandwidth data transmission in the gigabit range, but on near-field applications due to the Limitation described above is limited. As a rule, UWB transmitters and receivers can only exchange data in the case of direct line-of-sight connection, while transmission without a direct visual connection, for B. through a wall at UWB is hardly possible.

Eine weitere Einschränkung bei UWB-Funksystemen besteht in der gleichzeitigen Nutzung mehrerer UWB-Sender in unmittelbarer Nachbarschaft, d. h. in der gemeinsamen Funkreichweite eines UWB-Empfängers und im gleichen Frequenzbereich. Damit ein störungsfreier Betrieb auch bei mehreren UWB-Sendern gewährleistet werden kann, dürfen die UWB-Funkgeräte im Sendefrequenzband nicht gleichzeitig übertragen, sondern müssen die Funkressourcen aufteilen, um Interferenzen zu vermeiden. Hierfür sind beispielsweise Störungsminderungsverfahren wie DAA (Detect and Avoid) bekannt, die in den UWB-Funkgeräten reglementiert werden. Bei diesen Verfahren wird kontinuierlich das UWB-Frequenzspektrum gescannt, um durch andere Funkgeräte belegte Funkressourcen detektieren zu können. Wird eine solche belegte Funkressource erkannt, so darf der UWB-Sender in diesem Frequenzbereich nicht senden, um andere Funksysteme nicht zu stören.Another limitation of UWB wireless systems is the simultaneous use of multiple UWB transmitters in the immediate vicinity, i. H. in the common radio range of a UWB receiver and in the same frequency range. To ensure trouble-free operation even with multiple UWB transmitters, the UWB radios in the transmit frequency band must not transmit simultaneously, but must split the radio resources to avoid interference. For this purpose, for example, noise reduction methods such as DAA (Detect and Avoid) are known, which are regulated in the UWB radios. In these methods, the UWB frequency spectrum is continuously scanned to detect radio resources occupied by other radios. If such an occupied radio resource is detected, the UWB transmitter must not transmit in this frequency range in order not to disturb other radio systems.

Der große Nachteil dieses Störungsminderungsverfahrens DAA besteht dabei darin, dass kontinuierlich das UWB-Frequenzspektrum von dem Funkgerät gescannt werden muss, was sehr zeit- und implentierungsaufwändig ist, da permanent wegen der sich ständig zeitlich ändernden Nutzung des Spektrums eine Überwachung durchgeführt werden muss. Darüber hinaus versagt das DAA, wenn ein primäres Funkgerät abgeschattet wird und durch das UWB-Funkgerät beim Scannen des Spektrums nicht erkannt wird, obwohl es physikalisch vorhanden ist. Schließlich lassen sich mit DAA nur Funksender detektieren, nicht aber die wesentlich empfindlicheren Funkempfänger.The major disadvantage of this noise reduction method DAA consists in the fact that the UWB frequency spectrum has to be continuously scanned by the radio, which is very time-consuming and involved in the implementation, since monitoring constantly has to be performed due to the constantly changing use of the spectrum. In addition, the DAA fails when a primary radio is shadowed and not detected by the UWB radio while scanning the spectrum, even though it is physically present. After all, only radio transmitters can be detected with DAA, but not the much more sensitive radio receivers.

In Eisenacher, Michael: „Optimierung von Ultra-Wideband-Signalen (UWB)” Institut für Nachrichtentechnik, Universität Karlsruhe, 2006 (ISSN: 1433-3821; abrufbar unter der Adresse http://digbib.ubka.unikarlsruhe.de/volltexte/100004809) wird zur Lösung dieses Problems vorgeschlagen, dass die Empfänger innerhalb eines von einem Störer belegten Empfangsbereiches sich auf das Störsignal einstellen, um sich so nicht stören zu lassen. Die Empfänger passen sich somit an die Existenz von Störern in ihrem Empfangsbereich an, damit die Empfänger auch weiterhin Daten empfangen können.In Eisenacher, Michael: "Optimization of Ultra Wideband Signals (UWB)" Institute of Telecommunications, University of Karlsruhe, 2006 (ISSN: 1433-3821, available at http://digbib.ubka.unikarlsruhe.de/volltexte/100004809 ) In order to solve this problem, it is proposed that the receivers within a receiving area occupied by a disturber adjust to the interfering signal in order not to be disturbed. The receivers thus adapt to the existence of interferers in their reception area so that the receivers can continue to receive data.

Hierbei besteht letztendlich das Problem darin, dass bei der Existenz nur eines Störers jeder Empfänger im jeweiligen Empfangsbereich entsprechend zeit- und implementierungsaufwändige Algorithmen anwenden muss, um beispielsweise den entsprechenden Übertragungskanal zu schätzen und hieraus entsprechende Störunterdrückungsmechanismen zu aktivieren. Bei zeitveränderlichen Systemen, bei denen der Übertragungskanal hinsichtlich der Pfaddämpfung und -verzögerung Schwankungen unterliegt, müssen die Empfänger darüber hinaus ständig eine entsprechende Kanalschätzung durchführen, um sich auf den Störer entsprechend einstellen zu können.In the end, the problem consists in the fact that in the existence of only one interferer, each receiver in the respective receiving area must use correspondingly time-consuming and implementation-intensive algorithms in order to estimate, for example, the corresponding transmission channel and to activate corresponding interference suppression mechanisms. With time-variable Systems in which the transmission channel is subject to variations in terms of path attenuation and delay, the receivers must also constantly perform a corresponding channel estimation in order to adjust to the interferer accordingly.

