DE10320916B4 - Method for crest factor reduction and multi-carrier data transmission system - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Crestfaktor-Reduzierung eines zu sendenden Datensymbols in einem Mehrträger-Datenübertragungssystem, bei dem eine standardisierte PSD-Maske (1) vorgesehen ist, welche für eine Datenübertragung ein durch einen Standard für die Datenübertragung vorgegebenes Frequenzspektrum vorgibt, bei dem das zu sendende Datensymbol (st(t)) eine Funktion einer Vielzahl von Datenträgern ist und jeder Datenträger jeweils mindestens eine Frequenz aus einem Sendedatenspektrum (3) belegt, wobei das Sendedatenspektrum (3) innerhalb des Frequenzspektrums der PSD-Maske (1) angeordnet wird, bei dem innerhalb der PSD-Maske, jedoch außerhalb des Sendedatenspektrums (3) zusätzliche Frequenzbereiche (5, 6) vorgesehen sind, die Frequenzen zwischen der PSD-Maske und dem Sendedatenspektrums (3) belegen und die aufgrund der durch den Standard vorgegebenen Charakteristik der PSD-Maske (1) nicht für die Datenübertragung vorgesehen sind, bei dem innerhalb der zusätzlichen Frequenzbereiche (5, 6) zumindest eine Frequenz verwendet wird, welche ausschließlich für die Crestfaktor-Reduzierung vorgesehen ist, die so modifiziert wird, dass sie den Crestfaktor des zu sendenden Datensymbols...Method for reducing the crest factor of a data symbol to be transmitted in a multicarrier data transmission system, in which a standardized PSD mask (1) is provided, which specifies a frequency spectrum for data transmission that is specified by a standard for data transmission, in which the data symbol to be transmitted ( st (t)) is a function of a multiplicity of data carriers and each data carrier occupies at least one frequency from a transmission data spectrum (3), the transmission data spectrum (3) being arranged within the frequency spectrum of the PSD mask (1), in which within the PSD mask, but outside of the transmission data spectrum (3) additional frequency ranges (5, 6) are provided which occupy frequencies between the PSD mask and the transmission data spectrum (3) and which are based on the characteristics of the PSD mask (1 ) are not intended for data transmission in which within the additional frequency ranges (5, 6) at least ei ne frequency is used, which is intended exclusively for the crest factor reduction, which is modified so that it corresponds to the crest factor of the data symbol to be transmitted ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Crestfaktor-Reduzierung und Multiträger-Datenübertragungssystem mit einer Schaltung zur Crestfaktor-Reduzierung.The invention relates to a method for crest factor reduction and multi-carrier data transmission system with a circuit for crest factor reduction.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Datenübertragungssysteme und speziell auf Telekommunikationssysteme zur hochbitratigen Datenübertragung. In der modernen Telekommunikation spielt diese hochbitratige Datenübertragung auf einer Teilnehmerleitung eine zunehmend größere Rolle, insbesondere deshalb, da man sich von ihnen eine stark vergrößerte Bandbreite der zu übertragenden Daten kombiniert mit einer bidirektionalen Datenkommunikation verspricht. Ganz allgemein sind auf dem Gebiet der digitalen Signalverarbeitung seit einiger Zeit Systeme im Einsatz, die eine solche hochbitratige digitale Datenübertragung ermöglichen.The present invention relates generally to data transmission systems, and more particularly to telecommunications systems for high bit rate data transmission. In modern telecommunications, this hochbitratige data transmission on a subscriber line plays an increasingly important role, especially because they promise them a greatly increased bandwidth of the data to be transmitted combined with a bidirectional data communication. More generally, in the field of digital signal processing systems have been in use for some time, enabling such high bit rate digital data transmission.
Eine Technik, die in jüngster Zeit immer mehr an Bedeutung gewinnt, ist die sogenannte Mehrträgerübertragung, die auch als ”Multi-Carrier”-Übertragung, als „Discrete Multitone (DMT)” Übertragung oder als „Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)” Übertragung bekannt ist. Eine solche Datenübertragung wird beispielsweise bei leitergebundenen Systemen, aber auch im Funkbereich, für Broadcast-Systeme und für den Zugang zu Datennetzen, wie das Internet, verwendet. Solche Systeme zur Übertragung von Daten mit Mehrträgerübertragung verwenden eine Vielzahl von Trägerfrequenzen, wobei für die Datenübertragung der zu übertragende Datenstrom in viele parallele Teilströme zerlegt wird, welche im Frequenzmultiplex unabhängig voneinander übertragen werden. Diese Teilströme werden auch als Einzelträger bezeichnet.One technique that has recently gained in importance is the so-called multicarrier transmission, also known as "multi-carrier" transmission, "Discrete Multitone (DMT)" transmission or "Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)" transmission is known. Such data transmission is used, for example, in line-connected systems, but also in the radio sector, for broadcast systems and for access to data networks, such as the Internet. Such systems for transmitting data with multicarrier transmission use a plurality of carrier frequencies, wherein for data transmission, the data stream to be transmitted is split into many parallel sub-streams, which are transmitted in frequency division independently. These partial streams are also referred to as individual carriers.
