DE19528068A1 - Data transmission method using multi-frequency QAM - dividing data bits into bit groups, obtaining amplitude values from sampled bits, and using amplitudes to modulate orthogonal carrier oscillations - Google Patents
Data transmission method using multi-frequency QAM - dividing data bits into bit groups, obtaining amplitude values from sampled bits, and using amplitudes to modulate orthogonal carrier oscillationsInfo
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Abstract
Description
Bisher bekannte Modulationsverfahren arbeiten entweder mit Trägerschwingungen nur einer Frequenz (z. B. QAM) oder mit eine Mehrzahl von Frequenzen aufweisenden Trägerschwingun gen (Mehrfrequenzverfahren) Bei letzterem wird im allge meinen eine Vielzahl von Trägerfrequenzen (z. B. 256 oder 512) gewählt, um sowohl im Sender als auch im Empfänger den sogenannten FFT-Algorithmus für die Realisierung der dis kreten Fourier-Transformation anwenden zu können. Hiermit ergeben sich Vorteile im Bezug auf die Anzahl von Multipli kationen im Vergleich zu monofrequenten Modulationsverfah ren. Die Trägerschwingungen müssen hierbei gleichmäßig ver teilt festgelegt sein und deren Anzahl einer Zweier-Potenz entsprechen. In einem festen zeitlichen Abstand (entsprechend der Schrittgeschwindigkeit) werden die Trä gerschwingungen in der Phase und/oder Amplitude mit den parallelgewandelten Daten moduliert. Die Schrittgeschwin digkeit muß hierbei exakt mit dem Frequenzabstand der ein zelnen Trägerschwingungen übereinstimmen. Mit steigender Trägeranzahl sinkt daher bei gegebener Bandbreite die Schrittgeschwindigkeit. Eine bessere Ausnutzung der vorhan denen Bandbreite ist damit also nicht verbunden.Previously known modulation methods either work with Carrier vibrations of only one frequency (e.g. QAM) or with a plurality of carrier vibrations having frequencies gen (multifrequency method) In the latter is generally mean a variety of carrier frequencies (e.g. 256 or 512) is selected in order to achieve the so-called FFT algorithm for the realization of the dis to be able to apply the Fourier transform. Herewith there are advantages in terms of the number of multiples cations compared to monofrequency modulation ren. The carrier vibrations must ver evenly divides and its number is a power of two correspond. At a fixed time interval (according to the walking speed) the tears vibrations in phase and / or amplitude with the data converted in parallel. The pace This must exactly match the frequency spacing of the individual carrier vibrations match. With increasing The number of carriers therefore decreases for a given bandwidth Walking speed. Better use of the existing which bandwidth is not associated with it.
Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Weg zu zeigen, wie ein Datenübertragungsverfahren mit einer Mehr zahl von Trägerfrequenzen ausgebildet werden kann, um eine vorhandene Bandbreite besser ausnutzen zu können.It is an object of the present invention to find a way show how a data transmission method with a more number of carrier frequencies can be formed to a to make better use of the available bandwidth.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 an gegebenen Verfahrensmerkmale. Die Erfindung bringt dabei den Vorteil mit sich, daß der Frequenzabstand der Träger schwingungen geringer als die Schrittgeschwindigkeit der Datensignale ist und somit die Bandbreite bei gegebener An zahl von unterschiedlichen Trägerfrequenzen besser ausge nutzt werden kann. Da hier der FFT-Algorithmus nicht anzu wenden ist, braucht die Anzahl der Trägerfrequenzen auch keiner Zweier-Potenz zu entsprechen. Damit kann die Anzahl der Trägerfrequenzen so gewählt werden, daß durch die Fest legung dieser Anzahl das Rauschverhalten optimiert ist.This problem is solved by the in claim 1 given procedural features. The invention brings the advantage that the frequency spacing of the carriers vibrations less than the walking speed of the Is data signals and thus the bandwidth for a given type number of different carrier frequencies better out can be used. Since the FFT algorithm cannot be used here the number of carrier frequencies is also necessary not to correspond to a power of two. So that the number the carrier frequencies are chosen so that by the fixed this number, the noise behavior is optimized.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens gemäß der vor liegenden Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 7.Advantageous embodiments of the method according to the lying invention result from the patent claims 2 to 7.
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand einer theoretischen Ableitung sowie von in Zeichnungen darge stellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.In the following, the present invention is based on a theoretical derivation and Darge in drawings presented embodiments described in more detail.