Aufgabetask

Mit Blick auf das voranstehend Gesagte ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Übertragen von Signalen anzugeben, mit denen Störungen einfach und effektiv vermieden werden können. Des Weiteren ist auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Sendeleistung von Sendegeräten, bspw. bei ultrabreitbandigen Funksendern, erhöht werden kann, ohne dass andere in der Reichweite des Senders befindliche Empfänger oder andere Funkgeräte gestört werden.In view of the above, an object of the present invention is to provide an improved method for transmitting signals, with which disturbances can be avoided simply and effectively. Furthermore, it is also an object of the present invention to specify a method with which the transmission power of transmitting devices, for example in ultrabroadband radio transmitters, can be increased without interfering with other receivers or other radios within range of the transmitter.

Lösungsolution

Die Aufgaben werden mit dem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gelöst durch die Schritte:
– Ermitteln von Übertragungsparametern bezüglich des Ziel-Empfängers und einem oder mehreren anderen in einem Empfangsbereich befindlichen Empfängern, an die kein Sendesignal übertragen werden soll, durch den Sender,
– Adaptieren des Sendesignals durch den Sender in Abhängigkeit von den ermittelten Übertragungsparametern derart, dass Störungen durch das Übertragen des Sendesignal vom Sender zum Ziel-Empfänger bei den anderen Empfängern verringert oder minimiert werden, und
– Übertragen des adaptierten Sendesignals durch den Sender über eine oder mehrere an dem Sender angeordneten Senderantennen an den oder die Ziel-Empfänger.The objects are achieved by the method of the type mentioned in the present invention by the steps:
Determining, by the transmitter, transmission parameters relating to the destination receiver and one or more other receivers located in a reception area to which no transmission signal is to be transmitted
Adapting the transmission signal by the transmitter in dependence on the determined transmission parameters in such a way that interference due to the transmission of the transmission signal from the transmitter to the target receiver is reduced or minimized in the other receivers, and
- Transmitting the adapted transmission signal by the transmitter via one or more arranged at the transmitter transmitter antennas to the one or more target recipients.

Ziel des vorliegenden Verfahrens ist es somit, dass ein potentieller Sender innerhalb eines Übertragungssystems, der ein Sendesignal bzw. eine Nachricht an einen Ziel-Empfänger übertragen will, sich auf andere potentielle Empfänger, die sich im Sendebereich des Senders befinden, derart einstellt, dass Störungen beim Übertragen des Sendesignals von dem Sender zu diesem Ziel-Empfänger in anderen Empfängern, zu denen keine Kommunikationsverbindung aufgebaut werden soll, verringert oder minimiert werden.The aim of the present method is thus that a potential transmitter within a transmission system, which wants to transmit a transmission signal or a message to a destination receiver to other potential receivers, which are located in the transmission range of the transmitter, adjusted such that interference when transmitting the transmission signal from the transmitter to this destination receiver in other receivers to which no communication connection is to be established, reduced or minimized.

Hierfür werden von dem Sender zunächst Übertragungsparameter bezüglich des Ziel-Empfängers und Übertragungsparameter bezüglich einem oder mehreren anderen Empfängern, die sich im Empfangsbereich des Senders befinden, ermittelt. Solche Übertragungsparameter können beispielsweise die verwendete Bandbreite des Empfängers, der verwendete Frequenzbereich des jeweiligen Empfängers eine Übertragungskanalschätzung bezüglich des Empfängers und/oder die Empfängerempfindlichkeit sein. Diese Übertragungsparameter werden nun von jedem Empfänger ermittelt, so dass dem Sender eine Reihe von Informationen bezüglich des Ziel-Empfängers und bezüglich anderer Empfänger, zu denen keine Kommunikationsverbindung aufgebaut werden soll, vorliegen.For this purpose, the transmitter first determines transmission parameters relating to the destination receiver and transmission parameters with respect to one or more other receivers located in the reception area of the transmitter. Such transmission parameters may be, for example, the used bandwidth of the receiver, the frequency range of the respective receiver used, a transmission channel estimate with respect to the receiver and / or the receiver sensitivity. These transmission parameters are now detected by each receiver, so that the sender a number of information regarding the destination receiver and with respect to other receivers, to which no communication connection is to be established.

Anschließend wird das zu sendende Signal, das vom Sender zu den Ziel-Empfängern übertragen werden soll, an die vorliegende Situation angepasst und zwar derart adaptiert, dass beim Aussenden des Sendesignals zu den Ziel-Empfängern die anderen Empfänger möglichst wenig bis gar nicht gestört werden. Anschließend erfolgt die Übertragung des Sendesignals.Subsequently, the signal to be transmitted, which is to be transmitted from the transmitter to the destination receivers, adapted to the present situation and indeed adapted so that when sending the transmission signal to the destination receivers, the other receivers are as little as possible disturbed. Subsequently, the transmission of the transmission signal takes place.

