DE19735216A1 - Multicarrier signal transmission method - Google Patents
Multicarrier signal transmission methodInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Mehr trägersignalen mit einer Koeffizienteneinstellung des Zeitbe reichsentzerrers zur Verkürzung der Kanalimpulsantwort gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for transmitting more carrier signals with a coefficient setting of the Zeitbe Reichsentzerrers to shorten the channel impulse response according to the preamble of claim 1.
Auf dem Gebiet der digitalen Signalverarbeitung sind Systeme bekannt, die eine hochratige digitale Nachrichtenübertragung ermöglichen. Eine Technik, die in jüngster Zeit immer mehr an Bedeutung gewinnt, ist die Mehrträgerübertragung, die auch als "Discrete Multitone (DMT)" oder "Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM)" bekannt ist. Bei der Mehrträgerübertragung wird der zu übertragende Datenstrom in viele parallele Teil ströme zerlegt, welche im Frequenzmultiplex unabhängig vonein ander übertragen werden.Systems are in the field of digital signal processing known that a high-rate digital messaging enable. A technique that has recently become more and more popular Gaining importance is the multi-carrier transmission, which is also called "Discrete Multitone (DMT)" or "Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM) "is known. In the case of multicarrier transmission becomes the data stream to be transmitted in many parallel part streams, which are independent of one another in the frequency division multiplex transferred to another.
Praktisch geschieht die Signalerzeugung durch eine IFFT (Inverse Fast Fourier Transform), wobei die Komponenten des Vektors im DFT (Discrete Fourier Transform)-Bereich mit Signal punkten einer QAM (Quadratur Amplituden-Modulation) belegt wer den. Durch die IFFT entsteht ein Signal mit Blockstruktur im Zeitbereich. Um eine Inter-Block-Interferenz zu vermeiden, wird bei DMT bzw. OFDM ein zyklischer Präfix, das sogenannte Guard- Intervall, eingesetzt. Hier wird zyklisch das Rahmenende dem Block zeitlich vorangestellt. Die Faltung mit der Kanalim pulsantwort erscheint dann als zyklische Faltung, welche dann im DFT-Bereich durch eine einfache Multiplikation mit komplexen Koeffizienten beschrieben werden kann. Es vereinfacht sich die Entzerrung, die nun im DFT-Bereich erfolgen kann und dann einer simplen AGC (Automatic Gain Control) für jeden Träger ent spricht. In practice, the signal generation is done by an IFFT (Inverse Fast Fourier Transform), where the components of the Vectors in the DFT (Discrete Fourier Transform) range with signal points of a QAM (Quadrature Amplitude Modulation) proves who the. The IFFT creates a signal with a block structure in the Time range. To avoid inter-block interference, with DMT or OFDM a cyclic prefix, the so-called guard Interval. Here the end of the frame is cyclically dem Preceding block in time. The folding with the canal im pulse response then appears as a cyclic convolution, which then in the DFT range by a simple multiplication by complex Coefficients can be described. It simplifies the Equalization, which can now be done in the DFT area and then one simple AGC (Automatic Gain Control) for each wearer speaks.
Voraussetzung ist allerdings, daß die Kanalimpulsantwort kürzer
als das gewählte Guard-Intervall ist. Dies kann man einerseits
durch die Wahl eines entsprechend langen Guard-Intervalls er
reichen, wie dies im Funkbereich bei OFDM (z. B. DAB, Digital
Audio Broadcasting) geschieht. Andererseits bietet sich jedoch
auch die Möglichkeit, die Impulsantwort durch eine Zeitbe
reichsvorentzerrung auf die Länge des Guard-Intervalls zu ver
kürzen. Dies führt zu einer effektiveren Nutzung des Übertra
gungskanals, setzt jedoch voraus, daß der Kanal so langsam ver
änderlich ist, daß eine Adaption und Nachführung der Entzerrer
koeffizienten möglich ist. Bei Kabelanwendungen ist die Zeitbe
reichsvorentzerrung die übliche Vorgehensweise. Bei der Ein
stellung der Entzerrerkoeffizienten ist nicht nur auf die Kürze
der resultierenden Gesamtimpulsantwort aus Kanal und Entzerrer
zu achten, sondern als weiteres Kriterium tritt das resultie
rende Signal-Geräusch-Verhältnis hinzu. In "Optimum Finite-
Length Equalization for Multicarrier Transceivers", erschienen
in IEEE Transactions on Communications, Vol. 44, No. 1, Jan.
