DE19743167A1 - Kommunikationssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem für digitale Datenübertragung, insbesondere im Lang-, Mittel- und Kurzwellenbereich.

Der wegen geringer Qualität der AM-Übertragung gegenüber der UKW-Übertragung in den Hintergrund getretene Lang-, Mittel- und Kurzwellenbereich findet mit Anwendung digitaler Übertragungstechniken wieder zunehmend In­ teresse, siehe z. B. "Digitaler Mittelwellenrundfunk" von A. Brakemeier in tele­ kom praxis 9/96, Seite 33-38.

Aufgrund der in diesem Frequenzbereich auftretenden Eigenschaften der Übertragungskanäle mit Mehrwegeausbreitung, Zeitvarianz und additiven Stö­ rungen sind an die Übertragungsverfahren sehr hohe Anforderungen gestellt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kommunikationssystem der einleitend genannten Art anzugeben, welches diesen Anforderungen ge­ recht wird.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unteransprüche ent­ halten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Die Erfindung ermöglicht eine hohe Bitrate bei der Übertragung mit geringer Komplexität der empfängerseitigen Verarbeitung, insbesondere der Entzerrung der Empfangssignale auch bei Kanälen mit langer Echolaufzeit. Bei gleicher maximaler Echolaufzeit sind die Kanalstoßantworten in Vielfachen der Sym­ boldauer bei der Erfindung wesentlich kürzer als bei einem einzigen Kanal mit entsprechend größerer Frequenzbandbreite. Hierdurch werden die Filter zur Entzerrung der Empfangssignale gleichfalls kürzer und damit einfacher zu be­ rechnen und robuster gegen Störungen.

Vorteilhafterweise wird für die Erfindung das konventionelle Frequenzraster von 5 kHz beim Kurzwellenrundfunk, 9 kHz beim Mittel- und Langwellenrund­ funk beibehalten, wobei die Breite eines Kanals bei der Erfindung vorzugswei­ se zwischen 2,5 kHz und 6 kHz liegt. Für Mittel- und Langwelle wird vorzugs­ weise eine Kanalbreite von 4,5 kHz gewählt. Die genutzten Kanäle sind vor­ zugsweise im Frequenzraster unmittelbar benachbart.

Die sendeseitig mit Codierung, Interleaving, Scrambling etc. aufbereiteten Da­ ten werden auf die mehreren Kanäle verteilt. Jedes Datensymbol beinhaltet mehrere Codebits. Für die Übertragung wird in jedem Kanal Einträgermodulati­ on verwandt. In den Datenstrom werden in jedem Kanal Testsymbole eingefügt, anhand derer empfängerseitig eine Schätzung der Kanalstoßantwort erfolgen kann. Eine bevorzugte Signalstruktur sieht eine in allen Kanälen gleiche Un­ terteilung des Symbolstroms in Datenblöcke vor, die wieder jeweils aus mehre­ ren Datenrahmen aufgebaut sind. Vorzugsweise enthält jeder Datenrahmen eine Testsymbolfolge und eine Datensymbolfolge. Zusätzlich können Steuer­ symbole oder Präambeln zur Übermittlung von Informationen zur empfänger­ seitigen Synchronisation und/oder zu Modulationsparametern in den Symbol­ strom aufgenommen werden. Nach der Einträgermodulation werden die Teilsi­ gnale der einzelnen Kanäle gegebenenfalls mit einem gegenseitigen Zeitver­ satz entsprechend einem Frequenzmultiplex zusammengeführt.

Besonders vorteilhaft ist die Unterscheidung der genutzten Kanäle in einen Referenzkanal und andere, im folgenden auch Erweiterungskanäle genannte Kanäle. Die Einträgermodulation und die Einfügung von Testsymbolen ist bei allen Kanälen gegeben. Der Referenzkanal unterscheidet sich von den übrigen Kanälen zumindest bei der empfängerseitigen Auswertung insbesondere da­ durch, daß aus den darin übertragenen Signalen Parameter abgeleitet werden, die auch auf die Auswertung der Teilsignale in den anderen Kanälen ange­ wandt werden. Solche Parameter sind insbesondere die genaue Trägerfre­ quenz und Synchronisationsparameter zur Blocksynchronisation und Rahmen­ synchronisation. Weitere wesentliche, vorzugsweise nur im Referenzsignal übermittelte Parameter sind insbesondere Modulationsparameter, die vorzugs­ weise in Form von Steuersymbolen codiert mitübermittelt werden. Die übermit­ telten Modulationsparameter enthalten auch Angaben zu gegebenenfalls vor­ liegendem Interleaving und Scrambling.