Dieses Verfahren bietet sich vorteilhafterweise bei der Verwendung eines UWB-Funkübertragungssystems an, da aufgrund der beim UWB-Funkübertragungsverfahren verwendeten hohen Bandbreite von mehr als 500 MHz andere Empfangsgeräte so möglichst geringfügig gestört werden. Darüber hinaus lässt sich durch ein so adaptiertes Sendesignal die Sendeleistung erhöhen, so dass sich die Reichweite bei UWB-Übertragungsverfahren deutlich steigern lässt, was bei einem normalen UWB-Sender nicht möglich wäre, ohne die anderen Teilnehmer des Netzwerkes zu beeinträchtigen.This method is advantageous in the use of a UWB radio transmission system, since due to the high bandwidth of more than 500 MHz used in the UWB radio transmission method, other receiving devices are disturbed as slightly as possible. In addition, the transmission power can be increased by a so-adapted transmission signal, so that the range can be significantly increased in UWB transmission method, which would not be possible with a normal UWB transmitter, without affecting the other participants in the network.

Vorteilhafterweise erfolgt die Ermittlung der Übertragungsparameter bezüglich der einzelnen Empfänger anhand einer Signalantwort, die von den Empfängern an den Sender gesendet werden. Die Bezeichnungen „Sender” und „Empfänger” stehen hier für die Funktionalität eines Kommunikationsgerätes, und zwar aus Sicht des vorliegenden Verfahrens. Häufig sind derartige Kommunikationsgeräte bidirektional ausgebildet, so dass ein Empfänger-Gerät auch eine Nachricht senden kann.Advantageously, the determination of the transmission parameters with respect to the individual receivers takes place on the basis of a signal response that is sent by the receivers to the transmitter. The terms "transmitter" and "receiver" here stand for the functionality of a communication device, and indeed from the point of view of the present method. Often such communication devices are bidirectional, so that a receiver device can also send a message.

Durch das Senden einer solchen Signalantwort und Empfangen einer solchen Signalantwort durch den Sender kann der Sender dann die Übertragungsparameter bezüglich der Sendeempfänger ermitteln. So ist es beispielsweise denkbar, dass die Empfänger in der Signalantwort ihre verwendete Bandbreite sowie den Frequenzbereich und die Empfängerempfindlichkeit kodieren, so dass der Sender dann für die anderen Empfänger diese Übertragungsparameter aus dieser Signalantwort entnehmen kann.By sending such a signal response and receiving such a signal response by the transmitter, the transmitter can then determine the transmission parameters with respect to the transceivers. For example, it is conceivable that the receivers in the signal response code their used bandwidth as well as the frequency range and the receiver sensitivity, so that the transmitter can then extract these transmission parameters for the other receivers from this signal response.

Aus der Signalantwort der einzelnen Empfänger lässt sich darüber hinaus auch noch der Übertragungskanal schätzen, und zwar beispielsweise hinsichtlich der Pfaddämpfung und der Pfadverzögerung. Durch Vergleich der empfangenen Signalantwort bzw. Kanalimpulsantwort mit Hilfe eines entsprechenden Template-Signals, das beim Sender und Empfänger vorliegt, lässt sich aus der Verzerrung des empfangenen tatsächlichen Signals gegenüber dem Template-Signal der Übertragungskanal und seine Eigenschaften abschätzen. Diese Kanalschätzung wird dabei vorteilhafterweise für jeden Empfänger, der eine entsprechende Signalantwort an den Sender übertragen hat, durchgeführt, so dass ausgehend von dem Sender eine Vielzahl von Übertragungsparametern bezüglich des Ziel-Empfängers und anderer Nicht-Ziel-Empfänger vorliegen.From the signal response of the individual receivers, the transmission channel can also be estimated, for example with regard to the path attenuation and the Path delay. By comparing the received signal response or channel impulse response with the aid of a corresponding template signal which is present at the transmitter and receiver, it is possible to estimate the transmission channel and its properties from the distortion of the received actual signal with respect to the template signal. This channel estimation is advantageously carried out for each receiver that has transmitted a corresponding signal response to the transmitter, so that, starting from the transmitter, there are a multiplicity of transmission parameters with respect to the target receiver and other non-target receivers.

Aus diesen Übertragungsparametern lässt sich dann das Sendesignal so adaptieren, dass die anderen Empfänger, zu denen keine Kommunikationsverbindung aufgebaut werden soll, in ihrer Kommunikation möglichst wenig bis gar nicht gestört werden.The transmission signal can then be adapted from these transmission parameters such that the other receivers to which no communication connection is to be established are disturbed as little as possible, if at all, in their communication.

Hierbei kann es ganz besonders vorteilhaft sein, wenn der Sender zunächst ein Aufforderungssignal, das er bevorzugt innerhalb desselben Frequenzbandes aussendet, das von den anderen Teilnehmern zur Datenübertragung verwendet wird, um so den Ziel-Empfänger und die anderen Nicht-Ziel-Empfänger aufzufordern, ein entsprechendes Antwortsignal an den Sender zurückzuschicken. Die einzelnen Empfänger, d. h. sowohl der Ziel-Empfänger als auch die Nicht-Ziel-Empfänger senden daraufhin, sofern sie das Aufforderungssignal korrekterweise empfangen haben, das Antwortsignal zurück und kodieren ihre entsprechenden Betriebsparameter darin. Der Sender empfängt nun von jedem Empfänger, der eine solche Signalantwort ausgesendet hat, dieses Signal und behält somit die Übertragungsparameter der einzelnen Teilnehmer innerhalb des zugrund gelegten Übertragungssystems.In this case, it may be particularly advantageous if the transmitter first emits a request signal, which it preferably transmits within the same frequency band used by the other subscribers for data transmission so as to request the destination receiver and the other non-destination receivers send the corresponding response signal back to the transmitter. The individual recipients, d. H. both the destination receiver and the non-destination receiver then, provided they have correctly received the request signal, return the response signal and encode their respective operating parameters therein. The transmitter now receives this signal from each receiver which has transmitted such a signal response and thus retains the transmission parameters of the individual subscribers within the underlying transmission system.