Ein Vertreter der Mehrträgerübertragung ist die ADSL-Technik, wobei ADSL für „Asymmetric Digital Subscriber Line” steht. Bei dieser Technik wird die Telekommunikationsleitung in zumindest einen Kanal für herkömmliche Telefondienste (also Sprachübertragung) und mindestens einen weiteren Kanal für die Datenübertragung unterteilt, womit eine Technik bezeichnet ist, die die Übertragung eines hochbitratigen Bitstromes von einer Zentrale zum Teilnehmer und einer niederbitratigen, vom Teilnehmer zu einer Zentrale führenden Bitstromes erlaubt. Wegen dieser bezüglich ihrer Bitrate unsymmetrischen Übertragungstechnik ist ein ADSL-System für Dienste, wie z. B. Video an Demand, aber auch Internetanwendungen besonders gut geeignet.A representative of the multi-carrier transmission is the ADSL technology, where ADSL stands for "Asymmetric Digital Subscriber Line". In this technique, the telecommunication line is subdivided into at least one channel for conventional telephone services (ie voice transmission) and at least one other channel for data transmission, which is a technique involving the transmission of a high bit rate bitstream from a central office to the subscriber and a low bit rate subscriber allowed to a central leading bitstream. Because of this with respect to their bitrate unbalanced transmission technology is an ADSL system for services such. As video on demand, but also Internet applications particularly well suited.
Wenngleich bereits sehr viele Probleme bei solchen Mehrträgerübertragungssystemen wie ADSL bereits gelöst wurden, bleiben immer noch einige Probleme ungelöst.Although many problems have already been solved in such multi-carrier transmission systems as ADSL, some problems still remain unresolved.
Ein mit dieser Mehrträger-Datenübertragung einher gehendes Problem ergibt sich dadurch, dass infolge der Überlagerung sehr vieler Einzelträger sich diese kurzzeitig zu sehr hohen Spitzenwerten aufaddieren können. Auch wenn diese Spitzenwerte in der sich daraus ergebenden Amplitude sehr selten und typischerweise nur für sehr kurze Zeitdauern vorhanden sind, stellen sie einen großen Nachteil der Mehrträger-Datenübertragung dar. Das Verhältnis von Spitzenwert zu Effektivwert wird als Crestfaktor, sein Quadrat als PAR (Peak to Average Ratio) bezeichnet. Speziell bei Mehrträgersystemen wie ADSL kann der Crestfaktor sehr groß – z. B. größer als 6 – werden.A problem associated with this multi-carrier data transmission results from the fact that, as a result of the superimposition of very many individual carriers, these can briefly add up to very high peak values. Although these peak values are very rarely present in the resulting amplitude, and typically only for very short periods of time, they represent a major drawback to multicarrier data transmission. The peak to rms ratio is called the crest factor, its square as PAR (peak to Average ratio). Especially in multi-carrier systems such as ADSL, the crest factor can be very large - z. B. greater than 6 - be.
Ein solch großer Crestfaktor verursacht verschiedene Probleme im Gesamtsystem der Datenübertragung:
Die maximal mögliche Aussteuerung der Digital/Analog-Wandler und der analogen Schaltungsteile, z. B. Filter und Leitungstreiber, müssen in ihrem Aussteuerbereich und ihrer Dynamik bzw. Auflosung für die maximal vorkommenden Spitzenwerte ausgelegt sein. Das bedeutet diese Schaltungsteile mussen wesentlich größer dimensioniert sein, als die effektive Aussteuerung. Dies geht mit einer entsprechend hohen Betriebsspannung einher, was unmittelbar auch zu einer hohen Verlustleistung fuhrt. Speziell bei Leitungstreibern, die im Allgemeinen eine nicht zu vernachlassigende Nichtlinearität aufweisen, fuhrt dies zu einer Verzerrung des zu sendenden Signals. Die hierdurch im zu sendenden Signal erzeugten und daher auch im Echosignal auftretenden Anteile konnen prinzipiell nicht durch eine lineare Echokompensation kompensiert werden. Dadurch kann die resultierende Echokompensation wesentlich schlechter werden.Such a large crest factor causes various problems in the overall system of data transmission:
The maximum possible modulation of the digital / analog converter and the analog circuit parts, z. As filters and line drivers must be designed in their modulation range and their dynamics or resolution for the maximum occurring peak values. This means that these circuit parts must be dimensioned much larger than the effective modulation. This is accompanied by a correspondingly high operating voltage, which leads directly to a high power loss. Especially with line drivers, which generally have a non-negligible nonlinearity, this leads to a distortion of the signal to be transmitted. The portions thus generated in the signal to be transmitted and therefore also occurring in the echo signal can not be compensated in principle by a linear echo compensation. As a result, the resulting echo cancellation can be significantly worse.