1996, beschreiben N. Al-Dhahir und J. M. Cioffi diesen Sachver
halt genauer. Dort wird dargestellt, daß zur optimalen Einstel
lung der Koeffizienten der folgende Ausdruck zu maximieren
ist:
However, the prerequisite is that the channel impulse response is shorter than the selected guard interval. This can be achieved, on the one hand, by selecting a suitably long guard interval, as is done in the radio range with OFDM (e.g. DAB, digital audio broadcasting). On the other hand, however, there is also the possibility of shortening the impulse response to the length of the guard interval by means of a time area pre-equalization. This leads to a more effective use of the transmission channel, but presupposes that the channel is so slowly ver changeable that an adaptation and tracking of the equalizer coefficients is possible. In cable applications, time domain pre-equalization is the common practice. When setting the equalizer coefficients, not only do you have to pay attention to the brevity of the resulting overall impulse response from the channel and equalizer, but also the resulting signal-to-noise ratio as a further criterion. In "Optimum Finite-Length Equalization for Multicarrier Transceivers", published in IEEE Transactions on Communications, Vol. 44, No. Jan. 1, 1996, N. Al-Dhahir and JM Cioffi describe this issue in more detail. There it is shown that for the optimal setting of the coefficients the following expression must be maximized:
wobei bDMT die Summe der Teilkapazitäten bi bezeichnet. Nähe rungsweise bedeutet dies, daß das geometrische Mittel aus den einzelnen Signal-Geräusch-Verhältnissen der Träger (SNRi) zu maximieren ist.where b DMT denotes the sum of the partial capacities b i. Approximately this means that the geometric mean from the individual signal-to-noise ratios of the carriers (SNR i ) is to be maximized.
Das einfachste Einstellverfahren, das jedoch nur die Länge der resultierenden Impulsantwort einbezieht, wäre die Approximation des Übertragungskanals durch einen gebrochen-rationalen Aus druck A(z)/B(z), wobei der Grad A(z) von maximal gleich der Guard-Intervall-Länge sein sollte. Ein Transversalfilter mit der Übertragungsfunktion B(z) kann dann als Zeitbereichsentzer rer dienen. Es verbleibt als Gesamtübertragungsfunktion idea lerweise nur A(z). Das Signal-Geräusch-Verhältnis SNRi ist hierbei in keiner Weise berücksichtigt, und die Entzerrung ist daher im Allgemeinen nicht optimal.The simplest setting method, which only includes the length of the resulting impulse response, would be the approximation of the transmission channel using a fractional-rational expression A (z) / B (z), where the degree A (z) of at most equal to the guard interval -Length should be. A transversal filter with the transfer function B (z) can then serve as a time domain equalizer. Ideally, only A (z) remains as the overall transfer function. The signal-to-noise ratio SNR i is not taken into account in any way, and the equalization is therefore generally not optimal.
Alle auf diesem Prinzip beruhenden Einstellalgorithmen adaptie ren wechselseitig einen Zeitbereichsentzerrer W(z) und ein Er satzsystem E(z). Auch hierbei wird nicht direkt das Signal- Geräusch-Verhältnis SNRi mit einbezogen, auch wenn die Ergeb nisse oft bereits recht günstig sind. Es werden wechselseitig zwei Kriterien beachtet: die Identität zwischen Ersatzsystem E(z) und Kettenschaltung aus Kanal und Entzerrer W(z) (Minimierung des mittleren quadratischen Fehlers) und die Län genrestriktion der Gesamtimpulsantwort. Zusätzlich wird im All gemeinen natürlich auch eine Längenrestriktion für den Entzer rer W(z) durch die Vorgabe einer Maximalanzahl von Koeffizien ten zugrundegelegt.All setting algorithms based on this principle mutually adapt a time domain equalizer W (z) and a replacement system E (z). Here, too, the signal-to-noise ratio SNR i is not directly included, even if the results are often already quite favorable. Two criteria are mutually observed: the identity between the equivalent system E (z) and the chain connection of channel and equalizer W (z) (minimization of the mean square error) and the length restriction of the overall impulse response. In addition, of course, a length restriction for the equalizer W (z) is generally based on the specification of a maximum number of coefficients.
