DE102019207725A1

DE102019207725A1 - Schmalband-störer-unterdrückung für ofdm systeme

Info

Publication number: DE102019207725A1
Application number: DE102019207725.0A
Authority: DE
Inventors: Jochen Martin-Creuzburg; Jörg Robert; Gerd Kilian; Robert Koch; Ewald Hedrich; Martin Kohlmann
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2019-05-27
Filing date: 2019-05-27
Publication date: 2020-12-03
Anticipated expiration: 2039-05-28
Also published as: DE102019207725B4

Abstract

Ausführungsbeispiele schaffen einen Datenempfänger mit einem OFDM Empfänger, und einer Filterbank, die dem OFDM Empfänger vorgeschaltet ist, wobei die Filterbank konfiguriert ist, um ein empfangenes OFDM moduliertes Signal oder ein davon abgeleitetes Signal in eine Mehrzahl von Unterbändern zu zerlegen, und um erkannten Störer mittels eines Filters herauszufiltern, wobei die Filterbank konfiguriert ist, um gefilterte Versionen der Mehrzahl von Unterbändern zu synthetisieren, um ein gefiltertes Signal zu erhalten, wobei eine Anzahl durch den Filter der Filterbank herausgefilterter Unterträger des empfangenen OFDM modulierten Signals oder des davon abgeleiteten Signals von einem Frequenzabstand zwischen Pilot-Unterträgern des empfangenen OFDM modulierten Signals abhängig ist.

Description

Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen Datenempfänger mit einem OFDM Empfänger und einer dem OFDM Empfänger vorgeschalteten Filterbank zur Störerunterdrückung. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Filterbank zur Störerunterdrückung für einen OFDM Empfänger. Manche Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Schmalband-Störer-Unterdrückung für OFDM Systeme.
Bei der Übertragung von Daten über einen nicht koordinierten Kommunikationskanal und/oder in einem nicht regulierten Frequenzband ist mit Störungen der Übertragung von Daten durch andere Teilnehmer zu rechnen. Die hieraus resultierenden Störungen sind häufig schmalbandig, so dass bei einer Übertragung von Daten unter Verwendung eines breitbandigeren Datensignals, wie dies bei OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing, dt. orthogonales Frequenzmultiplexverfahren) Systemen üblich ist, eigentlich nur ein kleiner Teil desselben gestört ist.
Durch diese Störungen durch andere Teilnehmer kommt es zu einer Verfälschung der übertragenen Daten (Symbole), oder noch drastischer, ist eine Detektion der ankommenden Datenpakete, insbesondere bei einer schmalbandigen Störung, durch die überlagerte Störleistung unter Umständen erst gar nicht möglich. Im Falle von gestörten Daten können diese mit Hilfe einer FEC (Forward Error Correction, dt. Vorwärtsfehlerkorrektur) wiederhergestellt werden, wobei die Leistungsfähigkeit der FEC stark davon abhängig ist, ob bekannt ist welche Daten gestört sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Konzept zu schaffen, welches es ermöglicht Auswirkungen einer schmalbandigen Störung auf eine nachfolgende Decodierung von Daten, die mittels eines OFDM modulierten Signals übertragen werden, zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Patentansprüchen.
Ausführungsbeispiele schaffen einen Datenempfänger mit einem OFDM Empfänger und einer Filterbank, die dem OFDM Empfänger vorgeschaltet ist, wobei die Filterbank konfiguriert ist, um ein empfangenes OFDM moduliertes Signal oder ein davon abgeleitetes Signal [z.B. eine digitale Version des empfangenen OFDM modulierten Signals] in eine Mehrzahl von Unterbändern zu zerlegen [z.B. so dass zumindest zwei der Unterbänder jeweils mehrere Unterträger [z.B. zumindest zwei Pilot-Unterträger] aufweisen], und um einen [z.B. in zumindest einen der Unterbänder] erkannten Störer mittels eines Filters [z.B. Prototypen-Filters] herauszufiltern [z.B. zu unterdrücken; z.B. durch Unterdrückung [z.B. zu Null setzen] eines oder mehrerer Unterbänder], wobei die Filterbank konfiguriert ist, um gefilterte Versionen der Mehrzahl von Unterbändern zu synthetisieren, um eine gefilterte Version des OFDM modulierten Signals oder des davon abgeleiteten Signals zu erhalten.
Bei Ausführungsbeispielen kann eine Anzahl durch den Filter [z.B. Prototypen-Filter] der Filterbank herausgefilterter [z.B. ausgeschalteter] Unterträger [z.B. Daten-Unterträger und Pilot-Unterträger] des empfangenen OFDM modulierten Signals oder des davon abgeleiteten Signals von einem Frequenzabstand zwischen Pilot-Unterträgern des empfangenen OFDM modulierten Signals abhängig sein.
Bei Ausführungsbeispielen können zumindest die Unterträger zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pilot-Unterträgern [z.B. zumindest ein Daten-Unterträger und ein Pilot-Unterträger] des empfangenen OFDM modulierten Signals oder des davon abgeleiteten Signals durch den Filter der Filterbank herausgefiltert [z.B. ausgeschaltet] werden.
Bei Ausführungsbeispielen kann ein Durchlassbereich [2·Ω_DB] des Prototypen-Filters der Filterbank größer oder gleich dem Frequenzabstand zwischen zwei im Pilotenraster aufeinanderfolgenden Pilot-Unterträgern des empfangenen OFDM modulierten Signals sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann eine Durchlass-Grenzfrequenz Ω_DB [z.B. der halbe Durchlassbereich] des Prototypen-Filters der Filterbank von dem Frequenzabstand zwischen Pilot-Unterträgern des empfangenen OFDM modulierten Signals abhängig sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann die Durchlass-Grenzfrequenz Ω_DB des Prototypen-Filters der Filterbank größer oder gleich dem halben Frequenzabstand zwischen zwei im Pilotenraster aufeinanderfolgenden Pilot-Unterträgern des empfangenen OFDM modulierten Signals sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann eine Stoppband-Grenzfrequenz Ω_SB des Prototypen-Filters der Filterbank von dem Frequenzabstand zwischen Pilot-Unterträgern des empfangenen OFDM modulierten Signals abhängig sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann eine Flankensteilheit, hier definiert als den Frequenzabstand zwischen der Durchlass-Grenzfrequenz Ω_DB und der Stoppband-Grenzfrequenz Ω_SB, des Prototypen-Filters der Filterbank größer oder gleich dem Frequenzabstand zwischen zwei im Pilotenraster aufeinanderfolgenden Pilot-Unterträgern des empfangenen OFDM modulierten Signals sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Frequenzabstand zwischen zwei im Pilotenraster aufeinanderfolgenden Pilot-Unterträgern des empfangenen OFDM modulierten Signals von einer Kohärenzbandbreite bzw. Ausbreitungsverzögerung eines Übertragungskanals [z.B. eines Kommunikationssystems des Datenempfängers] abhängig sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann die Filterbank [z.B. ein Analyse-Teil der Filterbank] konfiguriert sein, um das empfangene OFDM modulierte Signal oder das davon abgeleitete Signal in die Mehrzahl von Unterbändern aufzuteilen, so dass die Mehrzahl von Unterbändern jeweils mindestens zwei Pilot-Unterträger des empfangenen OFDM modulierten Signals oder des davon abgeleiteten Signals aufweisen.