Ein weiteres Problem der Datenubertragung bei hohen Crestfaktoren besteht darin, dass ein sehr hoher Spitzenwert im Sendesignal die maximal moglichen Aussteuerungen uberschreiten konnen. In diesem Falle setzt eine Begrenzung des Sendesignals ein; man spricht hier von einem Clipping. In diesen Fallen reprasentiert das Sendesignal aber nicht mehr die ursprungliche Sendesignalfolge, so dass es zu Ubertragungsfehlern kommt. Darüber hinaus ergibt sich aus diesen Spitzenwerten typischerweise eine fehlerhafte Echokompensation, da sich das Echo aus dem begrenzten Signal ergibt, jedoch das Echokompensationssignal aus dem unbegrenzten Signal abgeleitet wird. Es kommt so zu Empfangsfehlern, die es aber zu vermeiden gilt.Another problem of data transmission at high crest factors is that a very high peak in the transmit signal may exceed the maximum possible gains. In this case, a limitation of the transmission signal sets; This is called a clipping. In these cases, however, the transmission signal no longer represents the original transmission signal sequence, so that transmission errors occur. In addition, these peaks typically result in erroneous echo cancellation since the echo results from the limited signal but the echo cancellation signal is derived from the infinite signal. It comes to reception errors, but it should be avoided.
Aus diesem Grunde besteht bei Mehrtragerübertragungssystemen der große Bedarf, solche Spitzenwerte weitestgehend zu unterdrucken oder zu vermeiden. Dieses Problem ist in der Literatur unter dem Begriff Crestfaktor-Reduzierung oder auch PAR-Reduzierung bekannt. Es existieren hier mehrere Losungsansatze zur Reduzierung des Crestfaktors.For this reason, in multi-carrier transmission systems there is a great need to suppress or avoid such peak values as far as possible. This problem is known in the literature under the term crest factor reduction or PAR reduction. It exists here several solutions to reduce the crest factor.
Bei einem bekannten Verfahren werden einige Träger aus dem Mehrtragerubertragungssystem reserviert, die dann nicht mehr fur die Datenubertragung zur Verfugung stehen. Das bedeutet, dass diese Tragerpositionen zunächst zu Null gesetzt werden. Aus diesen reservierten Trägern wird eine Funktion im Zeitbereich mit moglichst hohem, zeitlich schmalen Spitzenwert erzeugt, die das Kompensationssignal bzw. das sogenannte Kernel bildet. Iterativ wird dann dieser Kernel, der lediglich die reservierten Trager belegt, mit einem Amplitudenfaktor gewichtet, der proportional der Differenz von maximalem Spitzenwert und gewunschtem Maximalwert ist, im Zeitbereich subtrahiert. Dabei wird der Kernel an die Stelle des entsprechenden Spitzenwertes, der fur den überhohten Crestfaktor verantwortlich ist, zyklisch verschoben. Der Verschiebungssatz der DFT-Transformation stellt sicher, dass auch nach der Verschiebung nur die reservierten Träger belegt werden.In a known method, some carriers are reserved from the multi-carrier transmission system, which are then no longer available for data transmission. This means that these carrier positions are initially set to zero. From these reserved carriers, a function is generated in the time domain with the highest possible, temporally narrow peak value, which forms the compensation signal or the so-called kernel. Iteratively, this kernel, which occupies only the reserved carriers, is then weighted with an amplitude factor that is proportional to the difference between the maximum peak and the desired maximum, subtracted in the time domain. In doing so, the kernel is cyclically shifted to the location of the corresponding peak value responsible for the excessive crest factor. The shift rate of the DFT transformation ensures that even after the shift, only the reserved carriers are occupied.