Zwei Publikationen seien hier stellvertretend für die beschrie bene Vorgehensweise genannt: van Bladel, M., Moeneclaey, M.: "Time-domain Equalization for Multicarrier Communication", er schienen in Proc. Communication Theory Mini-Conference (Globecom '95), Singapore, 13-17 Nov. 1995, S. 167-171. und Farhang-Boroujeny, B.: "Channel Memory Truncation for Maximum Likelihood Sequence Estimation", ebenfalls erschienen in Proc. Communication Theory Mini-Conference (Globecom '95), Singapore, 13-17 Nov. 1995, S. 172-176. Auch in der o.g. Veröffentlichung von N. Al-Dhahir und J.M. Cioffi wird dieser Ansatz unnötiger weise bei der praktischen Ausführung des Entzerrerabgleichs wieder verwendet. Bei diesen diesen Verfahren wird jedoch nicht die Gesamtstörleistung mit einbezogen. Two publications are described here as representative of the bene approach mentioned: van Bladel, M., Moeneclaey, M .: "Time-domain Equalization for Multicarrier Communication", he appeared in Proc. Communication Theory Mini-Conference (Globecom '95), Singapore, 13-17 Nov. 1995, pp. 167-171. and Farhang-Boroujeny, B .: "Channel Memory Truncation for Maximum Likelihood Sequence Estimation ", also published in Proc. Communication Theory Mini-Conference (Globecom '95), Singapore, Nov 13-17, 1995, pp. 172-176. Also in the above publication by N. Al-Dhahir and J.M. Cioffi makes this approach unnecessary wise in the practical implementation of the equalizer adjustment used again. In these these procedures, however, will not the total disturbance performance included.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Übertra gung von Mehrträgersignalen verfügbar zu machen, das einen op timalen Entzerrerabgleich bei größtmöglicher Verarbeitungsge schwindigkeit ermöglicht.The object of the invention is therefore to provide a method for transmission to make available multicarrier signals, the one op optimal equalizer adjustment with the greatest possible processing amount speed allows.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An spruchs 1 gelöst.This task is made possible by the distinctive features of the An Claim 1 solved.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Entzerrerabgleich durchgeführt, der sich auf die Optimierung nur eines Kriteri ums, das in obiger Gleichung G1 bereits angegeben wurde, be schränkt. Dies bedeutet, es wird das geometrische Mittel des Signal-Geräusch-Verhältnisses maximiert. Dabei wird jedoch die Gesamtstörleistung einbezogen, die sowohl von Störungen stammen können, jedoch ebenso aus dem Überschreiten des Guard- Intervalls (Inter-Block-Interferenz) durch eine zu lange Gesam timpulsantwort resultieren kann.In the method according to the invention, an equalizer adjustment is carried out carried out, which focuses on the optimization of only one criteri ums, which was already given in the above equation G1, be restricts. This means it becomes the geometric mean of the Signal-to-noise ratio maximized. However, the Total disturbance power included, both of which originate from disturbances can, but also from exceeding the guard Interval (inter-block interference) due to too long a total time pulse response can result.
Man faßt also die Störleistungsdichtespektren, die aus Rau scheinflüssen, wie beispielsweise Nebensprechstörungen stammen, sowie solche, die durch Überschreiten des Guard-Intervalls durch die Kanalimpulsantwort nach Zeitbereichsentzerrung ent stehen, zu einem gemeinsamen Störleistungsdichtespektrum zusam men.The interference power density spectra obtained from Rau apparent flows, such as crosstalk interference, as well as those caused by exceeding the guard interval by the channel impulse response after time domain equalization ent stand together to form a common interference power density spectrum men.
Es wird damit ein gemeinsames Optimum gefunden, was bedeutet, daß nicht zwangsläufig die Gesamtimpulsantwort auf die Länge des Guard-Intervalls beschränkt wird. Wichtig ist bei dem er findungsgemäßen Verfahren ebenfalls, daß der sogenannte Leckef fekt der DFT mit einbezogen wird. Bei der Transformation in den DFT-Bereich, die Bestandteil des DMT-Empfängers ist, wird ein rechteckiges Signalfenster für die Entnahme des Zeitsignals verwendet. Dies hat keine Bedeutung für den Nutzsignalanteil, da dieser einen zyklischen Präfix besitzt. Für Rauschsignale und auch die Signalanteile, die das Guard-Intervall überschrei ten, gilt dies jedoch nicht. Dafür existiert kein zyklischer Präfix, und es muß der Einfluß der Rechteckfensterung für die Berechnung des Störabstands je Träger einbezogen werden.A common optimum is found, which means that does not necessarily affect the overall impulse response to the length of the guard interval is limited. It is important to him inventive method also that the so-called Leckef effect of the DFT is included. When transforming into the DFT area, which is part of the DMT receiver, becomes a rectangular signal window for taking the time signal used. This has no meaning for the useful signal component, because this has a cyclic prefix. For noise signals and also the signal components that exceed the guard interval However, this does not apply. There is no cyclical one for this Prefix, and it must be the influence of the rectangular window for the Calculation of the signal-to-noise ratio per carrier must be included.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet deshalb Vorteile durch Beschränkung auf nur ein Optimierungskriterium und durch kor rekte Berechnung des Störabstands mit Einbeziehen des Leck effekts.The method according to the invention therefore offers advantages Restriction to only one optimization criterion and through cor Direct calculation of the signal-to-noise ratio including the leak effect.