Dabei zeigen:Show:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Mehrfrequenz-QAM-Senders, Fig. 1 is a block diagram of a multi-frequency QAM transmitter,
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel für einen Mehrfre quenz-QAM-Empfänger, Fig. 2 shows a first embodiment of a frequency-Mehrfre QAM receiver,
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel für einen Mehrfre quenz-QAM-Empfänger und Fig. 4 ein drittes Ausführungsbei spiel für einen Mehrfrequenz-QAM-Empfänger. Fig. 3 shows a second embodiment for a multi-frequency QAM receiver and Fig. 4 shows a third exemplary embodiment for a multi-frequency QAM receiver.
Im folgenden wird nun zunächst das Übertragungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung theoretisch abgeleitet.The following is the transmission method theoretically derived according to the present invention.
Ein Sendesignal setzt sich wie folgt aus einzelnen Träger schwingungen zusammen:A transmission signal is composed of individual carriers as follows vibrations together:
Betrachtet man einen Abtastwert innerhalb des Zeitinter valls kT und kT + T,Consider a sample within the time interval valls kT and kT + T,
dann erhält man:then you get:
wobei für ωi = 2πf₂ gesetzt wurde. Die Werte fi repräsentie ren die einzelnen Trägerfrequenzen. Die Amplitudenwerte ai und bi erhält man aus den zu übertragenden Daten mit Hilfe einer geeigneten Codierung. Bei einem vierwertigen Übertra gungsverfahren mit ai, bi ε{+1,-1} werden z. B. jeweils zwei Datenbits dem Zah lenpaar ai, bi zugeordnet.where ω i = 2πf₂ was set. The values f i represent the individual carrier frequencies. The amplitude values a i and b i are obtained from the data to be transmitted with the aid of a suitable coding. In a four-valued transmission method with a i , b i ε {+ 1, -1} z. B. assigned two data bits each pair of numbers a i , b i .
Eine weitere Umformung von (2) führt mit T = 1/fT zuAnother transformation of (2) leads to T = 1 / f T
Hierbei können die AusdrückeHere, the expressions
undand
als in der komplexen Zahlenebene jeweils um den Winkelthan in the complex number plane around the angle
gedrehte Zahlenpaare ai(k), bi(k) aufgefaßt werden. Man er hält somit für einen Abtastwert des Sendesignalsrotated pairs of numbers a i (k), b i (k). It is therefore considered to be a sample of the transmission signal
Auf Basis dieser Gleichung (5) läßt sich eine in Fig. 1 dargestellte Senderstruktur ableiten. In dieser Figur ist als Beispiel eine QAM-Mehrfrequenz-Sendeeinrichtung darge stellt, welche zu übertragende Datensignale seriell zuge führt erhält und diese zunächst beispielsweise mit Hilfe eines parallele Ausgänge aufweisenden Schieberegisters in parallele Datensignalgruppen, d. h. in parallele Bitgruppen, umsetzt. An diese parallelen Ausgänge sind N gesonderte QAM-Signalzweige angeschlossen, die jeweils einer von N un terschiedlichen Trägerfrequenzen zugeordnet sind. Jeder dieser QAM-Signalzweige weist eingangsseitig einen mit Aus gängen des Schieberegisters verbundenen Codierer auf. Die Anzahl der verbundenen Ausgänge und damit die Anzahl der in ein oben genanntes Zahlenpaar ai, bi umzusetzenden Datenbits richtet sich dabei nach dem Wertevorrat des verwendeten Übertragungsverfahrens. Bei einem zuvor erwähnten vierwer tigen Übertragungsverfahren ist jeder der Codierer mit zwei Ausgängen des Schieberegisters verbunden, wie dies als Bei spiel in Fig. 1 angedeutet ist. Bei diesem Beispiel wird darüber hinaus davon ausgegangen, daß in dem jeweiligen Co dierer (i) zusätzlich zu der Ermittlung des Zahlenpaares ai, bi dessen komplexe Drehung entsprechend Gl. (4a) und (4b) durchgeführt wird, so daß von dem jeweiligen Codierer die codierten Sendedatenwörter αi, βi an gesonderten Ausgängen bereitgestellt werden. Dabei ist es zweckmäßig, gewisse Einschränkungen in Bezug auf die Wahl der Trägerfrequenzen und der Schrittgeschwindigkeit zu machen. Wird z. B. eine 90°-Symmetrie für die Werte αi(k), βi(k) in der komplexen Ebene gefordert, dann muß die BedingungA transmitter structure shown in FIG. 1 can be derived on the basis of this equation (5). In this figure, a QAM multi-frequency transmission device is shown as an example, which receives data signals to be transmitted serially and receives them first, for example with the aid of a shift register having parallel outputs, into parallel data signal groups, ie into parallel bit groups. N separate QAM signal branches are connected to these parallel outputs, each of which is assigned to one of N different carrier frequencies. Each of these QAM signal branches has on the input side an encoder connected to outputs of the shift register. The number of connected outputs and thus the number of data bits to be converted into an above-mentioned number pair a i , b i depends on the set of values of the transmission method used. In a previously mentioned four-value transmission method, each of the encoders is connected to two outputs of the shift register, as is indicated as an example in FIG. 1. In this example, it is also assumed that in the respective encoder (i), in addition to the determination of the number pair a i , b i, its complex rotation according to Eq. (4a) and (4b) is carried out so that the coded transmission data words α i , β i are provided by the respective encoder at separate outputs. It is advisable to make certain restrictions with regard to the choice of carrier frequencies and walking speed. Is z. B. 90 ° symmetry for the values α i (k), β i (k) in the complex plane is required, then the condition