Bei Ausführungsbeispielen kann die Filterbank [z.B. der Analyse-Teil der Filterbank] konfiguriert sein, um die jeweiligen Unterbänder entsprechend des Filters [z.B. Prototypen-Filters] der Filterbank separat zu filtern, um die jeweiligen Unterträger des empfangenen OFDM modulierten Signals oder des davon abgeleiteten Signals herauszufiltern [z.B. auszuschalten].
Bei Ausführungsbeispielen kann die Filterbank [z.B. der Analyse-Teil der Filterbank] konfiguriert sein, so dass die maximale Anzahl der Unterbänder M der Filterbank von dem Abstand der Piloten in Frequenzrichtung und der Signalbandbreite B des empfangenen OFDM modulierten Signals oder des davon abgeleiteten Signals abhängt, in dem der Quotient aus Übertragungsbandbreite B und der Durchlass-Grenzfrequenz Ω_DB des Filters der Filterbank größer oder gleich der Anzahl der Unterbänder ist.
Bei Ausführungsbeispielen kann die Filterbank eine Polyphasen-Filterbank sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann der OFDM Empfänger konfiguriert sein, um eine durch die Filterbank gefilterte Version des empfangenen OFDM Signals zu verarbeiten [z.B. zu demodulieren und zu decodieren].
Bei Ausführungsbeispielen kann die Filterbank optional über einen Steuerkanal [z.B. Feedbackkanal] mit dem OFDM Empfänger verbunden sein, um die Filterbank an den Frequenzabstand zwischen Unterträgern des empfangenen OFDM modulierten Signals adaptiv anzupassen.
Bei Ausführungsbeispielen kann die Durchlass-Grenzfrequenz Ω_DB des Filters der Filterbank kleiner dem halben Frequenzabstand zwischen Pilot-Unterträgern des empfangenen OFDM modulierten Signals sein, wenn der Verlust an SNR geringer ist als bei einer Durchlass-Grenzfrequenz Ω_DB, die größer oder gleich dem halben Frequenzabstand zwischen Pilot-Unterträgern des empfangenen OFDM modulierten Signals ist.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen eine Filterbank zur Störerunterdrückung für ein OFDM Empfänger, wobei die Filterbank konfiguriert ist, um einen in einem empfangenen OFDM modulierten Signal oder einem davon abgeleiteten Signal [z.B. eine digitale Version des empfangenen OFDM modulierten Signals] erkannten Störer mittels eines Filters [z.B. Prototypen-Filters] herauszufiltern [z.B. zu unterdrücken], wobei eine Anzahl durch den Filter der Filterbank herausgefilterter [z.B. ausgeschalteter] Unterträger [z.B. Daten-Unterträger und Pilot-Unterträger] des empfangenen OFDM modulierten Signals oder des davon abgeleiteten Signals von einem Frequenzabstand zwischen Pilot-Unterträgern des empfangenen OFDM modulierten Signals abhängig ist.
Bei Ausführungsbeispielen kann die Filterbank eine Schnittstelle zum Ausgebeben einer gefilterten Version des empfangenen OFDM modulierten Signal oder des davon abgeleiteten Signals für einen OFDM Empfänger aufweisen.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Herausfilterns eines erkannten Störers aus einem empfangenen OFDM modulierten Signal oder einem davon abgeleiteten Signal mittels eines Filters, um eine gefilterte Version des OFDM modulierten Signals zu erhalten, wobei eine Anzahl durch den Filter der Filterbank herausgefilterter [z.B. ausgeschalteter] Unterträger [z.B. Daten-Unterträger und Pilot-Unterträger] des empfangenen OFDM modulierten Signals oder des davon abgeleiteten Signals von einem Frequenzabstand zwischen Pilot-Unterträgern des empfangenen OFDM modulierten Signals abhängig ist. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Demodulierens der gefilterten Version des OFDM modulierten Signals.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Vorschaltmodul zur Störer-Unterdrückung beim Empfang von OFDM-Signalen bei bereits bestehenden OFDM Funkübertragungssystemen, gekennzeichnet durch zumindest eines aus:

• eine optionale adaptive Anpassung der Filterbank durch einen Feedback-Kanal zwischen Vorschaltmodul und OFDM Empfänger für einen mobilem Empfang;
• eine Anpassung der Durchlass-Grenzfrequenz Ω_DB und der Stoppband-Grenzfrequenz Ω_SB des Prototyp-Filters der Filterbank an B_C
Design und damit an die maximale zu erwartende Ausbreitungsverzögerung τ_max des Übertragungskanals, die durch den Pilotendichte und Subträgerabstand in Frequenzrichtung vorgegeben wird nach Formeln 1.6 und 1.7;
• eine Bestimmung der Anzahl der Filterkoeffizienten für die Anpassung an die maximale zu erwartende Ausbreitungsverzögerung τ_max und des Cyclic-Prefix nach Formel 1.8;
• eine Vorfilterung des OFDM Signals auf Basis eine Filterbank angepasst an die Anzahl der Unterträger des OFDM Systems nach Formel 1.9; und
• einem Vergleich von Verlust an SNR mit und ohne an die OFDM Eigenschaften angepasste Störer Unterdrückung und Auswahl der Methode mit geringerem Verlust.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:

1a in einem Diagramm ein Spektrum eines empfangen OFDM Signals ohne Störung,
1b in einem Diagramm ein Spektrum eines empfangenen OFDM Signals, das von einer schmalbandigen Störung mit deutlich höherer Amplitude als das OFDM Signal überlagert wird,
2 ein schematisches Blockschaltbild eines Datenempfängers mit einem OFDM Empfänger und einem dem OFDM Empfänger vorgeschalteten Vorschaltgerät zur Störerunterdrückung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
3a ein schematisches Blockschaltbild einer Empfängerstruktur mit diskreten Eingangs- und Ausgangssignalen, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
3b ein schematisches Blockschaltbild einer Empfängerstruktur mit analogen Eingangs- und Ausgangssignalen, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
4 ein schematisches Blockschaltbild einer beispielhaften Polyphasen-Implementierung einer DFT Filterbank,
5 eine schematische Ansicht von Pilot-Unterträgern und Daten-Unterträgern eines Ausschnitts eines empfangenen OFDM modulierten Signals im Frequenzbereich, das von einem schmalbandigen Störer überlagert wird,
6 eine schematische Ansicht von Pilot-Unterträgern und Daten-Unterträgern eines Ausschnitts einer mit einem herkömmlichen Filter gefilterten Version des empfangenen OFDM modulierten Signals im Frequenzbereich,
7 eine schematische Ansicht von Pilot-Unterträgern und Daten-Unterträgern eines Ausschnitts einer mit einem Prototyp-Filter gefilterten Version des empfangenen OFDM modulierten Signals, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
8 in einem Diagramm einen simulierten Übertragungskanal mit überlagerter Sinus-Interferenz über den OFDM Trägern mit und ohne Vorfilterung angepasst an die Kohärenzbandbreite mit einem Pilotenabstand von D_k = 4, und
9 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herausfiltern eines Störers aus einem empfangenen OFDM modulierten Signal oder einem davon abgeleiteten, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen, so dass deren Beschreibung untereinander austauschbar ist.