Das Senden des Aufforderungssignals sowie das Senden der Signalantwort können dabei als ein logischer Kanal innerhalb des zur Nutzdatenübertragung belegten Frequenzbereiches angesehen werden, so dass er mit den Nutzdaten zusammen kodiert und dekodiert wird. Dies hat den Vorteil, dass die Teilnehmer nicht auch andere Frequenzbereich abhören müssen, um auf den Kanal reagieren zu können. Durch die Bereitstellung eines solchen kognitiven Pilotkanals lassen sich die einzelnen Übertragungs- bzw. Funkparameter der Teilnehmer austauschen und ermitteln, so dass ein Sender eines Sendesignals hierauf Rücksicht nehmen kann.The transmission of the request signal and the transmission of the signal response can be regarded as a logical channel within the frequency range occupied for the useful data transmission, so that it is coded together with the user data and decoded. This has the advantage that the participants do not have to listen to other frequency ranges in order to be able to react to the channel. By providing such a cognitive pilot channel, the individual transmission or radio parameters of the subscribers can be exchanged and determined, so that a sender of a transmission signal can take this into consideration.

Hierbei ist auch eine räumliche Ortung der anderen Teilnehmer grundsätzlich möglich, wenn der Sender über mehrere Antennen bzw. Antennenelemente verfügt, die auf unterschiedlichen Sektoren ausgerichtet sind.Here, a spatial location of the other participants is basically possible if the transmitter has multiple antennas or antenna elements that are aligned on different sectors.

Vorteilhafterweise erfolgt das Adaptieren des Sendesignals durch den Sender in Abhängigkeit von den ermittelten Übertragungsparametern derart, dass bei Übertragung des Sendesignals von dem Sender zu dem Ziel-Empfänger bei den anderen Empfängern ein näherungsweise weißes Rauschen unterhalb der Empfängerempfindlichkeit hervorgerufen wird. Dabei wird in Abhängigkeit der Übertragungsparameter die „Form” des Sendesignals sowie die Sendeleistung durch den Sender des Sendesignals derart adaptiert, dass beim Übertragen des Sendesignals zu dem Ziel-Empfänger das Sendesignal auch über dem Übertragungskanal zu den anderen Empfängern übertragen wird, wobei aufgrund des anderen Übertragungskanals und deren Eigenschaften nunmehr das Sendesignal so verändert wird, dass bei den Nicht-Empfängern approximativ weißes Rauschen hervorgerufen wird, welches im Pegel unterhalb der Empfängerempfindlichkeit liegen kann, so dass das Störsignal sogar überhaupt nicht vom Empfänger wahrgenommen wird.Advantageously, the adaption of the transmission signal by the transmitter takes place as a function of the determined transmission parameters such that upon transmission of the transmission signal from the transmitter to the destination receiver in the other receivers, an approximately white noise below the receiver sensitivity is caused. In this case, depending on the transmission parameters, the "shape" of the transmission signal and the transmission power is adapted by the transmitter of the transmission signal such that when transmitting the transmission signal to the destination receiver, the transmission signal is transmitted via the transmission channel to the other receivers, due to the other Transmission channels and their properties now the transmission signal is changed so that in the non-receivers approximative white noise is caused, which may be in the level below the receiver sensitivity, so that the interference signal is not even perceived by the receiver.

Die Adaption des Sendesignals durch den Sender erfolgt vorzugsweise durch eine Vorverzerrung des Sendesignals und/oder durch Einstellen der Sendeleistung des Senders in Abhängigkeit von den Übertragungsparametern. Durch eine solche Vorverzerrung lässt sich beispielsweise die „Form” des Sendesignals derart anpassen, dass es bei der Übertragung zu einem Nicht-Ziel-Empfänger unter Zugrundelegung des entsprechenden Übertragungskanals nicht mehr zu einer Störung kommt. Eine solche Vorverzerrung wird vereinfacht auch als „Prewhitening” oder allgemeiner als „Interference Alignment” bezeichnet. Dabei wird das Sendesignal unter Zuhilfenahme der Kanalimpulsantwort so geformt, dass am Empfänger nur nach näherungsweise ein weißes Rauschen empfangen wird.The adaptation of the transmission signal by the transmitter is preferably carried out by a predistortion of the transmission signal and / or by adjusting the transmission power of the transmitter in dependence on the transmission parameters. By means of such a predistortion, for example, the "shape" of the transmission signal can be adjusted in such a way that there is no longer a disturbance in the transmission to a non-destination receiver on the basis of the corresponding transmission channel. Such predistortion is also referred to simply as "pre-whitening" or more generally as "interference alignment". In this case, the transmission signal is formed with the aid of the channel impulse response so that the receiver is received only after approximately a white noise.