Ein weiterer Vorteil ist, daß die Reichweite der Übertragung erhöht wird. Vorteilhaft ist außerdem die gleichmäßige Konver genz, d. h. es treten weniger Schwankungen in den Resultaten für verschiedene Längen auf.Another advantage is the range of the transmission is increased. The uniform conversion is also advantageous genz, d. H. there are fewer fluctuations in the results for different lengths.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beiligenden Zeichnungen näher erläutert.The invention is described below on the basis of exemplary embodiments explained in more detail in connection with the accompanying drawings.
Dabei zeigen:Show:
Fig. 1 das Blockschaltbild eines üblichen Übertragungssy stems, Fig. 1 is the block diagram of a conventional transmission system,
Fig. 2 beispielhaft vier Kanalimpulsantworten, hervorgerufen durch die jeweils nächstliegenden Abtastwerte, Fig. 2 for example, four channel impulse responses elicited by the respective nearest samples,
Fig. 3 das Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 3 shows the flowchart of the method according to the invention,
Fig. 4 das Signal-Geräusch-Verhältnis bei den verschiedenen Trägerpositionen und Fig. 4, the signal-to-noise ratio at the various support positions, and
Fig. 5 die normierte Impulsantwort in Abhängigkeit von den Abtastwerten. Fig. 5, the normalized impulse response function of the samples.
Eine übliche Vorgehensweise ist die Betrachtung eines Ersatzsy stems, das die gewünschte Impulsantwortlänge aufweist. In Fig. 1 ist das zugrunde liegende Blockschaltbild dargestellt. In dem Blockschaltbild kennzeichnen nk 2 die Abtastwerte einer Rauschstörung, ek 6 die Abtastwerte des Fehlers zwischen dem Ausgang des wahren Systems und des Ersatzsystems E(z) 5, und z-Δ 4 dient der Modellierung einer Totzeit. H(z) stellt die Ka nalübertragungsfunktion 1 dar und W(z) den Entzerrer 3.A common approach is to consider a replacement system that has the desired impulse response length. In Fig. 1 the underlying block diagram is shown. In the block diagram, n k 2 denotes the sampled values of a noise interference, e k 6 denotes the sampled values of the error between the output of the true system and the equivalent system E (z) 5, and z -Δ 4 is used to model a dead time. H (z) represents the channel transfer function 1 and W (z) the equalizer 3 .
Im erfindungsgemäßen Verfahren kann auf das Ersatzsystem 5 ver zichtet werden, da die Optimierung des Systems über die Ein stellung nur eines Kriteriums des Entzerrers 3 geschieht.In the method according to the invention, the substitute system 5 can be dispensed with, since the system is optimized by setting only one criterion of the equalizer 3 .
Die iterativ zu wiederholenden Schritte entsprechend dem erfin dungsgemäßen Verfahren werden nachstehend dargestellt. In Fig. 3 sind die entsprechenden Schritte als Ablaufdiagramm darge stellt.The steps to be repeated iteratively according to the method according to the invention are shown below. In Fig. 3, the corresponding steps are presented as a flow chart Darge.
NTr ist dabei die maximal mögliche Trägeranzahl. Unter der An nahme eines Basisbandsignals, bei dem die beiden Hälften des DFT-Rahmens zueinander konjugiert komplex zu belegen sind, ist die DFT-Länge dann NDFT = 2.NTr. Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet jedoch eine Überabtastung im Frequenzbereich, wodurch die tatsächlich eingesetzte DFT-Länge NDFT2 zu NDFT2 = 4.NTr wird.N Tr is the maximum possible number of carriers. Assuming a baseband signal in which the two halves of the DFT frame are to be assigned complex conjugate to one another, the DFT length is then N DFT = 2.N Tr . However, the method according to the invention uses oversampling in the frequency domain, as a result of which the DFT length N DFT 2 actually used becomes N DFT 2 = 4.N Tr .