1a zeigt in einem Diagramm ein Spektrum eines empfangen OFDM Signals ohne Störung, während 1b in einem Diagramm ein Spektrum eines empfangenen OFDM Signals zeigt, das von einer schmalbandigen Störung mit deutlich höherer Amplitude als das OFDM Signal überlagert wird. Dabei beschreiben in den 1a und 1b die Ordinaten die Amplitude und die Abszissen die Frequenz.
Im interferenzfreien Empfang gilt es das Signal nicht nachteilig zu beeinflussen. Im interferenzbehafteten Fall gilt es die Störung so zu unterdrücken und/oder so zu verarbeiten, dass das Empfangssystem den Fehler kompensieren kann.
Bisher wurde eine Unterdrückung schmalbandiger Störungen mittels Filterbänke unabhängig von dem dahinter implementierten System für Einträgersysteme entwickelt [1]. Das führt bei gegebener Unterdrückung jedoch zu einer Reduzierung der Empfangsleistung und damit einer Verminderung des SNR (Signal-to-Noise Ratio, dt. Signal-Rausch-Verhältnis). Eine Decodierung ist jedoch weiterhin möglich solange das SNR ausreichend hoch genug für den verwendeten Decoder ist. Bei OFDM Signalen wird die Information jedoch auf orthogonale Unterträger aufgeteilt, d.h. das Abschalten von Unterträgern kann das System empfindlich stören und stellt damit ein suboptimales Verfahren für OFDM dar.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele einer Filterbank zur Unterdrückung von schmalbandigen Störungen (z.B. Interferenz) beschrieben, die die spezifischen Eigenschaften von OFDM modulierten Signal in Hinblick auf eine nachfolgende Decodierung berücksichtigt und damit die Unterdrückung von Störungen für OFDM Empfänger verbessert oder sogar optimiert.
2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Vorschaltgeräts 100 zur Störerunterdrückung für einen OFDM Empfänger 122, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Das Vorschaltgerät 100 umfasst eine Filterbank 101, die konfiguriert ist, um ein empfangenes OFDM moduliertes Signal 102 oder ein davon abgeleitetes Signal 104, wie z.B. eine digitale, gefilterte und/oder aufbereitete Version des empfangenen OFDM modulierten Signals 102, in eine Mehrzahl von Unterbändern zu zerlegen und um einen in zumindest einen der Unterbänder erkannten Störer mittels eines Filters (z.B. Prototypen-Filters) herauszufiltern, beispielsweise durch Unterdrückung eines oder mehrerer Unterbändern. Die Filterbank 101 kann ferner konfiguriert sein, um die Mehrzahl von Unterbändern zu synthetisieren, um eine gefilterte Version 112 des OFDM modulierten Signals 102 oder des davon abgeleiteten Signals 104 zu erhalten.
Bei Ausführungsbeispielen kann eine Anzahl der durch den Filter (z.B. Prototypen-Filter) der Filterbank 101 herausgefilterter (z.B. unterdrückter) Unterträger des empfangenen OFDM modulierten Signals 102 oder des davon abgeleiteten Signals 104 von einem Frequenzabstand zwischen Pilot-Unterträgern des empfangenen OFDM modulierten Signals abhängig sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann die Filterbank 101 konfiguriert sein, um das empfangene OFDM modulierte Signal 102 oder das davon abgeleitete Signal 104 (z.B. mittels einer Analyse Filterbank 114) in die Mehrzahl von Unterbändern zu zerlegen, so dass die Unterbänder (z.B. alle Unterbänder oder zumindest eine echte Teilmenge der Unterbänder) jeweils mehrere Unterträger (z.B. zumindest zwei Pilot-Unterträger) des empfangenen OFDM modulierten Signals 102 oder des davon abgeleiteten Signals 104 aufweisen.
Bei Ausführungsbeispielen kann die Filterbank 101 konfiguriert sein, um mittels des Filters (z.B. Prototypen-Filters) den erkannten Störer durch Unterdrückung einer Anzahl von Unterbändern herauszufiltern, z.B. indem die Signalenteile der jeweiligen Unterbänder zu Null gesetzt werden. Durch die Unterdrückung der jeweiligen Unterbänder werden auch die in den jeweiligen Unterbändern enthaltenen Unterträger des empfangenen OFDM modulierten Signals 102 oder des davon abgeleiteten Signals 104 unterdrückt bzw. ausgeschaltet. Die Anzahl der durch den Filter (z.B. Prototypen-Filter) der Filterbank 101 herausgefilterter Unterträger des empfangenen OFDM modulierten Signals 102 oder des davon abgeleiteten Signals 104 ist dabei von einem Frequenzabstand zwischen Pilot-Unterträgern des empfangenen OFDM modulierten Signals abhängig.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Filter (z.B. Prototypen Filter) der Filterbank 101 derart konfiguriert sein, dass beim Herausfiltern des Störers (z.B. durch Unterdrückung der Anzahl von Unterbändern) zumindest die Unterträger zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pilot-Unterträgern des empfangenen OFDM modulierten Signals 102 oder des davon abgeleiteten Signals 104 durch den Filter (z.B. Prototypen-Filter) der Filterbank 101 herausgefiltert (z.B. ausgeschaltet) werden.
Beispielsweise kann hierzu ein Durchlassbereich des Prototypen-Filters der Filterbank 101 größer oder gleich dem Frequenzabstand zwischen zwei im Pilotenraster aufeinanderfolgenden Pilot-Unterträgern des empfangenen OFDM modulierten Signals 102 oder des davon abgeleiteten Signals 104 sein. Dabei kann eine Durchlass-Grenzfrequenz (z.B. der halbe Durchlassbereich) des Prototypen-Filters der Filterbank 101 von dem Frequenzabstand zwischen Pilot-Unterträgern des empfangenen OFDM modulierten Signals 102 oder des davon abgeleiteten Signals 104 sein.
Dadurch, dass die Filterbank 101 an die spezifischen Eigenschaften der OFDM Modulation angepasst ist, kann eine Wahrscheinlichkeit einer fehlerfreien Decodierung durch den nachgeschalteten OFDM Empfänger 122 verbessert werden.
Bei Ausführungsbeispielen kann die Filterbank 101, z.B. in Form als Vorschaltmoduls bzw. Vorschaltgeräts 100, einem bestehenden OFDM Empfänger 122 vorgeschaltet werden. Manche Ausführungsbeispiele beziehen sich demnach auf ein Vorschaltgerät 100 für einen OFDM Empfänger.