Des Weiteren ist es besonders vorteilhaft, wenn das Adaptieren des Sendesignals durch eine Strahlformung (auch Beamforming genannt) erfolgt, wobei die Übertragung dann unter Verwendung mehrerer an dem Sender angeordneten Senderantennen bzw. Senderantennenelemente erfolgt. Dabei ist es denkbar, dass aufgrund der Kenntnis der Übertragungsparameter des Ziel-Empfängers sowie der anderen Nicht-Ziel-Empfänger eine Richtwirkung in Richtung des Ziel-Empfängers erzeugt wird, die auf den Ziel-Empfänger gerichtet ist. Somit lassen sich von vornherein räumlich getrennte Nicht-Ziel-Empfänger isolieren, wobei die Sendeleistungen auf Nebenkeulen durch entsprechende Vorverzerrung des Sendesignals so an die jeweiligen Empfänger angepasst werden kann, dass dort keine Störung durch Differenzen entsteht. In UWB-Übertragungssystemen lässt sich mit dem vorliegenden Verfahren somit die Sendeleistung partiell für bestimmte Teilnehmer erhöhen, ohne dass andere Teilnehmer hiervon betroffen sind. Dabei ist dieses Verfahren generell auch auf schmal- oder breitbandige Übertragungssysteme anwendbar, bei dem es zu einer Reichweitenvergrößerung und Sendegenauigkeit kommen kann, ohne dass Drittempfänger, auch in anderen Frequenzbereichen, gestört werden.Furthermore, it is particularly advantageous if the transmission signal is adapted by beamforming (also referred to as beamforming), the transmission then taking place using a plurality of transmitter antennas or transmitter antenna elements arranged on the transmitter. It is conceivable that due to the knowledge of the transmission parameters of the target receiver and the other non-target receiver, a directivity is generated in the direction of the target receiver, which is directed to the target receiver. Thus, spatially separated non-target receiver can be isolated from the outset, the transmission power can be adapted to side lobes by appropriate predistortion of the transmission signal to the respective receiver that there is no interference caused by differences. In UWB transmission systems, the present method can thus increase the transmission power partially for certain subscribers without affecting other subscribers. This is this Method generally applicable to narrow- or broadband transmission systems, in which it can lead to an increase in range and transmission accuracy without third-party receivers, even in other frequency ranges, are disturbed.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird im Übrigen auch gelöst durch ein Sende- und/oder Empfangsgerät mit einem oder mehreren Sende- und/oder Empfangsantennen, wobei das Sende- und/oder Empfangsgerät zur Durchführung des vorstehenden Verfahrens eingerichtet ist.Incidentally, the object of the present invention is also achieved by a transmitting and / or receiving device having one or more transmitting and / or receiving antennas, wherein the transmitting and / or receiving device is set up to carry out the above method.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert.The invention will be described by way of example with reference to the accompanying drawings.

Es zeigen:Show it:

1 – schematische Darstellung eines Funknetzwerkes mit mehreren Teilnehmern; 1 - Schematic representation of a radio network with several participants;

2 – schematische Darstellung eines Innenband-CPC. 2 - Schematic representation of an inner band CPC.

1 zeigt schematisch ein Funknetzwerk 1 bestehend aus einer Mehrzahl von entsprechenden Teilnehmern. In 1 ist der mittig angeordnete Teilnehmer 2 der Sender bezüglich der vorliegenden Erfindung, während der Teilnehmer 3 der sogenannte Ziel-Empfänger ist, an den ein Signal von Teilnehmer 2 an Teilnehmer 3 übertragen werden soll. Für dieses Ausführungsbeispiel der 1 ist für das Übertragungssystem 1 ein UWB-Übertragungssystem zugrunde gelegt. Die übrigen Teilnehmer 4 sind die anderen Empfänger im Sinne der vorliegenden Erfindung, an die kein Sendesignal von dem Sender 2 gesendet werden soll und zu dem keine Kommunikationsverbindung vom Sender 2 aufgebaut werden soll. 1 schematically shows a radio network 1 consisting of a plurality of corresponding participants. In 1 is the centrally located participant 2 the transmitter with respect to the present invention, while the subscriber 3 the so-called destination receiver is to whom a signal from subscriber 2 to participants 3 to be transferred. For this embodiment of the 1 is for the transmission system 1 based on a UWB transmission system. The remaining participants 4 are the other receivers for the purposes of the present invention to which no transmission signal from the transmitter 2 to be sent and to which no communication link from the sender 2 should be built.

Der Teilnehmer bzw. Sender 2 sendet ein Aufforderungssignal an die Teilnehmer bzw. Empfänger 3 und 4, damit diese dem Sender ihre Übertragungsparameter mitteilen. Diese Übertragungsparameter können beispielsweise die Bandbreite, der benutzte Frequenzbereich sowie die Sendeleistung und Empfängerempfindlichkeit sein. Die Empfänger, d. h. der Ziel-Empfänger 3 und die Nicht-Ziel-Empfänger 4 empfangen das Aufforderungssignal von dem Sender 2 und senden ein entsprechendes Antwortsignal an den Sender 2 zurück. Der Teilnehmer bzw. Sender 2 empfängt diese Antwortsignale der anderen Empfänger 3, 4 und ermittelt daraus dann die entsprechenden Übertragungsparameter.The participant or sender 2 sends a request signal to the subscriber or receiver 3 and 4 so that they tell the sender their transmission parameters. These transmission parameters may be, for example, the bandwidth, the frequency range used as well as the transmission power and receiver sensitivity. The recipients, ie the destination recipient 3 and the non-destination recipients 4 receive the request signal from the transmitter 2 and send a corresponding response signal to the transmitter 2 back. The participant or sender 2 receives these response signals from the other receivers 3 . 4 and then determines the corresponding transmission parameters.