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1. Normalisieren der Verhältnisse von Hi/Ni, so daß Σi|Hi|2/Σi|Ni|2
das tatsächliche Signal-Geräusch-Verhältnis SNRv vor dem
Entzerrer bei Belegung allermöglichen Träger mit konstanter
Leistung wiedergibt
1. Normalize the ratios of H i / N i such that Σ i | H i | 2 / Σ i | N i | 2 shows the actual signal-to-noise ratio SNR v upstream of the equalizer when all possible carriers are occupied with constant power
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2. Produkt Si der Kanalübertragungsfunktion Hi mal Entzer
rerübertragungsfunktion Wi im DFT-Bereich
Si = Hi.Wi G3.2. Product S i of the channel transfer function H i times the equalizer transfer function W i in the DFT domain
S i = H i .W i G3. -
3. IFFT zur Ermittlung der zugehörigen Impulsantwort
s = IFFT(S) G4.3. IFFT to determine the associated impulse response
s = IFFT (S) G4. - 4. Bestimmen des mittleren Signalleistungsdichteanteils |Ni s|2 des Teils der Impulsantwort s, der über das Guard-Intervall hinaus in den nächsten Rahmen hineinreicht.4. Determination of the mean signal power density component | N i s | 2 of the part of the impulse response that extends beyond the guard interval into the next frame.
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5. Man bestimme die DFT-Transformierte Ni der Impulsantwort
der Störung, wobei alle spektralen Eigenschaften der Störung
mit einbezogen werden. Ni 2 ist dann die Rauschleistungs
dichtefunktion. Es wird das Produkt aus Ni und der Entzer
rerübertragungsfunktion Wi gebildet.
Ni s = Ni.Wi G5.5. Determine the DFT transform N i of the impulse response of the disturbance, taking into account all spectral properties of the disturbance. N i 2 is then the noise power density function. The product of N i and the equalizer transfer function W i is formed.
N i s = N i .W i G5. -
6. Addition der Störleistungsanteile aus den Gleichungen G4 und
G5.
|Ni|2 = |Ni s|2 + |Wi n|2 G6.6. Addition of the interference power components from equations G4 and G5.
| N i | 2 = | N i s | 2 + | W i n | 2 G6. -
7. Berechnung der zur Störleistungsdichte |Ni|2 zugehörigen auto
korrelierten ni
ni = IFFT(|Ni|2) G7.7. Calculation of the interference power density | N i | 2 associated auto-correlated n i
n i = IFFT (| N i | 2 ) G7. -
8. Einbeziehen des Leckeffekts der DFT durch Multiplikation von
ni mit einer Dreiecksfunktion ti
Die Multiplikation des Zeitbereichsäquivalents (Auto korrelationsfolge) der Rauschleistungsdichte mit einer Drei ecksfunktion beschreibt nach Kammeyer, K. D., Kroschel, K.: "Digitale Signalverarbeitung", Teubner, Stuttgart, 1996, S. 231, den Einfluß einer Rechteckfensterung, die bei der empfangsseitigen Bildung der DFT prinzipbedingt gegeben ist. Um diese Dreiecksfunktion näherungsweise im zeitdiskreten Zeitbereichsvektor darstellen zu können, wurde im Frequenz bereich eine Überabtastung, hier um den Faktor 2 gewählt. Diese bedeutet, wie bereits erwähnt, daß dem erfindungsge mäßen Verfahren ein Frequenzraster zugrundeliegt, das minde stens den halben Trägerabstand besitzt.8. Incorporating the leakage effect of the DFT by multiplying n i by a triangle function t i
The multiplication of the time domain equivalent (auto correlation sequence) of the noise power density with a triangle function describes, according to Kammeyer, KD, Kroschel, K .: "Digitale Signalverarbeitung", Teubner, Stuttgart, 1996, p. 231, the influence of a rectangular window that occurs in the formation on the receiving side the DFT is given due to the principle. In order to be able to represent this triangular function approximately in the time-discrete time domain vector, oversampling was selected in the frequency domain, here by a factor of 2. As already mentioned, this means that the method according to the invention is based on a frequency raster which has at least half the carrier spacing. -
9. Transformation von λ in den DFT-Bereich
Λ = FFT(λ) G9.9. Transformation of λ into the DFT domain
Λ = FFT (λ) G9. -
10. Bestimmen des Signal-Geräusch-Verhältnisses SNRi für jeden
verwendeten Träger. Hier werden keine Frequenzen berück
sichtigt, die aus der Überabtastung hervorgegangen sind,
sondern nur die wirklich verwendeten im ursprünglichen Trä
gerabstand.
SNRi = Si/Λi, i ∈ U G10.