mit geeignetem Wert für λ,κ = 0, 1, 2
erfüllt sein. Hieraus erhält man die Bedingungwith a suitable value for λ, κ = 0, 1, 2
be fulfilled. The condition is obtained from this
fi = fT · λ/₄ mit λ = {1, 2, . . . }.f i = f T λ / ₄ with λ = {1, 2,. . . }.
Die auf diese Weise von dem Codierer des jeweiligen QAM-Si gnalzweiges (i) bereitgestellten Werte αi(k), βi(k) werden durch eine schematisch angedeutete Abtasteinrichtung abge tastet. Der daraus resultierende jeweilige Abtastwert αi(k) bzw. βi(k) wird dann entsprechend Gleichung (5) mit dem Mo mentanwert der Trägerschwingung cos(2πfi/fT *j/w) bzw. sin(2πfi/fT */w) multipliziert, so daß durch den jeweiligen QAM-Signalzweig (i) zwei orthogonale, mit den Abtastwerten αi(k), βi(k) modulierte Trägerschwingungen bereitgestellt werden.The values α i (k), β i (k) provided in this way by the encoder of the respective QAM signal branch (i) are sampled by a schematically indicated scanning device. The resulting sample α i (k) or β i (k) is then in accordance with equation (5) with the instantaneous value of the carrier oscillation cos (2πf i / f T * j / w) or sin (2πf i / f T * / w) multiplied so that the respective QAM signal branch (i) provides two orthogonal carrier oscillations modulated with the sample values α i (k), β i (k).
Die von den einzelnen QAM-Signalzweigen bereitgestellten modulierten Trägerschwingungen werden einer Summiereinrich tung Σ zugeführt, welche diese Trägerschwingungen additiv überlagert. Das daraus resultierende Trägerschwingungs-Ge misch wird anschließend über einen Digital/Analog-Wandler D/A einem Übertragungsmedium zugeführt.The provided by the individual QAM signal branches modulated carrier vibrations become a summing device device Σ fed, which additively these carrier vibrations overlaid. The resulting carrier vibration Ge is then mixed using a digital / analog converter D / A fed to a transmission medium.
Zur Herleitung einer geeigneten Empfängerstruktur werden alle Abtastwerte innerhalb eines SchrittintervallsTo derive a suitable recipient structure all samples within a step interval
kT ti < (k + 1)TkT t i <(k + 1) T
zu einem Spaltenvektor zusammengefaßt. In Matrixform erhält man mit Gl. (5) den folgenden Ausdruck:combined into a column vector. Received in matrix form one with Eq. (5) the following expression:
In Kurzform ergibt sich:In short form:
y = C · d, (7)y = CD, (7)
wobei der Spaltenvektor y die Abtastwerte des Sendesignals, die Matrix C die trigonometrischen Funktionswerte sowie der Spaltenvektor d die gedrehten Zahlenwerte α und β gemäß Gleichung (6) enthalten. Dieses Gleichungssystem läßt sich nach der Methode des kleinsten quadratischen Fehlers auflö sen. Man erhält zunächst durch Multiplikation mit der transponierten Matrix CT wherein the column vector y contains the samples of the transmission signal, the matrix C the trigonometric function values and the column vector d the rotated numerical values α and β according to equation (6). This system of equations can be solved by the method of the smallest quadratic error. One first obtains by multiplying by the transposed matrix C T
CT · C · d = CT y (8)C T · C · d = C T y (8)
Hieraus erhält man für den DatenvektorFrom this one obtains for the data vector
d = [CT · C]-1 CT · y (9)d = [C T · C] -1 C T · y (9)
Mit dieser Beziehung ergibt sich beispielsweise eine Emp fängerstruktur nach Fig. 2. Danach wird das analoge Emp fangssignal zunächst mit Hilfe eines Analog/Digital-Wand lers A/D digital gewandelt und anschließend parallel einer der Anzahl N der Trägerfrequenzen entsprechenden Anzahl N von Empfangszweigen zugeführt. Jeder der Empfangszweige weist dabei ein eingangsseitig parallel geschaltetes Fil terpaar auf, wobei ein mit hi bezeichnetes Filter des Emp fangszweiges (i) dem oben genannten Abtastwert αi(k), das verbleibende Filter qi dagegen dem Abtastwert βi(k) zuge ordnet ist.This relationship results, for example, in a receiver structure according to FIG. 2. Thereafter, the analog received signal is first converted digitally with the aid of an analog / digital converter A / D and then fed in parallel to a number N of receiving branches corresponding to the number N of the carrier frequencies . Each of the receiving branches has a pair of filters connected in parallel on the input side, a filter of the receiving branch (i) denoted by h i having the above-mentioned sample value α i (k), the remaining filter q i on the other hand having the sample value β i (k) is arranged.