Darüber hinaus ist der Sender 2 derart eingerichtet, dass er aus dem Antwortsignal den Übertragungskanal H₃, H_4a, H_4b, H_4c für jeden Empfänger 3, 4 schätzen kann. Denn je nach Umgebung kann ein zu dem Teilnehmer gesendetes Signal auf unterschiedliche Weise mit der Umgebung in Wechselwirkung (Reflexion, Beugung, Streuung der Funkwellen) treten, da beispielsweise Wände oder andere Gegenstände auf das Empfangssignal einen Einfluss haben. Parameter des Übertragungskanals können dabei beispielsweise die Kanaldämpfung bzw. Kanalverzögerung sein.In addition, the transmitter 2 arranged to derive from the response signal the transmission channel H ₃ , H _4a , H _4b , H _4c for each receiver 3 . 4 can appreciate. Because depending on the environment, a signal sent to the subscriber can interact with the environment in different ways (reflection, diffraction, scattering of the radio waves), because, for example, walls or other objects have an influence on the received signal. Parameters of the transmission channel can be, for example, the channel attenuation or channel delay.

Anhand dieser Übertragungsparameter, die bei dem Sender 2 nunmehr für jeden Teilnehmer 3, 4 und jeden Übertragungskanal H₃, H_4a, H_4b, H_4c bezüglich des jeweiligen Empfängers 3, 4 vorliegen, wird das Sendesignal, das zu dem Ziel-Empfänger 3 über den Übertragungskanal H₃ übertragen werden soll, derart adaptiert, dass beim Übertragen des Sendesignale an den Teilnehmer 3 die anderen im Empfangsbereich 5 des Senders 2 befindlichen Empfänger 4 nicht gestört werden. Das heißt, das Signal wird vorteilhafterweise derart in Abhängigkeit der Übertragungsparameter angepasst, dass bei den anderen Nicht-Ziel-Empfängern approximativ ein weißes Rauschen hervorgerufen wird, welches im Pegel vorzugsweise unterhalb der Empfängerempfindlichkeit liegt. In einem solchen Fall wird an das Sendesignal, das für die Empfänger 4 ein Störsignal darstellt, überhaupt nicht mehr von den Empfängern 4 wahrgenommen. Hierzu wird die Sendeleistung des Senders 2 sowie die Form des Sendesignals, das der Sender 2 an den Empfänger 3 aussendet, entsprechend in Abhängigkeit der Übertragungsparameter angepasst.Based on these transmission parameters, the transmitter 2 now for each participant 3 . 4 and each transmission channel H ₃ , H _4a , H _4b , H _4c relative to the respective receiver 3 . 4 are present, the transmission signal to the destination receiver 3 is to be transmitted via the transmission channel H ₃ , adapted in such a way that when transmitting the transmission signals to the subscriber 3 the others in the reception area 5 the transmitter 2 located receiver 4 not be disturbed. That is, the signal is advantageously adjusted in dependence on the transmission parameters such that the other non-target receivers cause approximately white noise, which is preferably lower in level than the receiver sensitivity. In such a case, the send signal that is sent to the receiver 4 a jamming signal, no longer at all from the receivers 4 perceived. For this purpose, the transmission power of the transmitter 2 as well as the shape of the transmission signal that the transmitter 2 to the recipient 3 transmitted, adjusted accordingly depending on the transmission parameters.

Das Sendesignal wird durch eine Vorverzerrung im Sender 2 generiert, beispielsweise mit dem sogenannten Time-Reversal-Verfahren. Ein so adaptiertes Sendesignal, welches dann von dem Sender 2 ausgesendet wird, wird aufgrund der unterschiedlichen Übertragungskanäle H_4a, H_4b, H_4c für die Empfänger verändert, wobei das Sendesignal derart angepasst ist, dass durch die Veränderung aufgrund des Übertragungskanals H_4a, H_4b, H_4c das Sendesignal bei den Empfängern 4 nicht mehr als (signifikantes) Störsignal wahrgenommen wird, während das Sendesignal über den Übertragungskanal H₃ zum Ziel-Empfänger 3 dort als entsprechendes und gewünschtes Signal empfangen wird.The transmission signal is caused by a predistortion in the transmitter 2 generated, for example, with the so-called time-reversal method. A so adapted transmission signal, which then from the transmitter 2 is transmitted is changed due to the different transmission channels H _4a , H _4b , H _4c for the receiver, wherein the transmission signal is adapted such that the change due to the transmission channel H _4a , H _4b , H _4c, the transmission signal at the receivers 4 no more than (significant) interference signal is perceived, while the transmission signal via the transmission channel H ₃ to the destination receiver 3 received there as a corresponding and desired signal.