Natürlich kann die Filterbank 101 auch direkt in einem Datenempfänger 120 implementiert werden, wie dies beispielhaft in 2 angedeutet ist. Manche Ausführungsbeispiele beziehen sich demnach auf einen Datenempfänger 120 mit einer Filterbank 101 und einem der Filterbank 101 nachgeschalteten OFDM Empfänger 122.
Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele der Filterbank 101 näher beschrieben. Die Filterbank 101 kann dabei sowohl in einem Vorschaltmodul 100 als auch direkt in einem Datenempfänger 120 Anwendung finden.
Vorschaltgerät zur Vorfilterung von bestehenden OFDM Systemen mit Feedback: Kanal
Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele können sowohl bei einer Neuentwicklung eines OFDM Decoders, innerhalb des Decoders, als auch in Form eines Vorschaltgeräts für bereits bestehende OFDM Systeme eingesetzt werden. Im Folgendem werden Ausführungsbeispiele anhand eines Vorschaltgeräts beschrieben.
Bei Ausführungsbeispielen wird das Signal (empfangene OFDM modulierte Signal 102 oder das davon abgeleitete Signal 104) vor der eigentlichen Detektion in Subbänder zerlegt, eventuelle Störung detektiert, die resultierende Auswirkung der Störung reduziert (oder sogar minimiert) und anschließend das Signal wieder zusammengesetzt und der Detektion übergeben. 3a und 3b zeigen dabei Ausführungsbeispiele der Verarbeitung des Emofangssignals in zwei möglichen Empfängerstrukturen.
Im Detail zeigt 3a ein schematisches Blockschaltbild einer Empfängerstruktur 120 mit diskreten Eingangs- und Ausgangssignalen, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Empfängerstruktur 120 umfasst einen Analog-Digital-Wandler 132, ein Vorschaltgerät 100 und den OFDM Empfänger 122.
Der Analog-Digital-Wandler 132 ist konfiguriert, um ein empfangenes OFDM moduliertes Signal 102 analog-zu-digital zu wandeln, um eine digitale Version 104 des OFDM modulierten Signals zu erhalten.
Das Vorschaltgerät 100 ist konfiguriert, um einen erkannten Störer aus der digitalen Version 104 des OFDM modulierten Signals herauszufiltern, um ein gefiltertes Signal 112 zu erhalten. Hierzu kann das Vorschaltgerät 100 eine Analyse-Filterbank 114, eine Interferenzunterdrückung 108 (z.B. Detektion und Unterdrückung von gestörten Unterbändern in der Ordnung des Prototypen-Filters) und eine Synthese-Filterbank 116 aufweisen.
Der OFDM Empfänger 122 umfasst eine OFDM-Detektions-Einheit 134, eine OFDM-Synchronisations-Einheit 136 und einen OFDM Decoder 138.
Der OFDM Empfänger 122 und das Vorschaltgerät 100 können hierbei über einen optionalen Feedbackkanal 140 miteinander verbunden sein.
3b zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Empfängerstruktur 120 mit analogen Eingangs- und Ausgangssignalen, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Empfängerstruktur 120 umfasst ein Vorschaltgerät 100 und den OFDM Empfänger 122.
Verglichen mit dem in 3a gezeigtem Ausführungsbeispiel umfasst der OFDM Empfänger 122 eingangsseitig einen Analog-Digital-Wandler 135, d.h. der OFDM Empfänger 122 ist dazu konfiguriert, um eine analoges Eingangssignal zu verarbeiten.
Daher kann das Vorschaltgerät 100 den Analog-Digital-Wandler 132 und zusätzlich einen Digital-Analog-Wandler 135 aufweisen, der der Synthese-Filterbank 116 nachgeschaltet ist.
Mit anderen Worten, 3a zeigt ein Blockschaltbild eines Vorschaltgeräts 100 in der Empfängerstruktur 120 mit diskreten Eingangs- und Ausgangssignalen, während 3b ein Blockschaltbild eines Vorschaltgeräts 100 in der Empfängerstruktur 120 mit analogen Eingangs- und Ausgangssignalen zeigt. Der Feedback-Kanal 140 ist optional und kann zur Anpassung der Parameter der OFDM Interferenz-Unterdrückung verwendet werden.
Die Empfängerstruktur umfasst ein Vorschaltgerät 100 und den eigentlichen OFDM Empfänger 122, der bei dem hier betrachteten Ansatz nicht modifiziert werden muss. Das Vorschaltgerät 100 enthält eine Filterbank zur Analyse und Synthese von Signalen, die beispielsweise effizient in einer Polyphasen-Filterbank realisiert werden kann [2]. Anschließend folgen die Signaldetektion, Synchronisation und Dekodierung im nachfolgenden OFDM Empfänger 122. Das Vorschaltgerät 100 wird vor den OFDM Empfänger 122 geschaltet und erhält entweder bereits diskrete Abtastwerte einer vorherigen Stufe, die nach der Verarbeitung an die nachfolgende Stufe weitergereicht werden, oder beinhaltet einen A/D- bzw. D/A-Wandler 132, 133, so dass wieder ein analoges Signal dem A/D-Wandler 135 des folgenden OFDM Empfängers 122 zugeführt werden kann.
Das Vorschaltgerät 100 führt hierbei keine Signaldetektion bzw. Synchronisation zur Detektion bzw. Synchronisation des gewünschten Signals durch. (In einem alternativen Ausführungsbeispiel könnte das Vorschaltgerät dies aber auch tun, um z.B. anhand der Signalcharakteristik die Identifikation von Störern zu optimieren.) Zusätzlich kann das Vorschaltgerät 100 über einen Feedback-Kanal 140 mit dem OFDM Empfänger 122 verbunden sein. Dadurch ist es möglich, das Vorschaltgerät 100 adaptiv an den bestehenden Übertragungskanal, der im OFDM Decoder 138 geschätzt wird, anzupassen. Beispielsweise könnte der OFDM Empfänger 122 auch verschiedene Modi an das Vorschaltgerät 100 übermitteln, z.B. ob der OFDM Empfänger 122 stationär oder mobil verwendet wird. Somit kann das Vorschaltgerät 100 seine Störungserkennung und Prototypen-Filter an die zu erwartenden Kanalverhältnisse anpassen.
In 4 ist beispielhaft eine Implementierung einer Polyphasen-M-Kanal Filterbank dargestellt. Die Polyphasen-M-Kanal Filterbank umfasst eine Analyse-Filterbank 114 (z.B. Analyseteil) und eine Synthese-Filterbank 116 (z.B. Syntheseteil). Im Analyseteil 114 wird das Empfangssignal 102 (oder das davon abgeleiteten Signal 104) mit mehreren in der Frequenz verschobenen Filtern dezimiert und gefiltert.
Die Anzahl der Unterkanäle ist mit M angeben. Anschließend folgt die optionale Verarbeitung pro Frequenzband. Im darauffolgenden Syntheseteil 116 werden die Teilsignale wieder um den Faktor M hochgetastet und mittels Synthesefilter wieder zu einem gemeinsamen Signal zusammengefügt.