Zur Erläuterung des obigen Verfahrens zeigt
Im oben beschriebenen Verfahren zur Crestfaktor-Reduzierung werden für die Crestfaktor-Reduzierung Trägerfrequenzen benutzt, die innerhalb des Frequenzbereichs der Tragerfrequenzen der allgemeinen Datenubertragung liegen. Dadurch sinkt aber die maximal übertragbare Datenrate. Das durch die Crestfaktor-Reduzierung erzeugte zusätzliche Sendespektrum liegt außerhalb, im Fall der
Da – wie aus
Die Funktion einer Einrichtung zur Crestfaktor-Reduzierung ist typischerweise in dem Sender implementiert. Ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens besteht nun darin, dass nachfolgende Schaltungsteile und Filter fur die Bestimmung des Kernels nicht mehr berücksichtigt werden. Da nun aber das hinsichtlich seines Spitzenwertes zu andernde Signal nach der Uberlagerung mit dem Kernel insbesondere durch Leitungstreiber und Filter signifikant beeinflusst wird, eignet sich dieses Verfahren allein schon deshalb nicht in der Praxis.The function of a crest factor reduction device is typically implemented in the transmitter. A significant disadvantage of this method is that subsequent circuit parts and filters are no longer taken into account for determining the kernel. Since, however, the signal to be changed in terms of its peak value is significantly influenced after the superposition with the kernel, in particular by line drivers and filters, this method alone is therefore not suitable in practice.
In dem US Patent
In der US Patentanmeldung US 2002/0191705 A1 ist ein weiteres Verfahren und eine weitere Vorrichtung zur Crestfaktor-Reduzierung beschrieben. Die dort beschriebene Schaltung weist einen Kompensationspfad auf, mittels dem ein unerwünschter Spitzenwert vorhergesagt wird und entsprechend ein Kompensationssignal erzeugt wird, sofern der Spitzenwert eine Schwelle überschreitet. Das Kompensationssignal dient dann der Crestfaktor-Reduzierung.In the US patent application US 2002/0191705 A1 a further method and a further device for crest factor reduction is described. The circuit described therein has a compensation path, by means of which an undesired peak value is predicted and, correspondingly, a compensation signal is generated if the peak value exceeds a threshold. The compensation signal then serves the crest factor reduction.
Ein weiteres Verfahren und eine weitere Vorrichtung zur Crestfaktor-Reduzierung ist auch in der US Patentanmeldung US 2003/0043895 A1 beschrieben.Another method and device for reducing crest factor is also described in US patent application US 2003/0043895 A1.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Crestfaktor-Reduzierung anzugeben, welche eine bessere, insbesondere eine praktikablere Datenübertragung ermöglichen. Ferner soll dabei möglichst auch eine Echokompensation mit berücksichtigt werden. The present invention is therefore based on the object of specifying a method and a device for reducing the crest factor, which allow a better, in particular a more practicable data transmission. Furthermore, as far as possible an echo compensation should also be taken into account.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Crestfaktor-Reduzierung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Multiträger-Datenübertragungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Demgemäß ist vorgesehen:
- – Ein Verfahren zur Crestfaktor-Reduzierung eines zu sendenden Datensymbols in einem Mehrträger-Datenübertragungssystem, bei dem eine standardisierte PSD-Maske vorgesehen ist, welche ein durch einen Standard für die Datenübertragung vorgegebenes Frequenzspektrums für die Datenübertragung vorgibt, bei dem das zu sendende Datensymbol eine Funktion einer Vielzahl von Datenträgern ist und jeder Datenträger jeweils mindestens eine Frequenz aus einem Sendedatenspektrum belegt, wobei das Sendedatenspektrum innerhalb des Frequenzspektrums der PSD-Maske angeordnet wird, bei dem innerhalb des PSD-Maske, jedoch außerhalb des Sendedatenspektrums zusätzliche Frequenzbereiche vorgesehen sind, die aufgrund der durch den Standard vorgegebenen Charakteristik der PSD-Maske nicht für die Datenübertragung vorgesehen sind, bei dem innerhalb der zusätzlichen Frequenzbereiche zumindest eine Frequenz verwendet wird, welche ausschließlich zur Crestfaktor-Reduzierung verwendet wird, die so modifiziert wird, dass sie den Crestfaktor des zu sendenden Datensymbols reduziert. (Patentanspruch 1)
- – Ein Multiträger-Datenübertragungssystem, mit einem zwischen einem Sender und zumindest einer Übertragungsleitung angeordneten Sendepfad, in dem mindestens ein erstes Filter zum Hochtasten des zu sendenden digitalen Datensymbols, ein Digital-Analog-Wandler zum Wandeln des hochgetasteten, zu sendenden digitalen Datensymbols in ein analoges Datensymbol und ein Leitungstreiber zum Treiben des analogen Datensymbols über die Übertragungsleitung angeordnet sind, mit einer Schaltung zur Crestfaktor-Reduzierung, welche im Sendepfad nach dem ersten Filter und vor dem Digital-Analog-Wandler angeordnet ist und welche ein Kompensationssignal zur Reduzierung des Crestfaktors des zu sendenden Datensymbols insbesondere mittels eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche erzeugt. (Patentanspruch 8)