Um die Entstörung weiter zu verbessern, ist es weiterhin vorteilhaft, wenn bei einem Mehrantennensystem des Senders 2 zwei oder mehr Antennen 6 angeordnet sind, beispielsweise in Form eines Arrays. Das Sendesignal kann dann derart angepasst werden, dass mittels Strahlformung eine Strahlenkeule 7 in Richtung des Ziel-Empfängers 3 erzeugt wird, so das Sendesignal dann mit einer entsprechend hohen Leistung übertragen werden kann. Hierdurch wird es ermöglicht, dass die Empfänger 4 aufgrund der Strahlformung 7 räumlich von dem Empfänger 3 isoliert werden, so dass eine Störung der anderen Empfänger 4 weiter reduziert bzw. vermieden werden kann. Durch eine zusätzliche Vorverzerrung lässt sich weiterhin das Sendesignal so adaptieren, dass auch in den Nebenkeulen der Strahlenkeule 7 die Interferenzen und Störungen bei den Empfängern 4 verringert bzw. ganz vermieden werden können.In order to further improve interference suppression, it is furthermore advantageous if in the case of a multi-antenna system of the transmitter 2 two or more antennas 6 are arranged, for example in the form of an array. The transmission signal can then be adapted in such a way that a beam lobe is formed by means of beam shaping 7 in the direction of the destination recipient 3 is generated so that the transmission signal can then be transmitted with a correspondingly high power. This will allow the receiver 4 due to the beam shaping 7 spatially from the receiver 3 be isolated so as to disrupt the other receiver 4 can be further reduced or avoided. By an additional predistortion, the transmission signal can be further adapted, that also in the side lobes of the beam lobe 7 the interference and interference with the receivers 4 can be reduced or completely avoided.

In UWB-Systemen besteht der Vorteil dieser Technik darin, dass mit deutlich höheren Sendeleistungen gesendet werden kann, wodurch sich deutlich die Reichweite erhöhen lässt. Klassische DAA (Detect and Avoid) Techniken orientieren sich dabei an der regulierten Leistungs-Obergrenze von –41,3 dBm/MHz, wodurch bereits im Vorfeld einer Störung potentielle „Opfer”-Empfänger vermieden sollen. In der vorliegenden Erfindung wird jedoch die Sendeleistung gerade so eingestellt und mit Hilfe der Kanalimpulsantwort das Sendesignal so vorverzerrt, dass eine Störung bei den „Opfer”-Empfängern 4 ausgeschlossen werden kann, während die eigentliche Nutzdatenübertragung zum Ziel-Empfänger 3 mit deutlich höherer Leistung durchgeführt werden kann, wodurch sich die Reichweite des UWB-Systems signifikant erhöht.In UWB systems, the advantage of this technique is that it can transmit with significantly higher transmission powers, which can significantly increase range. Classic DAA (Detect and Avoid) techniques are based on the regulated power upper limit of -41.3 dBm / MHz, which is intended to avoid potential "victim" receivers even before a fault occurs. However, in the present invention, the transmission power is just so set, and with the aid of the channel impulse response, the transmission signal is predistorted such that interference with the "victim" receivers 4 can be excluded while the actual payload transfer to the destination receiver 3 can be performed with significantly higher power, which significantly increases the range of the UWB system.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei einem Mehrantennensystem auf der Senderseite 2 eine Antenne als Empfangsantenne für den kognitiven Pilotkanal CPC fungieren kann, über den die Sender permanent das Spektrum nach CPC-Signalen scannt, während die anderen Antennen als Sendeantennen für die Nutzdaten Verwendung finden. Dabei ist zu beachten, dass nicht gleichzeitig im gleichen Frequenzband gesendet und empfangen werden kann, was sich jedoch grundsätzlich durch ein Zeit- oder Frequenzmultiplexen lösen lässt. Auf der Empfängerseite wird hingegen eine Antenne als Sendeantenne für den CPC verwendet und die anderen Empfangsantennen für den Empfang der Nutzdaten. Es sollte daher die Kanalimpulsantwort von jeder Sendeantenne zu jeder Empfangsantenne ermittelt werden, so dass der CPC z. B. nach einem zeitlich zyklischen Prinzip über die einzelnen Antennen gesendet und empfangen werden sollte. Der CPC verschlechtert die spektrale Effizienz des Gesamtsystems nur sehr unwesentlich, da er nicht notwendigerweise permanent gesendet wird, sondern vorteilhafterweise nur nach Aufforderung.Another advantage is that in a multi-antenna system on the transmitter side 2 an antenna may act as a receiving antenna for the cognitive pilot channel CPC over which the transmitters permanently scan the spectrum for CPC signals, while the other antennas are used as transmit antennas for the payload data. It should be noted that it is not possible to transmit and receive at the same time in the same frequency band, which, however, can basically be solved by time or frequency multiplexing. On the receiver side, on the other hand, one antenna is used as the transmitting antenna for the CPC and the other receiving antennas for the reception of the useful data. Therefore, the channel impulse response from each transmit antenna to each receive antenna should be determined so that the CPC z. B. should be sent and received according to a temporal cyclic principle on the individual antennas. The CPC degrades the spectral efficiency of the overall system only very slightly, since it is not necessarily transmitted permanently, but advantageously only when prompted.