U bezeichnet die Menge der tatsächlich belegten Trägerpo sitionen.10. Determine the signal-to-noise ratio SNR i for each carrier used. Here, no frequencies are taken into account that have arisen from oversampling, but only those actually used in the original carrier spacing.
SNR i = S i / Λ i , i ∈ U G10.
U denotes the amount of actually occupied carrier positions. -
11. Summation aller Kanalkapazitätsanteile der einzelnen Trä
ger, was näherungsweise dem geometrischen Mittel aller
SNRi, i ∈ U entspricht.
R ist die Zielgröße und wird durch einen mehrdimensionalen Optimierungsalgorithmus, beispielsweise AMOEBA (Downhill Simplex Method) in Press, W. H., Flannery, B. P., Teukolsky, S. A., Vetterling, W. T.: "Numerical Recipes", Cambridge University Press, Cambridge, 1989, S. 289 ff., durch Modi fikation der Zeitbereichsentzerrerkoeffizienten maximiert. Als Abbruchkriterium des Algorithmus kann die Änderung von R zwischen zwei aufeinanderfolgenden Iterationen dienen. D. h. es wird der Wert von R für die nächst folgende Ite ration immer zwischengespeichert, um danach einen Vergleich durchführen zu können. Unterschreitet die Änderung eine ge wisse Schwelle, so kann die Iteration terminiert werden.11. Summation of all channel capacity components of the individual carriers, which corresponds approximately to the geometric mean of all SNR i , i ∈ U.
R is the target variable and is determined by a multidimensional optimization algorithm, for example AMOEBA (Downhill Simplex Method) in Press, WH, Flannery, BP, Teukolsky, SA, Vetterling, WT: "Numerical Recipes", Cambridge University Press, Cambridge, 1989, p. 289 ff., Maximized by modifying the time domain equalizer coefficients. The change in R between two successive iterations can serve as a criterion for terminating the algorithm. I. E. the value of R is always temporarily stored for the next iteration so that a comparison can then be carried out. If the change falls below a certain threshold, the iteration can be terminated.
Etwas detaillierter muß noch Schritt 4 anhand Fig. 2 beschrie ben werden. Step 4 must be described in somewhat more detail with reference to FIG.
Ein DMT-Empfänger wird üblicherweise den Detektionsrahmen 7 zeitlich so legen, daß die Inter-Block-Interferenzen minimiert werden. Es wird dabei eine Kompromißlage gefunden, bei der so wohl Nachschwinger 11a und 11b von Komponenten des vorhergehen den Rahmens 9a als auch Vorschwinger 12a und 12b von Komponen ten des folgenden Rahmens 9b als Störung einbezogen werden müs sen. Fig. 2 zeigt beispielhaft vier Kanalimpulsantworten 10a bis 10d (der Anschaulichkeit halber kontinuierlich darge stellt), hervorgerufen von den jeweils nächstliegenden Ab tastwerten. Abhängig von der Länge der Kanalimpulsantwort nach der Zeitbereichsentzerrung denke man sich weitere Impulsantwor ten ausgehend von den jeweils folgenden Abtastwerten (in Fig. 2 durch Punkte angedeutet). Zu jeder möglichen Lage muß der Aus schnitt der Impulsantwort, der in den Auswerterahmen 14 fällt, durch rechteckige Fensterung entnommen werden und durch FFT und anschließende Betragsquadratbildung die resultierende Störlei stungsdichte berechnet werden. Alle diese Beiträge von Kompo nenten der Nachbarrahmen 9a und 9b sind aufzuaddieren, um eine mittlere Störleistungsdichte, hervorgerufen durch das Über schreiten des Guard-Intervalls 8, zu erhalten. Da für die Im pulsantwortabschnitte ebenfalls das gleiche Rechteckfenster, wie für signalunabhängiges Rauschen, verwendet wird, ist auch hier der Leckeffekt der DFT zu berücksichtigen. Daher werden beide Störanteile in Schritt 6 zusammengefaßt, bevor der Lec keffekt einbezogen wird.A DMT receiver will usually time the detection frame 7 in such a way that the inter-block interference is minimized. A compromise is found in which post-oscillations 11 a and 11 b of components of the previous frame 9 a and pre-oscillators 12 a and 12 b of components of the following frame 9 b must be included as a disturbance. Fig. 2 shows an example of four channel impulse responses 10 a to 10 d (for the sake of clarity continuously represents Darge), caused by the respective closest samples from. Depending on the length of the channel impulse response after the time domain equalization, one thinks of further impulse responses based on the respective following sample values (indicated by dots in FIG. 2). For each possible position, the cut of the impulse response, which falls within the evaluation frame 14 , must be taken through rectangular windowing and the resulting Störlei stung density can be calculated by FFT and subsequent squared amount. All these contributions from components of the neighboring frames 9 a and 9 b are to be added up in order to obtain an average interference power density caused by exceeding the guard interval 8 . Since the same rectangular window is also used for the pulse response sections as for signal-independent noise, the leakage effect of the DFT must also be taken into account here. Therefore, both interference components are combined in step 6 before the Lec keffekt is included.