- A method for reducing the crest factor of a data symbol to be transmitted in a multi-carrier data transmission system in which a standardized PSD mask is provided, which specifies a frequency spectrum for data transmission prescribed by a standard for data transmission, in which the data symbol to be transmitted has a function a plurality of data carriers and each data carrier occupies at least one frequency from a transmission data spectrum, wherein the transmission data spectrum is arranged within the frequency spectrum of the PSD mask, in which additional frequency ranges are provided within the PSD mask, but outside the transmission data spectrum, due to provided by the standard characteristic of the PSD mask is not intended for data transmission, in which within the additional frequency ranges at least one frequency is used, which is used exclusively for crest factor reduction, which modif so is that it reduces the crest factor of the data symbol to be sent. (Claim 1)
- A multicarrier data transmission system having a transmission path arranged between a transmitter and at least one transmission line, in which at least a first filter for up-sampling the digital data symbol to be transmitted, a digital-to-analog converter for converting the up-sampled digital data symbol to be transmitted into an analogue Data symbol and a line driver for driving the analog data symbol via the transmission line are arranged, with a circuit for crest factor reduction, which is arranged in the transmission path to the first filter and before the digital-to-analog converter and which a compensation signal for reducing the crest factor of sending data symbol in particular by means of a method according to any one of the preceding claims. (Claim 8)
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass für die Crestfaktor-Reduzierung Träger außerhalb der für die Datenübertragung verwendeten Träger des Sendespektrums verwendet werden, so dass sendeseitig die maximal mögliche Datenübertragungsrate durch die Bereitstellung der zur Crestfaktor-Reduzierung verwendeten Trägerfrequenzen nicht verringert wird. Ferner liegen diese für die Crestfaktor-Reduzierung verwendeten Trägerfrequenzen im Bereich des Nutzspektrums für die Empfangsrichtung, so dass hier eine Echokompensation ausgeführt werden muss.The idea on which the present invention is based is that carriers for the crest factor reduction are used outside the transmission spectrum carrier used for the data transmission, so that on the transmission side the maximum possible data transmission rate is not reduced by the provision of the carrier frequencies used for crest factor reduction. Furthermore, these carrier frequencies used for the crest factor reduction are in the range of the useful spectrum for the receiving direction, so that an echo compensation must be carried out here.
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass für die Sendedaten die üblicherweise verwendeten Trägerfrequenzen des Sendespektrums TX verwendet werden können. Zur Crestfaktor-Reduzierung werden erfindungsgemäß diejenigen Frequenzen verwendet, die zwischen der entsprechenden PSD-Maske des Sendespektrums und den Grenzfrequenzen für die Sendedaten innerhalb des Sendespektrums vorgesehen sind. Diese Trägerfrequenzen zwischen PSD-Maske und Spektrum der Sendedaten definieren ein zusätzliches Spektrum für die Crestfaktor-Reduzierung. Aus diesem zusätzlichen Spektrum wird ein Kompensationssignal abgeleitet, welches der Crestfaktor-Reduzierung dient. Dieses zusätzlich erzeugte Spektrum für die Crestfaktor-Reduzierung liegt vollständig innerhalb der durch den Standard vorgegebenen PSD-Maske, so dass es die durch den Standard vorgegebene spektrale PSD-Maske nicht überschreitet.The particular advantage of the method according to the invention is that the transmission frequencies of the transmission spectrum TX usually used can be used for the transmission data. For crest factor reduction, those frequencies are used according to the invention, which are provided between the corresponding PSD mask of the transmission spectrum and the cutoff frequencies for the transmission data within the transmission spectrum. These carrier frequencies between the PSD mask and the spectrum of the transmission data define an additional spectrum for the crest factor reduction. From this additional spectrum, a compensation signal is derived, which serves to reduce the crest factor. This additionally generated spectrum for the crest factor reduction lies completely within the standard PSD mask so that it does not exceed the spectral PSD mask specified by the standard.