Die modulierten Filter h_k(n) und f_k(n) der Analyse- und Synthese entsprechen dabei einem in der Frequenz verschobenen Prototypen-Filter [2]. Für eine Analyse-Synthese-Filterbank Realisierung wird demnach zunächst ein realer, nullphasiger Prototypen-Filter p(n) entwickelt, Ist ein Prototyp-Filter vorhanden, kann dieser mit $W_{M}^{k} = exp (- j 2 π k / M)$
komplex moduliert werden: $p_{k} (n) = p (n) W_{M}^{- k n}, k = 0, \dots, M - 1$
was in z-Ebene entspricht: $p_{k} (z) = P (z W_{M}^{k}), mit Z [p (n)] = P (z) .$
Wird z mit e^ijΩ substituiert, resultiert die Darstellung im Frequenzbereich von p_k(n) zu: $P_{k} (e^{j Ω}) = P (e^{j (Ω - Ω_{k})}), Ω_{k} = \frac{2 π k}{M} .$
Daraus ist direkt sichtbar, dass die Filter P_k(e^jΩ) frequenzverschobene Replikate des Prototypen-Filters P₀(e^jΩ) sind. Der Prototypen-Filter hat entscheidenden Einfluss auf die Eigenschaften von Ausführungsbeispielen. Aus diesem Grund kommt der Entwicklung, wie in den folgenden Abschnitten erläutert, besondere Bedeutung zu. Der Feedback-Kanal 140 kann dazu dienen, den Prototyp-Filter adaptiv an die gegebenen Kanalbedingungen anzupassen.
Bei Ausführungsbeispielen wird einem OFDM-Empfänger 122 ein Vorschaltmodul vorgesetzt. Das Vorschaltmodul und der folgende OFDM Empfänger 122 können zur adaptiven Anpassung über einen Feedback-Kanal verbunden werden, wodurch eine Anpassung an mobil und stationär Empfang möglich ist.
Interferenzunterdrückung mittels Auslöschung und Filterung der Unterträger des OFDM Systems angepasst an die Kohärenzbandbreite des Übertragungskanals
In bisherigen Verfahren für Einträgersysteme ist die Anzahl der Unterbänder prinzipiell abhängig vom Decoder des Systems. Das Prinzip beruht darauf das Empfangssignal in Unterbänder zu zerlegen, eventuelle Störung zu detektieren, das entsprechende Unterband auszuschalten und anschließend das Signal wieder zu einem gemeinsamen Signal zu abgeschaltet resultiert das in einer Dezimierung der Empfangsleistung und damit in einem Verlust an SNR für die folgende Decodierung. Die Anzahl der Unterträger und die maximale Anzahl der abzuschaltenden Unterträger kann nun so gewählt werden, dass der Verlust an SNR die Decodierung weiterhin ermöglicht. Grundsätzlich gilt jedoch, je granularer die Unterteilung in Unterbänder desto feiner kann mögliche Störung unterdrückt und damit ein Verlust an Empfangsleistung gemindert werden. Im Gegensatz dazu basieren OFDM Systemen (wie auch andere Mehrträgerverfahren) darauf, dass die zu sende Information auf mehrere Unterbänder aufgeteilt wird. Eine Unterdrückung von Störung mit dem oben erwähnten Verfahren ist zwar ebenfalls möglich, kann aber bei nicht beachten der OFDM Eigenschaften das System weiterhin beeinträchtigen. Ein Beispiel hierfür ist das Verhalten von OFDM im Frequenzbereich. Die OFDM-Symbole werden nämlich durch sin(x)/x-Funktionen abgebildet. Wird nun schmalbandig ein Störer herausgefiltert, werden dabei die sin(x)/x-Funktionen verzerrt. Dies führ zu Inter-Carrier-Interference (ICI), d.h. die einzelnen OFDM-Subträger stören sich gegenseitig. Wird zudem ein sehr schmales Filter zum Ausfiltern der Störung verwendet, besitzt dieses Filter aufgrund der Fourier-Theoreme eine sehr lange Impulsantwort, sodass es in diesem Fall sogar zu Intersymbolinterferenz kommen kann. Ähnliche Auswirkungen hat eine schmalbandige Störunterdrückung auch auf die Kanalschätzung mittels dem Empfänger bekannten Referenzsymbolen, den sogenannten Piloten.
Bei Ausführungsbeispielen wird daher das Konzept einer Filterbank zur Interferenz-Unterdrückung an die für OFDM spezifischen Eigenschaften angepasst. Dabei kann die Filterbank in Hinblick auf das OFDM-System parametrisiert werden, sodass die Wahrscheinlichkeit einer fehlerfreien Dekodierung im OFDM Empfänger 122 gesteigert (z.B. maximiert) wird. Dabei können einer oder mehrere der folgenden Parameter berücksichtigt werden:

• Bandbreite und Dauer der Störung,
• Dichte der Pilotsymbole,
• OFDM-Parameter wie Subträger-Abstand und Dauer des Cyclic Prefix der OFDM-Symbole, und
• Art des Empfangs, z.B. mobil oder stationär.

Wie bereits erwähnt, wird bei OFDM die Information auf mehrere orthogonale Unterträger moduliert. Dabei wird davon ausgegangen, dass der Übertragungskanal in jedem Unterband von jedem OFDM Symbol als quasi-stationär angenommen werden kann. Durch einfügen von Pilotsignalen (Referenzsignalen) an vorbestimmten Unterträgern des OFDM Signals kann eine Schätzung des stationären Kanals für ieden Piloten durchgeführt werden. Wird weiter eine geeignete Interpolation zwischen den Kanalwerten durchgeführt, kann eine Schätzung der zeit- und frequenzselektiven Übertragungsfunktion für jede OFDM-Zelle erhalten werden, die zur Entzerrung des Empfangssignals verwendet werden kann. Dabei ist zu beachten, dass für dieses Verfahren sich der Übertragungskanal zwischen zwei Piloten nicht wesentlich ändern darf, weil es ansonsten aufgrund der Verletzung des Abtasttheorems zu einer nicht eindeutigen Schätzung des Kanals kommt. D.h. das der maximale Abstand der Piloten von der minimalen zu erwartenden Kohärenzzeit bzw. Kohärenzbandbreite des Übertragungskanals abhängig ist. Grenzwerte für den Abstand der Piloten ergeben sich somit aus dem zu erwartenden Kanal und damit zur erwartender Kohärenzzeit und Bandbreite, für das das OFDM System entwickelt wurde. Genau dieses Prinzip kann nun für die Bestimmung der Fensterbreite der Filterbank verwendet werden.
5 zeigt eine schematische Ansicht von Pilot-Unterträgern 103 und Daten-Unterträgern 105 eines Ausschnitts eines empfangenen OFDM modulierten Signals 102 im Frequenzbereich, das von einem schmalbandigen Störer 160 überlagert ist. Dabei beschreibt die Ordinate die Amplitude und die Abszisse die Frequenz. Mit anderen Worten, 5 zeigt eine schematische Darstellung der OFDM Träger mit schmalbandiger Interferenz.