Die am Ausgang des Filterpaares hi, qi des Empfangszweiges (i) auftretenden gefilterten Signale werden durch eine schematisch dargestellte Abtasteinrichtung in einem der Schrittdauer T der Datensignale entsprechenden Zeitraster abgetastet, um die Abtastwerte αi(k), βi(k) zu gewinnen. Die nichtrekursive Filterung entspricht dabei einer Vektor multiplikation, wie sie nach Gleichung (9) für die Er mittlung jedes Datenwertes durchzuführen ist. Dabei werden die Filterkoeffizienten der Filter hi, qi durch die beiden aus Gleichung (9) resultierenden Vektoren hi und qi defi niert.The filtered signals occurring at the output of the filter pair hi , qi of the receiving branch (i) are sampled by a schematically illustrated sampling device in a time pattern corresponding to the step duration T of the data signals in order to obtain the samples α i (k), β i (k). The non-recursive filtering corresponds to a vector multiplication, as is to be carried out according to equation (9) for the determination of each data value. The filter coefficients of the filters hi , qi are defined by the two vectors h i and q i resulting from equation (9).
Die beiden, durch das Filterpaar hi, qi bereitgestellten Ab tastwerte αi(k), βi(k) werden für eine Rückgewinnung der Datenwerte αi und bi um den Phasenwinkel 2πfi/fT gedreht, was einer komplexen Multiplikation mit exp(2πfi/fT) ent spricht. Hierfür ist in Fig. 2 in jedem der Empfangszweige (i) ein entsprechender Multiplizierer angedeutet. Mit Hilfe einer dem jeweiligen Multiplizierer nachgeschalteten Ent scheidungslogik werden schließlich die empfangenen Daten werte ai und bi und nach einer nicht dargestellten Decodie rung Datenbits gewonnen, die bei störungsfreier Übertragung mit den gesendeten Datenbits übereinstimmen.The two sample values α i (k), β i (k) provided by the filter pair hi , qi are rotated by the phase angle 2πf i / f T to recover the data values α i and b i , which is a complex multiplication by exp (2πf i / f T ) speaks accordingly. For this purpose, a corresponding multiplier is indicated in each of the reception branches (i) in FIG. 2. With the aid of a decision logic connected downstream of the respective multiplier, the received data values a i and b i are finally obtained and, after a decoding (not shown), data bits which match the transmitted data bits in the case of interference-free transmission.