Zu diesem Zwecke ist eine Schaltung zur Crestfaktor-Reduzierung im Sendepfad zwischen dem digitalen Teil der Teilnehmerseite und dem analogen Teil der Teilnehmerseite angeordnet. Diese Schaltung zur Crestfaktor-Reduzierung erzeugt aus dem Sendesignal ein Kompensationssignal. Dieses Kompensationssignal wird typischerweise aus dem Sendesignal über eine Übertragungsfunktion eines Filters, insbesondere eines Band-Pass-Filters, gebildet und mit einem geeigneten Skalierungsfaktor gewichtet und zur Crestfaktor-Reduzierung von dem eigentlichen Sendesignal abgezogen. Durch geeignete Wahl des Skalierungsfaktors und der Übertragungsfunktion für das Band-Pass-Filter in der Schaltung zur Crestfaktor-Reduzierung wird sicher gestellt, dass eben die entsprechend gewünschten Spektren erzeugt werden, ohne dass die durch den Standard vorgegebene spektrale PSD-Maske und das Sendedatenspektrum verletzt wird.For this purpose, a circuit for crest factor reduction in the transmission path between the digital part of the user side and the analog part of the subscriber side is arranged. This crest factor reduction circuit generates a compensation signal from the transmission signal. This compensation signal is typically formed from the transmission signal via a transfer function of a filter, in particular a band-pass filter, and weighted with a suitable scaling factor and deducted from the actual transmission signal for crest factor reduction. By appropriately selecting the scaling factor and the transfer function for the band pass filter in the crest factor reduction circuit, it is ensured that the corresponding desired spectra are generated without violating the spectral PSD mask specified by the standard and the transmission data spectrum becomes.
Das Band-Pass-Filter ist hier so ausgelegt, dass es ein zusätzliches Ausgangsspektrum liefert, welches unterhalb, oberhalb oder sowohl unterhalb als auch oberhalb des Sendedatenspektrums liegt. Mittels des Bandpassfilters wird das gewünschte Spektrum für das Kompensationssignal innerhalb der Bereiche des PSD-Spektrums gelegt, die eben nicht für die Sendedaten reserviert sind. Statt eines einzelnen Bandpasses können hier auch zwei oder mehrere Bandpässe vorgesehen sein, die eben auf die gewünschten Spektren optimiert sind.The band-pass filter is here designed to provide an additional output spectrum which is below, above or both below and above the transmit data spectrum. By means of the bandpass filter, the desired spectrum for the compensation signal is placed within the ranges of the PSD spectrum which are not reserved for the transmission data. Instead of a single bandpass you can also use two or three several bandpasses can be provided, which are optimized for the desired spectra.
Mittels des Skalierungsfaktors wird die Amplitude des zusätzlichen Spektrums auf die gewünschte Höhe eingestellt. Typischerweise ist der Skalierungsfaktor kleiner als 1, damit die Amplitude des Spektrums des Kompensationssignals nicht das PSD-Spektrum verletzt.By means of the scaling factor, the amplitude of the additional spectrum is set to the desired height. Typically, the scaling factor is less than 1, so that the amplitude of the spectrum of the compensation signal does not violate the PSD spectrum.
Insbesondere bei dem ADSL-Standard wird eine PSD-Maske verwendet, die hin zu sehr niedrigen Frequenzen steil abfällt und bei hohen Frequenzen flacher abfällt. Aufgrund dieser Struktur der PSD-Maske im Falle einer ADSL-Datenübertragung werden für die Crestfaktor-Reduzierung zumindest solche Spektren verwendet, die oberhalb des Sendedatenspektrums liegen. In diesem Falle wird die Abtastrate der Schaltungsanordnung zur Crestfaktorreduzierung und aller nachfolgenden, im Sendepfad angeordneten digitalen Komponenten entsprechend hoch gewählt, um ein Kompensationssignal zu bilden, welches einen Crestfaktor im Sendesignal verringert. Aus diesem Grunde ist die Schaltungsanordnung zur Crestfaktor-Reduzierung erfindungsgemäß an einer Stelle im Sendepfad angeordnet, die nach der Hochtastung des Sendedatensignals angeordnet ist. Unter Hochtastung ist auch zu verstehen, dass das Sendesignal bereits mit einer höheren Abtastfrequenz als die Nyquistfrequenz erzeugt wird.Particularly in the ADSL standard, a PSD mask is used which drops steeply towards very low frequencies and shallower at high frequencies. Because of this structure of the PSD mask in the case of ADSL data transmission, at least those spectra which are above the transmission data spectrum are used for the crest factor reduction. In this case, the sampling rate of the circuit arrangement for Crestfaktorreduzierung and all subsequent, arranged in the transmission path digital components is selected to be correspondingly high to form a compensation signal, which reduces a crest factor in the transmission signal. For this reason, the circuit arrangement for crest factor reduction according to the invention is arranged at a position in the transmission path, which is arranged after the up-sampling of the transmission data signal. By up-sampling is also to be understood that the transmission signal is already generated at a higher sampling frequency than the Nyquist frequency.