In 5 wurden der Übersicht halber die zur Darstellung von OFDM Signalen nötigen sin(x)/x Funktionen weggelassen und nur die Positionen der OFDM Träger 103, 105 markiert.
Überlagert sich dem OFDM-Signal 102 nun eine schmalbandiges Interferenzsignal 160 und wird dieses mittels einer Filterbank detektiert und ausgeschaltet, kommt es über den Unterträgern 103, 105 des OFDM-Signals 102 zu einer Kerbung im Spektrum, die abhängig vom Durchlassbereich und der Flankensteilheit des Prototyp-Filters der Filterbank ist, wie dies nachfolgend anhand von 6 erläutert wird.
6 zeigt eine schematische Ansicht von Pilot-Unterträgern 103 und Daten-Unterträgern 105 eines Ausschnitts einer mit einem herkömmlichen Filter gefilterten Version 112 des empfangenen OFDM modulierten Signals 102 im Frequenzbereich. Die Filterkurve des herkömmlichen Filters ist in 6 mit Bezugszeichen 107 gekennzeichnet. Dabei beschreibt die Ordinate die Amplitude und die Abszisse die Frequenz. Mit anderen Worten, 6 zeigt eine schematische Darstellung der Interferenzunterdrückung ohne Anpassung an den Pilotenabstand des OFDM-Systems.
Wie in 6 zu erkennen ist, kommt es bedingt durch die Filterung des OFDM modulierten Signals 102 über den Unterträgern 103, 105 des OFDM modulierten Signals 102 zu einer Kerbung 162 im Spektrum der gefilterten Version 112 des OFDM modulierten Signals 102.
Ist diese Kerbung 162 nun frequenzmäßig schmaler als der Abstand zwischen den Piloten 103 des OFDM Symbols (z.B. wie in 6 dargestellt), wird das System zusätzlich zur eigentlichen schmalbandigen Interferenz 160 gestört. Die Dichte der Piloten 103 ist dann nicht mehr ausreichend, um die zusätzlichen Verzerrungen durch das Filter zur Unterdrückung der Interferenz richtig abzutasten, sodass die Kanalschätzung das Abtasttheorem verletzt. Somit erfolgt eine fehlerhafte Entzerrung des Übertragungs-Kanals.
Bei Ausführungsbeispielen wird daher die die Durchlass- und die Stoppband-Grenzfrequenz des Prototyp-Filters der Filterbank an die zu erwartenden Eigenschaften des Übertragungskanals, auf die das OFDM System designt wurde und damit an die Pilotendichte und den Subträgerabstand des OFDM Signals, angepasst, wie dies in 7 schematisch dargestellt ist.
Im Detail zeigt 7 eine schematische Ansicht von Pilot-Unterträgern 103 und Daten-Unterträgern 105 eines Ausschnitts einer mit einem Prototyp-Filter gefilterten Version 112 des empfangenen OFDM modulierten Signals 102, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Filterkurve des Prototyp-Filters ist in 7 mit Bezugszeichen 109 gekennzeichnet. Dabei beschreibt die Ordinate die Amplitude und die Abszisse die Frequenz. Mit anderen Worten, 7 zeigt eine schematische Darstellung der Interferenzunterdrückung angepasst an den Pilotenabstand des OFDM-Systems.
Der maximale Abstand der Piloten 103 in Frequenzrichtung wird an die zu erwartende Ausbreitungsverzögerung τ_max des Übertragungskanals angepasst. Damit ergibt sich ein möglicher Abstandbereich der Piloten 103 in Frequenzrichtung aus dem Kehrwert der maximalen Ausbreitungsverzögerung τ_max zu: $B_{C_{D e s i g n}} = \frac{1}{τ_{max}}$
und bezogen auf die Pilotendichte und dem Subträgerabstand gilt: $B_{C_{D e s i g n}} \geq Δ f_{k} \cdot D_{k}$
Wobei Δf_k für den OFDM Unterträgerabstand und D_k für den Pilotenabstand in Frequenzrichtung steht. Indem die Grenzfrequenz für den Durchlassbereich Ω_DB des Prototypen-Filters größer oder gleich der Hälfte der Bandbreite B_C
Design: $Ω_{D B} \geq \frac{B_{C_{Design}}}{2} = \frac{Δ f_{k} \cdot D_{k}}{2}$
und die Flankensteilheit Ω_DB - Ω_SB gleich B_C
Design gesetzt wird: $Ω_{D B} - Ω_{S B} \geq B_{C_{Design}} Δ f_{k} \cdot D_{k}$
kann sichergestellt, dass bei gegebener Ausschaltung eines Unterkanals, der entstehende Fehler durch die Kanalschätzung kompensiert werden kann.
Der Durchlassbereich wiederum ist abhängig von der Übertragungsbandbreite, der Anzahl der Kanäle M der Filterbank und dem Designparameter r, welcher der Grenzfrequenz des Durchlassbereichs des initialen Prototyp-Filters in Abtastwerten entspricht. Somit ergibt sich die Länge des Filters N = M · r der Filterbank mit der Systemabtastfrequenz f_a zu: $M \cdot r \leq \frac{f_{α}}{Ω_{D B}} = \frac{2 f_{α}}{B_{C_{D e s i g n}}} \Rightarrow M \cdot r \leq \frac{2 f_{α}}{Δ f_{k} \cdot D_{k}'}$
um die vorherigen genannten Bedingungen einzuhalten.
8 zeigt in einem Diagramm einen simulierten Übertragungskanal mit überlagerter Sinus-Interferenz über den OFDM Trägern mit und ohne Vorfilterung angepasst an die Kohärenzbandbreite mit einem Pilotenabstand von D_k = 4.
Mit anderen Worten, 8 zeigt den Übertragungskanal über den OFDM Trägern mit überlagerter schmalbandiger Störung einmal mit und ohne angepasste Vorfilterung. Der notwendige Abstand der Piloten beträgt D_k = 4. Es ist sehr gut zu erkennen, dass die Störleistung unterdrückt wird und gleichzeitig die Kerbung 162 einen langsameren Verlauf als der notwendige Pilotenabstand aufweist, so dass der Einfluss der Auslöschung geschätzt werden kann.
Weiter bleibt zu erwähnen, dass eine adaptive Anpassung der Filterbank mittels des optionalen Feedback-Kanals 140 erfolgen kann. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Filterbank an verschiedene Übertragungsmodi, die bei einem zeitselektiven Übertragungskanal von einem adaptiven Empfangssystem ausgewählt werden, stets optimal angepasst wird.
Bei Ausführungsbeispielen kann eine Interferenz 160 unterdrückt werden indem das OFDM Signal 102 in Unterbänder zerlegt wird und jedes Unterband, indem detektierte Störung vorkommt, ausgeschaltet wird. Die Fensterbreite und Flankensteilheit des Prototypen-Filters und die Anzahl der Unterbänder der Filterbank ist abhängig von der maximalen zu erwartenden Ausbreitungsverzögerung des Übertragungskanals, auf die das OFDM System hin entwickelt wurde und wird auf diese eingestellt.