Die komplexe Multiplikation mit exp(2πfi/fT) kann verein facht werden, wenn die Reihenfolge von Phasendrehung und Entscheidung vertauscht wird, da die entschiedenen Werte mit geringerer Wortlänge dargestellt werden können. Fig. 3 zeigt eine der in Fig. 2 dargestellten Empfängerstruktur entsprechende Empfängerstruktur, bei welcher diese Vertau schung vorgenommen ist.The complex multiplication with exp (2πf i / f T ) can be simplified if the order of phase shift and decision is reversed, since the decided values can be represented with a shorter word length. FIG. 3 shows a receiver structure corresponding to the receiver structure shown in FIG. 2, in which this interchange is carried out.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Empfängerstruktur erhält man, wenn das Gleichungssystem (8) umgeformt wird. Mit Hilfe einer entsprechenden Transformation kann die Vek torgleichung auf die FormAnother embodiment for a receiver structure is obtained when the system of equations (8) is transformed. With the help of an appropriate transformation, the Vek goal equation on the form
D · d = B · y (10)Dd = By (10)
gebracht werden, wobei die Matrix D eine untere Dreiecksma trix mit den Werten 1 als Diagonalelemente darstellt. Mit dieser Beziehung lassen sich die empfangenen Datenwerte wie folgt ermitteln:are brought, the matrix D a lower triangular dimension trix with the values 1 as diagonal elements. With The received data values such as determine as follows:
Mit yj werden hierbei die Abtastwerte des Empfangssignals und mit bÿ und dÿ die Elemente der Matrizen B und D be zeichnet. Werden für die Ausführung der Gleichung (11) die entschiedenen Werte dj herangezogen, dann resultiert daraus eine in Fig. 4 angegebene entscheidungsrückgekop pelte Empfängerstruktur. Mit dieser Empfängerstruktur wird das analoge Empfangssignal durch einen Analog/Digital-Wand ler A/D digitalisiert und einer der Anzahl der zu ermit telnden Abtastwerte entsprechenden Anzahl von Filtern zuge führt. Da bei dem angenommenen Beispiel N Trägerschwingun gen vorgesehen und zu jeder dieser Trägerschwingungen je weils zwei Abtastwerte α, β (α₁, . . . ,αN, β₁, . . . , βN) zu bestim men sind, existieren also 2N mit gi bis g2N bezeichnete Fil ter, deren Filterkoeffizienten durch Gleichung (11) defi niert sind und welche jeweils den Eingang eines gesonderten Empfangszweiges bilden. In jedem dieser Empfangszweige ist dem zugehörigen Filter eine in Fig. 4 schematisch darge stellte Abtasteinrichtung nachgeschaltet. Durch diese wird der am Ausgang des zugehörigen Filters auftretende, zeit lich sich ändernde Signalwert in einem der Schrittdauer T eines Datensignals entsprechenden Zeitraster abgetastet. Dabei erfolgt diese Abtastung synchron in sämtlichen Emp fangszweigen. Darüber hinaus ist in jedem der Empfangs zweige eine Entscheidungslogik vorgesehen.With y j the samples of the received signal and b ÿ and d ÿ denote the elements of the matrices B and D be. If the decided values d j are used for the execution of equation (11), this results in a decision feedback feedback structure indicated in FIG. 4. With this receiver structure, the analog received signal is digitized by an analog / digital converter A / D and a number of filters corresponding to the number of samples to be determined is supplied. Since, in the assumed example, N carrier vibrations are provided and two samples α, β (α₁,..., Α N , β₁,..., Β N ) are to be determined for each of these carrier vibrations, there are 2N with g i to g 2N designated Fil ter whose filter coefficients are defined by equation (11) and which each form the input of a separate receiving branch. In each of these reception branches, the associated filter is followed by a scanning device which is illustrated schematically in FIG. 4. This scans the signal value that occurs at the output of the associated filter and changes over time in a time pattern corresponding to the step duration T of a data signal. This scanning takes place synchronously in all receiving branches. In addition, decision logic is provided in each of the receive branches.