Vor allem durch höherfrequente Signale im Sendepfad besteht die Gefahr, dass das Nyquist-Kriterium verletzt wird. Um dies zu verhindern ist die Schaltung zur Crestfaktor-Reduzierung vorteilhafterweise unmittelbar hinter dem ersten Hochtasten des Sendesignals angeordnet, vorteilhafterweise vor einem auf der Vermittlungsseite angeordneten Digital/Analog-Wandler. Da in diesem Falle im Sendepfad nur noch ein hinter dem Digital/Analog-Wandler liegendes analoges Filter angeordnet ist, kann das durch die Schaltungsanordnung zur Crestfaktor-Reduzierung erreichte Ausmaß der Crestfaktor-Reduktion nicht nennenswert durch weitere Filterkomponenten im Sendepfad verändert werden.Above all, higher-frequency signals in the transmission path are in danger of violating the Nyquist criterion. In order to prevent this, the crest factor reduction circuit is advantageously arranged immediately after the first up-sweep of the transmission signal, advantageously before a digital / analog converter arranged on the switching side. Since only one behind the digital / analog converter lying analog filter is arranged in the transmission path in this case, the extent achieved by the circuit arrangement for crest factor reduction of crest factor reduction can not be significantly changed by other filter components in the transmission path.
Allgemein betrachtet kann die Schaltungsanordnung zur Crestfaktor-Reduzierung an jeder beliebigen Stelle im Sendepfad angeordnet sein, bei der die Abtastfrequenz ausreichend hoch ist. In einer weiteren Ausgestaltung kann die Schaltungsanordnung zur Crestfaktor-Reduzierung auch nach einer ersten Hochtastung des Sendesignals, jedoch vor einer zweiten, weiteren Hochtastung des Sendesignals angeordnet werden.Generally speaking, the crest factor reduction circuitry can be located anywhere in the transmit path where the sampling frequency is sufficiently high. In a further embodiment, the circuit arrangement for crest factor reduction can also be arranged after a first up-sampling of the transmission signal, but before a second, further up-sampling of the transmission signal.
Durch die Uberlagerung des Sendedatensignals mit dem Kompensationssignal zur Crestfaktorreduzierung wird ein Signal addiert, welches zu einem zusatzlichen Echoanteil fuhrt. Dieser zusatzliche Echoanteil wird durch bekannte Maßnahmen zur Echokompensation allerdings nicht mit berücksichtigt. In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die zur Crestfaktor-Reduktion verwendete additive Symbolfolge fur das Kompensationssignal für die Echokompensation mit herangezogen. Auf diese Weise wird auch trotz Crestfaktor-Reduktion eine optimale Echokompensation gewahrleistet. Zu diesem Zwecke ist eine Schaltungsanordnung vorgesehen, die diese zusatzliche Echokompensation vornimmt, indem sie die additive Symbolfolge fur das Kompensationssignal mit berücksichtigt.By superimposing the transmission data signal with the compensation signal for crest factor reduction, a signal is added which leads to an additional echo component. However, this additional echo component is not taken into account by known measures for echo cancellation. In a very advantageous embodiment of the present invention, the additive symbol sequence used for the crest factor reduction is used for the compensation signal for the echo compensation. In this way, despite crest factor reduction optimal echo cancellation is ensured. For this purpose, a circuit arrangement is provided which performs this additional echo cancellation by taking into account the additive symbol sequence for the compensation signal.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmbar.Advantageous embodiments and further developments are the dependent claims and the description with reference to the drawings.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung angegebenen Ausfuhrungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt dabei:The invention will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments given in the figures of the drawing. It shows:
In allen Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente, Signale und Funktionen – sofern nichts anderes angegeben ist – gleich bezeichnet worden. In all figures of the drawing, the same or functionally identical elements, signals and functions - unless otherwise indicated - have been designated the same.
In
Dieses Sendedatenspektrum verwendet Trägerfrequenzen im Bereich zwischen den Grenzfrequenzen fc1 bis fc2. Innerhalb des PSD-Spektrums
Es zeigt sich, dass zwischen der PSD-Maske
Eine wesentliche Randbedingung bei der Auswahl dieser Frequenzspektren
Die
Anhand des Blockschaltbildes in
In
Dem Sender
Im Empfangspfad
Das Sendefilter
Das Ubertragungssystem
Nachfolgend wird die Funktionsweise des in
Der Sender
Die Elemente im Sendepfad
Die erfindungsgemäße CF-Schaltung
In der Schaltungsanordnung in
Mit Hec1(z) und Hec2(z) sind die jeweiligen Übertragungsfunktionen der Filter
Da in dem Übertragungssystem
Die Einstellung des Stellgliedes
Falls die Abtastraten der Sendesymbolfolge stx(t) verschieden von der der Empfangssymbolfolge stx(t) ist, muss in den Echopfaden
Das Ubertragungssystem
Im Unterschied zu dem Ausfuhrungsbeispiel in
Für die Echokompensation in dem Übertragungssystem
H2(z) bezeichnet hier die Übertragungsfunktionen des Filters
Im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen der
Der Echopfad
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel in
Das FIR-Filter
The
Abkürzend sei
Die Übertragungsfunktion Hec2(z) des FIR-Filters
Im Kompensationspfad
Die CF-Schaltung
Dieses Kompensationssignal c*sbp(t) kann, wie vorstehend anhand der
Wenngleich in
Für die Crestfaktor-Reduzierung konnen zusatzlich oder alternativ auch vereinzelte Trägerfrequenzen uber den ganzen Bereich von fc3 bis fc6 verwendet werden.For the crest factor reduction, additionally or alternatively, isolated carrier frequencies can be used over the entire range from fc3 to fc6.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Datenubertragungssysteme beschränkt, sondern lasst sich zum Zwecke der Crestfaktor-Reduzierung auf samtliche auf Multiträger-Datenübertragung basierende Systeme und Verfahren erweitern. Insbesondere sei die Erfindung nicht auf eine ADSL-Datenubertragung beschrankt, sondern lässt sich auf sämtliche xDSL-Datenubertragungen erweitern.The invention is not limited to the above data transmission systems, but for the purpose of crest factor reduction it can be extended to all systems and methods based on multi-carrier data transmission. In particular, the invention is not limited to an ADSL data transmission, but can be extended to all xDSL data transmissions.