Vergleich von SNR Verlust durch Interferenzunterdrückung mit an OFDM angepassten und nicht angepassten Prototyp-Filter bei OFDM-Systemen mit geringer Pilotendichte
Wurde ein OFDM System für einen Übertragungskanal mit sehr geringen Multipfad entwickelt, ist die Pilotendichte gering und ein Auslöschen mit dem oben genannten Ansatz würde auch bei nur sehr schmalbandiger Interferenz zu einem hohen Verlust an Subträgern und damit an Empfangsleistung führen. Deswegen ist es nicht zwingend immer optimal das Filter so anzupassen, dass es innerhalb der Kohärenzbandbreite des Kanals liegt. Stattdessen kann das Filter in dem Fall so optimiert werden, dass sich ein Optimum aus verbleibender Interferenz und Fehler in der Kanalschätzung ergibt. Das Optimum kann erreicht werden, wenn sich die Störung verursacht durch Intersymbolinterferenz durch die im Vergleich zum Cyclic-Prefix lange Kanalimpulsantwort des schmalbandigen Filters, und die fehlerhafte Schätzung des Übertragungskanals geringer oder gleich dem Verlust an Empfangsleistung durch das Ausschalten von Kanälen auswirken.
Wenn also im Falle von Interferenz das Signal-zu-Rausch-Verhältnis SNR_FB
OFDM des Empfangssignals mit Interferenzunterdrückung, angepasst an die OFDM Eigenschaften des Sendesignals, geringer ist als das SNR_FB
NB des Empfangssignals mit Interferenzunterdrückung mit schmalbandigen Filtern: $S N R_{F B_{O F D M}} < S N R_{F B_{N B}}$
ist es vorteilhaft auf die OFDM Anpassung zu verzichten und die Filterbank schmalbandiger zu designen, so dass SNR_FB
NB möglichst optimiert wird. Dabei spielt auch insbesondere die dem Vorschaltmodul folgende OFDM Detektion eine Rolle, weil ein großzügiges auslöschen die Empfangsleistung eventuell unter die Detektionsschwelle drückt.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Prototyp-Filter der Filterbank der Interferenzunterdrückung schmalbandiger designt werden als der Pilotenabstand in Frequenzrichtung, wenn der Verlust an SNR geringer ist als mit angepasstem Prototyp-Filter.
Weitere Ausführungsbeispiele
9 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 200 zum Herausfiltern eines Störers aus einem empfangenen OFDM modulierten Signal oder einem davon abgeleiteten, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 200 umfasst einen Schritt 202 des Herausfilterns eines erkannten Störers aus dem empfangenen OFDM modulierten Signal oder dem davon abgeleiteten Signal mittels eines Filters, um eine gefilterte Version des OFDM modulierten Signals zu erhalten, wobei eine Anzahl durch den Filter der Filterbank herausgefilterter Unterträger des empfangenen OFDM modulierten Signals oder des davon abgeleiteten Signals von einem Frequenzabstand zwischen Pilot-Unterträgern des empfangenen OFDM modulierten Signals abhängig ist. Das Verfahren 200 umfasst ferner einen Schritt 204 des Demodulierens der gefilterten Version des OFDM modulierten Signals.
Ausführungsbeispiele finden Anwendung in einem System zur Übertragung von Daten von einem Datensender zu einem Datenempfänger. Die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele sind insbesondere vorteilhaft für OFDM Systeme, oder andere Systeme, die auf Mehrträgerverfahren basieren. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Kanal nicht koordiniert ist, wie z.B. bei ALOHA oder Slotted-ALOHA Zugriffsverfahren, und/oder die Übertragung in einem nicht regulierten Band, wie z.B. dem ISM-Band, stattfindet, da in diesen Fällen mit Störungen der Übertragung durch andere Frequenznutzer zu rechnen ist. Die hieraus resultierenden Störungen sind häufig schmalbandig, sodass eigentlich nur ein kleiner Teil eines breitbandigeren Datensignals gestört ist.
Während dieser Störung durch andere Teilnehmer kommt es zu einer Verfälschung der übertragenen Daten (Symbole) oder noch drastischer eine Detektion der ankommenden Pakete ist, insbesondere bei schmalbandiger Interferenz, durch die überlagerte Störleistung erst gar nicht möglich. Im Falle von gestörten Daten können diese mit Hilfe einer FEC (forward error correction) wiederhergestellt werden, wobei die Leistungsfähigkeit der FEC stark davon abhängig ist, ob bekannt ist welche Daten gestört sind. D. h. aber gleichzeitig, dass ein Empfangssystem auf Decoderseite für solche Störszenarien ausgelegt sein muss.
Ausführungsbeispiele befassen sich somit mit optimierter Schmalband-Störer-Unterdrückung mit Hinblick auf die Decodierung insbesondere von bereits bestehenden OFDM-Empfangssystemen. Es geht also um die optimierte Decodierung unter Einfluss von Schmalband-Interferenz bei bestehenden OFDM Empfangssystemen.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.
Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. Der Datenträger, das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise gegenständlich und/oder nichtvergänglich bzw. nichtvorübergehend.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Vorrichtungen können zumindest teilweise in Hardware und/oder in Software (Computerprogramm) implementiert sein.
Die hierin beschriebenen Verfahren können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.
Die hierin beschriebenen Verfahren, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Verfahren können zumindest teilweise durch Hardware und/oder durch Software ausgeführt werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
Literaturverzeichnis
[1] T. H. S. a. M. Renfors, „Filter bank based narrowband interference detection and suppression in spread spectrum systems," IEEE International Symposium on Circuits and Systems. Proceedings (Cat. No.02CH37353), Phoenix-Scottsdale, AZ, USA, 2002.
[2] T. K. a. N. J. Fliege, „Modified DFT filter banks with perfect reconstruction," IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Analog and Digital Signal Processing vol. 46, Nov. 1999.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

T. H. S. a. M. Renfors, „Filter bank based narrowband interference detection and suppression in spread spectrum systems,“ IEEE International Symposium on Circuits and Systems. Proceedings (Cat. No.02CH37353), Phoenix-Scottsdale, AZ, USA, 2002 [0105]
T. K. a. N. J. Fliege, „Modified DFT filter banks with perfect reconstruction,“ IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Analog and Digital Signal Processing vol. 46, Nov. 1999 [0106]

Claims

Datenempfänger (120), mit folgenden Merkmalen: einem OFDM Empfänger (122), und einer Filterbank (101), die dem OFDM Empfänger (122) vorgeschaltet ist, wobei die Filterbank (101) konfiguriert ist, um ein empfangenes OFDM moduliertes Signal (102) oder ein davon abgeleitetes Signal (104) in eine Mehrzahl von Unterbändern zu zerlegen, und um einen erkannten Störer (160) mittels eines Filters herauszufiltern, wobei die Filterbank (101) konfiguriert ist, um gefilterte Versionen der Mehrzahl von Unterbändern zu synthetisieren, um eine gefilterte Version (112) des OFDM modulierten Signals (102) oder des davon abgeleiteten Signals (104) zu erhalten, wobei eine Anzahl durch den Filter der Filterbank (101) herausgefilterter Unterträger (103,105) des empfangenen OFDM modulierten Signals (102) oder des davon abgeleiteten Signals (104) von einem Frequenzabstand zwischen Pilot-Unterträgern (103) des empfangenen OFDM modulierten Signals (102) abhängig ist.