Die Länge des Guard-Intervalls 8 sei nG. Es ist möglich, die Lage des Detektionsrahmens 7 zu schätzen, indem man für ver schiedene Lagen eines Unterrahmens 13 der Länge nG+1 diejenige findet, bei der die maximale Energie im Unterrahmen 13 enthal ten ist. Nach diesem Unterrahmen 13 beginnt der Detektionsrah men 7.The length of the guard interval 8 is n G. It is possible to estimate the position of the detection frame 7 by finding that for different positions of a subframe 13 of length n G +1 in which the maximum energy in the subframe 13 is contained. After this subframe 13 , the detection frame 7 begins.
Nachstehend ist die Vorgehensweise nochmals formal beschrieben. Wir nehmen zunächst der Einfachheit einmal an, der Zeitnull punkt der Gesamtimpulsantwort si werde so gelegt, daß die Ener gie von Vor- (12a, 12b) und Nachschwingern (11a, 11b) der Im pulsantwort gleich ist, d. h. der Zeitnullpunkt liege im "Energieschwerpunkt" der Impulsantwort. Eine solche Zeitachsen verschiebung hat keinen Einfluß auf die Ergebnisse. Die Im pulsantwort sei damit für i = -nν, . . ., 0, . . . nn von Null verschieden (in der Praxis betragsmäßig kleiner als eine bestimmte Schwel le). nn sei die Anzahl der Nachschwinger- und nv die Anzahl der Vorschwingerabtastwerte. Der mittlere Signalleistungsdichtean teil |Ni s2| des Teils der Impulsantwort s, der über das Guard- Intervall hinaus in den nächsten Rahmen hineinreicht, kann nun wie folgt berechnet werden:The procedure is formally described again below. First of all, for the sake of simplicity, we assume that the zero time point of the total impulse response s i is placed in such a way that the energy of the pre-( 12 a, 12 b) and post-oscillations ( 11 a, 11 b) of the impulse response is the same, ie the Zero time lies in the "energy focus" of the impulse response. Such a time axis shift has no effect on the results. The impulse response is thus for i = -n ν,. . ., 0,. . . n n different from zero (in practice the amount is smaller than a certain threshold). Let n n be the number of post-oscillation samples and n v the number of pre-oscillation samples. The mean signal power density component | N i s2 | the part of the impulse response that extends beyond the guard interval into the next frame can now be calculated as follows:
Für alle σv = 0, . . . nn-a (mögliche Lagen der Impulsantwort, her
rührend von den verschiedenen Abtastwerten; a siehe Fig. 2)
For all σ v = 0,. . . n n -a (possible positions of the impulse response, originating from the different sample values; a see Fig. 2)
Es wurde hier die Rahmenlänge des Auswerterahmens in Überein stimmung mit der Überabtastung im Frequenzbereich wieder zu 4NTr gewählt.The frame length of the evaluation frame was chosen again to be 4N Tr in accordance with the oversampling in the frequency range.
Für alle σn = 0, . . ., nn - nG + a - 2:
si (σn) = s nG , i = 0, . . ., nn - nG + a - 2 - σn
si (σn) = 0, i = nn - nG + a - 1 - σn, . . ., 4NTr - 1
S(σn) = FFT(s(σn)).For all σ n = 0,. . ., n n - n G + a - 2:
s i (σ n ) = s n G , i = 0,. . ., n n - n G + a - 2 - σ n
s i (σ n ) = 0, i = n n - n G + a - 1 - σ n,. . ., 4N Tr - 1
S (σ n ) = FFT (s (σ n ) ).