In den vorstehenden Beispielen wurde jeweils von Band-Pass-Filtern ausgegangen. Statt dessen konnen auch beliebige Filter verwendet werden, die zusammen eine bandpassfilternde Funktionalität auf das entsprechende zu filternde Signal haben.In the above examples, band-pass filters were used in each case. Instead, any filters may be used which together have a band pass filtering functionality on the corresponding signal to be filtered.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- PSD-Maske (TX)PSD mask (TX)
- 22
- PSD-Maske (RX)PSD mask (RX)
- 33
- (TX-)Sendedatenspektrum(TX) data transmission spectrum
- 44
- (RX-)Sendedatenspektrum(RX) data transmission spectrum
- 55
- Spektrum zur Crestfaktor-ReduktionSpectrum for crest factor reduction
- 66
- Spektrum zur Crestfaktor-ReduktionSpectrum for crest factor reduction
- 77
- Spektrum zur Crestfaktor-ReduktionSpectrum for crest factor reduction
- 1010
- Übertragungssystemtransmission system
- 1111
- digitaler Teildigital part
- 1212
- analoger Teilanalog part
- 1313
- Sendepfadtransmission path
- 1414
- Empfangspfadreceive path
- 1515
- Sendertransmitter
- 1616
- Gabelschaltung, HybridHybrid, hybrid
- 1717
- Empfängerreceiver
- 1818
- (Telefon-)Leitung(Telephone) line
- 1919
- Filter, SendefilterFilter, transmission filter
- 2020
- Schaltung zur Crestfaktor-ReduzierungCircuit for crest factor reduction
- 2121
- Addiereinrichtungadder
- 2222
- Digital/Analog-WandlerDigital / analog converter
- 2323
- analoges Filter, Tiefpassfilteranalog filter, low pass filter
- 2424
- Leitungstreiberline driver
- 2525
- analoges Filter, Anti-Alias-Filteranalog filter, anti-alias filter
- 2626
- Analog/Digital-WandlerAnalog / digital converter
- 2727
- Addiereinrichtungadder
- 2828
- Filter, EmpfangsfilterFilter, receive filter
- 2929
- Addiereinrichtungadder
- 3030
- Schaltungsanordnung zur EchokompensationCircuit arrangement for echo compensation
- 3131
- Verzögerungseinrichtungdelay means
- 3232
- (FIR-)Filter(FIR) filter
- 3333
- (erster) Echopfad(first) echo path
- 3434
- (zweiter) Echopfad(second) echo path
- 3535
- (FIR-)Filter(FIR) filter
- 3636
- Stellgliedactuator
- 3737
- (Empfangs-)Filter(Receive) filter
- 3838
- Addiereinrichtungadder
- 4040
- Verzogerungseinrichtungdelay device
- 4141
- Korrektureinrichtungcorrector
- 4242
- Recheneinheitcomputer unit
- 5050
- Eingangentrance
- 5252
- Ausgangoutput
- 5353
- Signalpfadsignal path
- 5454
- Kompensationspfadcompensation path
- 5555
- Verzögerungseinrichtungdelay means
- 5656
- Abschneidevorrichtung, ClippingCutter, clipping
- 5757
- Band-Pass-FilterBand-pass filter
- 5858
- Korrektureinrichtungcorrector
- 5858
- Addiereinrichtungadder
- 5959
- (Kompensations-)Ausgang(Compensation) Output
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Also Published As
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---|---|
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Owner name: LANTIQ DEUTSCHLAND GMBH, 85579 NEUBIBERG, DE |
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