Wie sich aus Gleichung (11) und der Ausbildung der Matrix D als Dreiecksmatrix ergibt, wird im ersten der Empfangs zweige das durch das Filter g1 gefilterte, abgetastete Emp fangssignal direkt der zugehörigen Entscheidungslogik zuge führt und durch diese ein Abtastwert ermittelt. Bei diesem Abtastwert möge es sich dabei beispielsweise um den Ab tastwert α₁(k) handeln. In den übrigen, jeweils für die Er mittlung eines der übrigen Abtastwerte (α₂(k), . . . , αN(k), β₁(k), . . . ,βN(k)) vorgesehenen Empfangszweigen ist zwischen Filter und Entscheidungslogik eine Summiereinrich tung vorgesehen. Diese Summiereinrichtungen sind entspre chend ihrer Zugehörigkeit zu den Empfangszweigen 2 bis 2N mit Σ2 bis Σ2N bezeichnet. Der jeweiligen Summiereinrich tung sind dabei einerseits das durch das zugehörige Filter gefilterte, abgetastete Empfangssignal und andererseits sämtliche, in den vorangehenden Empfangszweigen ermittelten Abtastwerte jeweils multipliziert mit einem dem jeweiligen Abtastwert zugeordneten Wert der Matrix D. Im zweiten Emp fangszweig wird also der Summiereinrichtung Σ2 neben dem durch das Filter g2 gefilterten, abgetasteten Empfangs signal der Wert α₁(k)*d₂₁ zugeführt. In entsprechender Weise wird die Summiereinrichtung Σ2N des Empfangszweiges 2N mit dem durch das Filter g2N gefilterten, abgetasteten Empfangssignal und den Werten α₁(k)*d2N, 1; α₂(k)*d2N, 2; . . . ; α2N-1(k)*d2N, 2B-1 beaufschlagt. As can be seen from equation (11) and the formation of the matrix D as a triangular matrix, in the first of the reception branches the received signal filtered and filtered by the filter g1 is fed directly to the associated decision logic and is used to determine a sample value. This sample may be, for example, the sample value α 1 (k). In the other, each for the determination of one of the other sample values (α₂ (k),..., Α N (k), β₁ (k),..., Β N (k)) is provided between the filter and Decision logic provided a summing device. This summing means are accordingly their allocation to the reception branches 2 to 2 N with Σ2 referred to Σ2N. The respective summing device is, on the one hand, the received signal filtered and sampled by the associated filter and, on the other hand, all the sample values determined in the preceding receiving branches are each multiplied by a value of the matrix D assigned to the respective sample value through the filter g2 filtered, sampled receive signal the value α₁ (k) * d₂₁ supplied. In a corresponding manner, the summing device Σ2N of the receiving branch 2 N with the sampled received signal filtered by the filter g2N and the values α₁ (k) * d 2N, 1 ; α₂ (k) * d 2N, 2 ; . . . ; α 2N-1 (k) * d 2N, 2B-1 applied.
Die auf diese Weise in den einzelnen Empfangszweigen ermit telten Abtastwerte α₁(k), . . . , βN(k) werden anschließend ei ner Verbindungslogik VL zugeführt, welche aus diesen Ab tastwerten die den Trägerfrequenzen f₁, . . ,fN zugeordneten Wertepaare α₁(k), β₁(k); . . . ; αN(k), βN(k) bildet. Die ein zelnen Wertepaare αi(k), βi(k) (i = 1, . . . ,N) werden anschlie ßend jeweils um einen diesen zugeordneten Phasenwinkel 2πfi/fT (i = 1, . . . ,N) gedreht, um die ursprünglich übertrage nen Datenwerte ai, bi (i = 1, . . . ,N) und durch eine nicht dar gestellte Decodierung die ursprünglichen Datenbits rückzu gewinnen. Die Phasendrehung entspricht dabei einer komple xen Multiplikation des jeweiligen Wertepaares αi(k), βi(k) mit exp(2πfi/fT), wie es in Fig. 4 durch die der Verbin dungs-Logik VL nachgeschalteten, den einzelnen Wertepaaren zugeordneten Multiplizierern angegeben ist.The determined in this way in the individual reception branches samples α₁ (k),. . . , β N (k) are then fed to a connection logic VL, which samples the carrier frequencies f 1,. . , f N assigned value pairs α₁ (k), β₁ (k); . . . ; α N (k), β N (k) forms. The individual pairs of values α i (k), β i (k) (i = 1,..., N) are then each separated by a phase angle 2πf i / f T (i = 1,..., N ) rotated in order to recover the originally transmitted data values a i , b i (i = 1,..., N) and the original data bits by decoding (not shown). The phase shift corresponds to a complex multiplication of the respective pair of values α i (k), β i (k) by exp (2πf i / f T ), as shown in FIG. 4 by the connection logic VL connected to the individual Multipliers assigned to pairs of values is specified.
Auch bei Verwendung einer Empfangseinrichtung nach Fig. 4 ist es zweckmäßig, bezüglich Schrittgeschwindigkeit und Trägerfrequenzen bestimmte Bedingungen einzuhalten, um die komplexen Multiplikationen zu vereinfachen.Even with the use of a receiving device according to FIG. 4, it is expedient, with respect to step speed and carrier frequencies comply with certain conditions, in order to simplify the complex multiplications.
Bei einer 90°-Symmetrie gilt:With 90 ° symmetry:
fi = fT·λ/₄ mit λ = {1, 2, . . . }f i = f T λ / ₄ with λ = {1, 2,. . . }
Wählt man Trägerfrequenzen mit äquidistanten Abständen, dann ergibt sichIf you choose carrier frequencies with equidistant distances, then follows
fi = fu + i·Δf mit i = 1 , . . . , Nf i = f u + i · Δf with i = 1,. . . , N
Um die obige Bedingung einzuhalten, gilt zunächstTo comply with the above condition, the following applies first
Für den Frequenzabstand ergeben sich die folgenden Möglich keiten:The following are possible for the frequency spacing keiten:
- a) Δf = fT. Mit fu = 0 entspricht dies dem üblichen Mehrfrequenzverfah ren. a) Δf = f T. With f u = 0, this corresponds to the usual multi-frequency process.