Die Leistungsdichte der Inter-Blockinterferenz ergibt sich dann
zu
The power density of the inter-block interference then results in
Beispielhaft sind in den Fig. 4 und 5 vergleichende Ergeb nisse mit einem Entzerrer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (Kurven 10 in Fig. 4 und 30 in Fig. 5) und einem Entzerrer, der sich aus der oben beschriebenen gebrochen-rationalen Ka nalapproximation ergibt (Kurven 20 in Fig. 4 und Kurve 40 in Fig. 5), gezeigt. Dargestellt sind in Fig. 4 die Kanalkapazitä ten log2(1+SNRi) entsprechend den Signal-Geräusch-Verhältnissen und in Fig. 5 ist die Gesamtimpulsantwort von Kanal und Entzer rer gezeigt, wobei das gewählte Guard-Intervall der Länge 32 mit senkrechten, gestrichelten Linien angedeutet ist. Der zugrunde gelegte Kanal war eine symmetrische Doppelader mit 0,4 mm Durchmesser und einer Länge von 3,5 km. Als Störquelle wurde ein sogenannter AslMx (Anschlußleitungsmultiplexer) innerhalb des gleichen Sternvierers als Nahnebensprechstörer angenommen. Bei Simulationen von ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) ergab sich hierbei durch Verwendung des erfindungsgemäßen Ver fahrens eine Reichweitenerhöhung um ca. 200 m gegenüber der Entzerrereinstellung durch gebrochen-rationale Kanalapproxima tion. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist die gleichmäßige Konvergenz, d. h. es treten weniger Schwankungen in den Resulta ten für verschiedene Längen auf. Dies ist bei der gebrochen- rationalen Approximation nicht gegeben. Wichtig ist auch, daß das erfindungsgemäße Verfahren nur diejenigen Trägerpositionen bei der Optimierung einbezieht, die für die spätere Nutzung vorgegeben werden. Frequenzbereiche können somit beliebig aus gespart werden.By way of example in FIGS. 4 and 5 comparative profits or losses with an equalizer according to the inventive method (curve 10 in Fig. 4 and 30 in Fig. 5) and an equalizer, resulting from the above fractional-rational Ka nalapproximation ( Curves 20 in Fig. 4 and curve 40 in Fig. 5). Are shown in Fig. 4 th the Kanalkapazitä log 2 (1 + SNR i) corresponding to the signal-to-noise ratios and in Fig. 5, the overall impulse response of the channel and Entzer shown rer, wherein the selected guard interval of length 32 with vertical , dashed lines is indicated. The canal used as a basis was a symmetrical twin vein 0.4 mm in diameter and 3.5 km in length. A so-called AslMx (connection line multiplexer) within the same star quad was assumed to be the source of interference as a near-end crosstalk interferer. In simulations of ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), using the method according to the invention resulted in a range increase of approx. 200 m compared to the equalizer setting by fractional-rational channel approximation. Another advantage of the method is the uniform convergence, ie there are fewer fluctuations in the results for different lengths. This is not the case with the fractional-rational approximation. It is also important that the method according to the invention only includes those carrier positions in the optimization which are specified for later use. Frequency ranges can thus be saved as required.
Claims (4)
- a) additives Zusammenfassen des Störleistungsdichtespek trums von Rauscheinflüssen und des Störleistungsdichtespek trums, das durch Überschreiten des Guard-Intervalls durch die Kanalimpulsantwort nach Zeitbereichsentzerrung ent steht, zu einem gemeinsamen Störleistungsdichtespektrum,
- b) Berücksichtigung des Leckeffekts der DFT für das gemein same Störleistungsdichtespektrum, und
- c) Optimieren der Kanalkapazitätsgröße
wobei U die Menge der Trägerpositionen ist, für die die Optimierung durchgeführt werden soll.
- a) additive consolidation of the interference power density spectrum of noise influences and the interference power density spectrum that arises when the guard interval is exceeded by the channel impulse response after time domain equalization into a common interference power density spectrum,
- b) Consideration of the leakage effect of the DFT for the common interference power density spectrum, and
- c) Optimizing the channel capacity size
where U is the set of carrier positions for which the optimization is to be carried out.
- a) der Leckeffekt durch Multiplikation der Autokorrelierten (Rücktransformierte der Rauschleistungsdichtefunktion) mit einer Dreiecksfunktion im Zeitbereich berücksichtigt wird, und
- b) die Lage des empfangsseitigen Detektionsrahmens durch Bestimmen der maximalen Energie innerhalb eines Bereichs der um Eins vergrößerten Länge des Guard-Intervalls ge schätzt wird, wobei der Detektionsrahmen, dessen Lage durch den maximalen Energieinhalt gekennzeichnet ist, nach diesem Bereich beginnt.
- a) the leakage effect is taken into account by multiplying the autocorrelated (inverse transform of the noise power density function) with a triangle function in the time domain, and
- b) the location of the receiving-side detection frame is estimated by determining the maximum energy within a range of the length of the guard interval increased by one, the detection frame, the position of which is characterized by the maximum energy content, begins after this range.
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