Die vorliegende Erfindung und das dazugehörige Verfahren ist besonders vorteilhaft bei UWB-Übertragungssystemen. Das System ist jedoch auch bei schmalbandigen und bei modernen breitbandigen Einantennensystemen einsetzbar, um die Störung durch entsprechende Sender mit hohen Sendeleistungen zu minimieren.The present invention and associated method is particularly advantageous in UWB transmission systems. However, the system can also be used in narrow-band and in modern broadband single-antenna systems in order to minimize interference by corresponding transmitters with high transmission powers.

2 zeigt schematisch die Verwendung des kognitiven Pilotkanals CPC (englisch Cognitive Pilot Channel). 2 zeigt hier einen sogenannten inband-CPC, der im gleichen Frequenzband wie die entsprechenden Nutzdaten 21 übertragen wird. Der Vorteil des inband-CPC besteht dabei darin, dass er mit den Nutzdaten zusammen dekodiert werden kann. Über diesen CPC, der als logischer Kanal innerhalb des Frequenzbandes fungiert, können die einzelnen Teilnehmer dann ihre Übertragungsparameter mitteilen, damit entsprechende Sender sich auf die entsprechende Nicht-Ziel-Empfänger einstellen können, um so mögliche Differenzen zu minimieren. 2 schematically shows the use of the cognitive pilot channel CPC (English Cognitive Pilot Channel). 2 shows here a so-called inband CPC, in the same frequency band as the corresponding payload 21 is transmitted. The advantage of the inband CPC is that it can be decoded together with the user data. Via this CPC, which acts as a logical channel within the frequency band, the individual subscribers can then communicate their transmission parameters, so that corresponding transmitters can adjust to the corresponding non-target receivers so as to minimize possible differences.

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Eisenacher, Michael: "Optimization of Ultra Wideband Signals (UWB)" Institute of Telecommunications, University of Karlsruhe, 2006 (ISSN: 1433-3821, available at http://digbib.ubka.unikarlsruhe.de/volltexte/100004809 ) [0007]

Claims

Method for transmitting a transmission signal from at least one transmitter ( 2 ) to at least one destination recipient ( 3 ) in a transmission system ( 1 ), comprising the steps of: determining transmission parameters with regard to the at least one destination recipient ( 3 ) to which the transmission signal is addressed and one or more others in a reception area ( 5 ) ( 4 ), to which the transmission signal is not addressed, by the at least one transmitter ( 2 ), - adapting the transmission signal by the at least one transmitter ( 2 ) in dependence on the determined transmission parameters such that interference by the transmission of the transmission signal from the transmitter ( 2 ) to the destination recipient ( 3 ) with the other recipients ( 4 ), to which the adapted transmission signal is not addressed, are reduced or minimized, and - transmission of the adapted transmission signal by the at least one transmitter ( 2 ) via at least one transmitter ( 2 ) each connected transmitting antenna ( 6 ) to the at least one destination recipient ( 3 ).

Method according to Claim 1, characterized in that the transmission system ( 1 ) is a UWB radio transmission system.

Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the transmission parameters comprise a bandwidth used by the receivers ( 3 . 4 ), a used frequency range of the receivers ( 3 . 4 ), a transmission _{channel estimate} (H ₃ , H _4a , H _4b , H _4c ) with respect to the receivers ( 3 . 4 ), a spatial orientation of the recipients ( 3 . 4 ) and / or a receiver sensitivity of the receivers ( 3 . 4 ) are.

Method according to one of the preceding claims, characterized by determining the transmission parameters as a function of a signal response transmitted by one or more receivers ( 3 . 4 ) to the transmitter ( 2 ) is transmitted and received.

Method according to Claim 4, characterized by the transmitter sending a request signal (CPC) ( 2 ) within one for the user data of the transmitters ( 2 ) and receiver ( 3 . 4 ) frequency band, receiving the request signal by the receiver ( 3 . 4 ) and sending the signal response (CPC) by the receivers ( 3 . 4 ) due to the received request signal back to the transmitter ( 2 ).

Method according to claim 4 or 5, characterized by estimating the transmission channels (H ₃ , H _4a , H _4b , H _4c ) by the transmitter ( 2 ) with regard to the respective recipients ( 3 . 4 ) as a function of the transmitter ( 2 ) received signal response of the corresponding receiver ( 3 . 4 ).

Method according to one of the preceding claims, characterized by adapting the transmission signal as a function of the determined transmission parameters such that upon transmission of the transmission signal from the at least one transmitter ( 2 ) to the at least one destination recipient ( 3 ) from the other recipients ( 4 ) a white noise below the receiver sensitivity is received.

Method according to one of the preceding claims, characterized by adapting the transmission signal by predistortion of the signal and / or by adjusting the transmission power as a function of the transmission parameters, in particular the transmission channel estimate (H ₃ , H _4a , H _4b , H _4c ).

Method according to one of the preceding claims, characterized by adapting and transmitting the transmission signal by beamforming ( 7 ) as predistortion depending on the transmission parameters using several at the transmitter ( 2 ) arranged transmitting antennas ( 6 ).

Transmitter and / or receiver ( 2 . 3 . 4 ) with one or more transmitting and / or receiving antennas ( 6 ) for transmitting or receiving transmission signals, wherein the transmitting and / or receiving device ( 2 . 3 . 4 ) is arranged to carry out the method according to one of the preceding claims.