Im Hinblick auf das Rauschverhalten ist es bei Verwendung der Empfangseinrichtungen gemäß den Fig. 2 und 3 zweck mäßig fi = 3/4 fT zu wählen. Bei Einspeisung von weißem Rauschen ergibt sich hier eine Rauschanhebung von < 4 dB bei N = 4 Trägerfrequenzen gegenüber fi = fT.With regard to the noise behavior, it is advisable to choose f i = 3/4 f T when using the receiving devices according to FIGS. 2 and 3. When white noise is fed in, there is an increase in noise of <4 dB at N = 4 carrier frequencies compared to f i = f T.
Der Realisierungsaufwand für die Empfangseinrichtung gemäß Fig. 4 ist zwar höher als für die Empfangseinrichtungen nach den Fig. 2 und 3, jedoch ergeben sich hier Vorteile be züglich des Rauschverhaltens.The realization cost of the receiving device of FIG. 4, although higher than for the receiving devices of FIGS. 2 and 3, but here there are advantages be züglich of the noise behavior.
Bei einer Empfangseinrichtung gemäß Fig. 4 steigt für Δf = 3/4 fT gegenüber Δf = fT die Rauschzahl nur gering mit zu nehmender Trägersignalanzahl an. Für N = 5 ergibt sich hier ein Wert von etwa 2 dB. Dabei beträgt die Bandbreitenein sparung etwa 30%. Eine weitere Reduzierung der Rauschzahl kann bei der Empfangseinrichtung gemäß Fig. 4 durch Änderung der Reihenfolge bei der Ermittlung der Abtastwerte α₁, . . , βN erzielt werden. Wird die erste Trägerfrequenz nur mit einem eindimensionalen Datenwert beaufschlagt (d₁ = 0), dann läßt sich die Rauschzahl weiterhin stark reduzieren. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Übertragungskapazität entsprechend geringer ist. Hier ergibt sich bei N = 4 Trä gerfrequenzen und Δf = 1/2 fT eine Rauschanhebung von weni ger als 4 dB. Dies stellt unter Berücksichtigung der Band breiteneinsparung einen durchaus akzeptablen Wert dar.In a receiving device according to FIG. 4 3/4 f T versus .DELTA.f = f T rises for .DELTA.f = the noise figure only slightly with to participating carrier signal Of. For N = 5 this results in a value of approximately 2 dB. The bandwidth saving is about 30%. A further reduction in the noise figure can be achieved in the receiving device according to FIG. 4 by changing the sequence when determining the sample values α 1,. . , β N can be achieved. If the first carrier frequency is only subjected to a one-dimensional data value (d 1 = 0), the noise figure can still be greatly reduced. It should be noted that the transmission capacity is correspondingly lower. This results in N = 4 carrier frequencies and Δf = 1/2 f T, a noise increase of less than 4 dB. Taking the bandwidth savings into account, this is an acceptable value.
Bei der Herleitung der vorstehend erläuterten Empfangsein
richtungen wurde von einem idealen Übertragungsmedium aus
gegangen, d. h. das Empfangssignal wurde als unverzerrt an
genommen. Die angegebenen Empfangseinrichtungen können je
doch auch bei nicht verzerrungsfreien Übertragungsmedien
angewandt werden. Hierbei müssen die Impulsantworten der
10 nichtrekursiven Empfangsfilter über die Schrittdauer hinaus
verlängert werden (Anzahl der Koeffizienten < w).In the derivation of the receiving devices explained above, an ideal transmission medium was assumed, ie the received signal was assumed to be undistorted. The specified receiving devices can also be used for transmission media that are not free from distortion. The impulse responses of the
10 non-recursive receive filters can be extended beyond the step duration (number of coefficients <w).
Darüber hinaus ist es zweckmäßig, die Filterkoeffizienten mit Hilfe bekannter iterativer Verfahren adaptiv einzustel len, um eine optimale Anpassung an das Übertragungsmedium zu gewährleisten.In addition, it is appropriate to use the filter coefficients using adaptive iterative methods len in order to optimally adapt to the transmission medium to guarantee.
Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß es sich bei den zuvor lediglich allgemein erwähnten Datensignalen um beliebige digitale Informationen handeln kann, unter welche beispielsweise auch Text- und Videosignale sowie Sprachin formationen in digitaler Form fallen.Finally, it should be pointed out that it is the previously only generally mentioned data signals can trade any digital information under which for example, text and video signals and voice formations in digital form.
Claims (7)
bei welchem sendeseitig eine festgelegte Anzahl aufeinanderfolgender Datenbits je weils in eine Mehrzahl N von Bitgruppen mit jeweils der gleichen Anzahl von Datenbits unterteilt wird,
jeder der N Bitgruppen zwei orthogonale Trägerschwingungen gleicher Frequenz (fi, mit i = 1, . . . ,N) zugeordnet werden, der Frequenzabstand (Δfi) benachbarter Trägerschwingungen jeweils äquidistant und kleiner als die Schrittgeschwindig keit (fT) der Datensignale festgelegt ist,
die zu den N Bit gruppen gehörenden Datenbits gleichzeitig in einem der Schrittgeschwindigkeit (fT) der Datensignale entsprechenden Zeitraster (T = 1/fT) abgetastet werden,
aus den für die jeweilige Bitgruppe gewonnenen Abtastwerten durch Codieren zwei, ein Amplitudenpaar bildende Amplitu denwerte (αi, βi) abgeleitet werden, durch welche jeweils eine der zwei orthogonalen, der jeweiligen Bitgruppe zuge ordneten Trägerschwingungen moduliert wird,
durch additives Überlagern sämtlicher moduliert er Träger schwingungen ein Trägerschwingungs-Gemisch gebildet und übertragen wird,
und bei welchem empfangsseitig das übertragene Trägerschwingungs-Gemisch selektiv für die einzelnen N Bitgruppen gefiltert wird,
die daraus für die N Bitgruppen gewonnenen gefilterten Si gnale gleichzeitig in einem der Schrittgeschwindigkeit (fT) der Datensignale entsprechenden Zeitraster (T = 1/fT) abgeta stet werden
und anschließend aus den Abtastwerten die N Amplitudenpaare (αi, βi) und durch deren Decodieren die zu den N Bitgruppen gehörenden Datenbits rückgewonnen werden. 1. Method for transmitting data signals according to the multi-frequency QAM principle,
in which a fixed number of successive data bits is subdivided into a plurality N of bit groups, each with the same number of data bits,
each of the N bit groups are assigned two orthogonal carrier oscillations of the same frequency (f i , with i = 1,..., N), the frequency spacing (Δf i ) of neighboring carrier oscillations is in each case equidistant and less than the step speed (f T ) of the data signals is
the data bits belonging to the N bit groups are scanned simultaneously in a time pattern (T = 1 / f T ) corresponding to the step speed (f T ) of the data signals,
from the samples obtained for the respective bit group by coding, two amplitude values (α i , β i ) forming an amplitude pair are derived, by means of which one of the two orthogonal carrier oscillations assigned to the respective bit group is modulated,
a carrier vibration mixture is formed and transmitted by additive superimposition of all modulated carrier vibrations,
and in which the transmitted carrier oscillation mixture is filtered selectively for the individual N bit groups at the receiving end,
the filtered signals obtained therefrom for the N bit groups are simultaneously scanned in a time grid (T = 1 / f T ) corresponding to the step speed (f T ) of the data signals
and then the N amplitude pairs (α i , β i ) from the sampled values and by decoding them the data bits belonging to the N bit groups are recovered.
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Cited By (2)
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WO1998059474A1 (en) * | 1997-06-20 | 1998-12-30 | Infineon Technologies Ag | Method for transferring data with a plurality of non-equidistant frequency bands |
WO2001058106A1 (en) * | 2000-02-04 | 2001-08-09 | Rosenio Investments Limited | Method and device for synthesizing, transmitting, receiving and evaluating multivariate signals according to their form and multiposition and locally according to their spectrum |
-
1995
- 1995-07-31 DE DE19528068A patent/DE19528068C2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO1998059474A1 (en) * | 1997-06-20 | 1998-12-30 | Infineon Technologies Ag | Method for transferring data with a plurality of non-equidistant frequency bands |
US6396802B1 (en) | 1997-06-20 | 2002-05-28 | Infineon Technologies Ag | Data transmission method with a plurality of frequency bands |
WO2001058106A1 (en) * | 2000-02-04 | 2001-08-09 | Rosenio Investments Limited | Method and device for synthesizing, transmitting, receiving and evaluating multivariate signals according to their form and multiposition and locally according to their spectrum |
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