Datenempfänger (120) nach dem vorangehenden Anspruch, wobei zumindest die Unterträger (105) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pilot-Unterträgern (103) des empfangenen OFDM modulierten Signals (102) oder des davon abgeleiteten Signals (104) durch den Filter der Filterbank (101) herausgefiltert werden.
Datenempfänger (120) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Durchlassbereich 2·Ω_DB des Prototypen-Filters der Filterbank (101) größer oder gleich dem Frequenzabstand zwischen zwei im Pilotenraster aufeinanderfolgenden Pilot-Unterträgern (103) des empfangenen OFDM modulierten Signals (102) ist.
Datenempfänger (120) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Durchlass-Grenzfrequenz Ω_DB des Prototypen-Filters der Filterbank (101) von dem Frequenzabstand zwischen Pilot-Unterträgern (103) des empfangenen OFDM modulierten Signals (102) abhängig ist.
Datenempfänger (120) nach dem vorangehenden Anspruch, wobei die Durchlass-Grenzfrequenz Ω_DB des Prototypen-Filters der Filterbank (101) größer oder gleich dem halben Frequenzabstand zwischen zwei im Pilotenraster aufeinanderfolgenden Pilot-Unterträgern (103) des empfangenen OFDM modulierten Signals (102) ist.
Datenempfänger (120) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Stoppband-Grenzfrequenz Ω_SB des Prototypen-Filters der Filterbank (101) von dem Frequenzabstand zwischen Pilot-Unterträgern (103) des empfangenen OFDM modulierten Signals (102) abhängig ist.
Datenempfänger (120) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Flankensteilheit, hier definiert als den Frequenzabstand zwischen der Durchlass-Grenzfrequenz Ω_DB und der Stoppband-Grenzfrequenz Ω_SB des Prototypen-Filters der Filterbank (101) größer oder gleich dem Frequenzabstand zwischen zwei im Pilotenraster aufeinanderfolgenden Pilot-Unterträgern (103) des empfangenen OFDM modulierten Signals (102) ist.
Datenempfänger (120) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Frequenzabstand zwischen zwei im Pilotenraster aufeinanderfolgenden Pilot-Unterträgern (103) des empfangenen OFDM modulierten Signals (102) von einer Kohärenzbandbreite bzw. Ausbreitungsverzögerung eines Übertragungskanals abhängig ist.
Datenempfänger (120) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Filterbank (101) konfiguriert ist, um das empfangene OFDM modulierte Signal (102) oder das davon abgeleitete Signal (104) in die Mehrzahl von Unterbändern aufzuteilen, so dass die Mehrzahl von Unterbändern jeweils mindestens zwei Pilot-Unterträger (103) des empfangenen OFDM modulierten Signals (102) oder des davon abgeleiteten Signals (104) aufweisen.
Datenempfänger (120) nach Anspruch 9, wobei die Filterbank (101) konfiguriert ist, um die jeweiligen Unterbänder entsprechend des Filters der Filterbank (101) separat zu filtern, um die jeweiligen Unterträger des empfangenen OFDM modulierten Signals (102) oder des davon abgeleiteten Signals (104) herauszufiltern.
Datenempfänger (120) nach einem der Ansprüche 9 bis 10, wobei die Filterbank (101) konfiguriert ist, so dass die maximale Anzahl der Unterbänder M der Filterbank (101) von dem Abstand der Piloten (103) in Frequenzrichtung und der Übertragungsbandbreite B des empfangenen OFDM modulierten Signals (102) oder des davon abgeleiteten Signals (104) abhängt, in dem der Quotient aus Signalbandbreite B und der Durchlass-Grenzfrequenz Ω_DB des Filters der Filterbank (101) größer oder gleich der Anzahl der Unterbänder ist.
Datenempfänger (120) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Filterbank (101) eine Polyphasen-Filterbank ist.
Datenempfänger (120) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der OFDM Empfänger (122) konfiguriert ist, um eine durch die Filterbank (101) gefilterte Version (112) des empfangenen OFDM Signals zu verarbeiten.
Datenempfänger (120) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Filterbank (101) optional über einen Steuerkanal mit dem OFDM Empfänger verbunden ist, um die Filterbank (101) an den Frequenzabstand zwischen Unterträgern (103,105) des empfangenen OFDM modulierten Signals (102) adaptiv anzupassen.
Datenempfänger (120) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Durchlass-Grenzfrequenz Ω_DB des Filters der Filterbank (101) kleiner dem halben Frequenzabstand zwischen Pilot-Unterträgern (103) des empfangenen OFDM modulierten Signals (102) ist, wenn der Verlust an SNR geringer ist als bei einer Durchlass-Grenzfrequenz Ω_DB, die größer oder gleich dem halben Frequenzabstand zwischen Pilot-Unterträgern (103) des empfangenen OFDM modulierten Signals (102) ist.
Vorschaltmodul (100) zur Störerunterdrückung für ein OFDM Empfänger, wobei das Vorschaltmodul (100) eine Filterbank (101) aufweist, die konfiguriert ist, um einen in einem empfangenen OFDM modulierten Signal (102) oder einem davon abgeleiteten Signal (104) erkannten Störer (160) mittels eines Filters herauszufiltern, wobei eine Anzahl durch den Filter der Filterbank (101) herausgefilterter Unterträger (103,105) des empfangenen OFDM modulierten Signals (102) oder des davon abgeleiteten Signals (104) von einem Frequenzabstand zwischen Pilot-Unterträgern (103) des empfangenen OFDM modulierten Signals (102) abhängig ist.
Vorschaltmodul nach dem vorangehenden Anspruch, wobei die Filterbank (101) eine Schnittstelle zum Ausgebeben einer gefilterten Version (112) des empfangenen OFDM modulierten Signals oder des davon abgeleiteten Signals für einen OFDM Empfänger (122) aufweist.
Verfahren (200), mit folgenden Schritten: Herausfiltern (202) eines erkannten Störers (160) aus einem empfangenen OFDM modulierten Signal (102) oder einem davon abgeleiteten Signal (104) mittels eines Filters, um eine gefilterte Version (112) des OFDM modulierten Signals zu erhalten, wobei eine Anzahl durch den Filter der Filterbank (101) herausgefilterter Unterträger (103,105) des empfangenen OFDM modulierten Signals (102) oder des davon abgeleiteten Signals (104) von einem Frequenzabstand zwischen Pilot-Unterträgern (103) des empfangenen OFDM modulierten Signals (102) abhängig ist, und Demodulieren (204) der gefilterten Version (112) des OFDM modulierten Signals.
Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens nach dem vorangehenden Anspruch, wenn das Computerprogramm auf einem Computer, Mikroprozessor oder SDR Empfänger abläuft.