Die Schätzung der Kanalstoßantwort und die daraus abgeleitete Einstellung von Entzerrerfiltern erfolgen in jedem Kanal getrennt. Damit wird den häufig stark frequenzselektiven Störungen und Verzerrungen in den betrachteten Fre­ quenzbereichen Rechnung getragen.

Bei Empfang der Mehrkanalübertragung mit Einträgermodulation wird das Empfangssignal vorzugsweise als Ganzes in der Gesamtbreite aller benutzten Kanäle empfangen, abgetastet und digitalisiert. Die weitere Signalverarbeitung erfolgt digital, insbesondere auch die Trennung der Teilsignale der verschie­ denen Kanäle durch Frequenzdemultiplexing. Digitale Filter hierfür sind einfach aufgebaut und leicht realisierbar. Verschiedene Realisierungsformen sind aus dem Stand der Technik bekannt.

Zu Beginn eines Empfangs wird zuerst das Empfangssignal des Referenzka­ nals extrahiert. Hierfür erfolgt eine Frequenzverschiebung entsprechend der Zwischenträgerfrequenz des Referenzkanals und eine Tiefpaßfilterung. Diese Operationen werden digital durchgeführt in der Art, daß das Empfangssignal des Referenzkanals bei einer Zwischenfrequenz zu liegen kommt, die der wei­ teren Signalverarbeitung entspricht und diese möglichst vereinfacht (Verarbeitungsfrequenz). Bei der Einträgermodulation wird günstigerweise die Verarbeitungsfrequenz des transformierten Signals zu Null gewählt. Dies ent­ spricht einer Transformation des Empfangssignals in den äquivalenten Tief­ paßbereich. Dies wird auch Beschreibung als komplexe Einhüllende bezeich­ net. Die Tiefpaßfilterung erlaubt gleichzeitig eine Reduktion der Abtastrate, so daß nun entsprechend der Bandbreite eines Teilkanals abgetastet werden kann, also entsprechend dem zugrundeliegenden Frequenzraster. Günstig ist es, die Abtastfrequenz entsprechend der Symbolrate 1/T_s (T_s =Symboldauer) mit N_TS Abtastungen je Symbol zu wählen, das heißt es wird im Zeitabstand T_s/N_TS abgetastet. Vorzugsweise ist N_TS=2. Die Abtastwerte sind im allgemei­ nen komplexwertig.

Durch den Funkkanal, durch Frequenzabweichungen der Oszillatoren auf Sen­ der- und Empfängerseite sowie durch bewegte Sender bzw. Empfänger kann eine Frequenzverschiebung auftreten. Die empfängerseitige Synchronisation umfaßt daher auch eine Frequenzschätzung und erforderlichenfalls den Aus­ gleich einer Frequenzverschiebung. Ein weiterer Teil der Synchronisation ist eine Schätzung der Position der Rahmen bzw. der darin enthaltenen Testfol­ gen sowie eine Schätzung des Anfangszeitpunktes eines Datenblocks.

Die Synchronisation wird vorzugsweise nur aufgrund des im Referenzkanal empfangenen Teilsignals durchgeführt. Das Ergebnis der Synchronisation wird dann sowohl auf den Referenzkanal als auch auf die Erweiterungskanäle an­ gewandt, d. h. der Synchronisationszeitpunkt wird auf die Erweiterungskanäle übertragen und das Gesamtempfangssignal wird breitbandig mit der geschätz­ ten Frequenzverschiebung in der Frequenz korrigiert.

Wenn während des Empfangs Taktverschiebungen auftreten oder weitere Fre­ quenzverschiebungen, so werden diese Änderungen nur mit Hilfe des Refe­ renzkanals bestimmt. Die Ergebnisse werden auf alle Erweiterungskanäle übertragen.

Die Wiedergewinnung der Datensymbole erfolgt bis auf die beschriebene Takt- und Frequenzsynchronisation unabhängig in allen Teilkanälen. Nacheinander oder auch parallel werden die Teilsignale der verschiedenen Kanäle jeweils zur Verarbeitungsfrequenz verschoben und durch Tiefpaßfilterung extrahiert. Gleichzeitig wird die Abtastrate auf die Symbolrate pro Kanal angepaßt. Der Demodulationsprozeß ist für alle Kanäle gleich. Er gliedert sich in eine Schät­ zung der Kanalstoßantwort und eine darauf aufbauende Entzerrung. Jeder Ka­ nal liefert die erkannten Datensymbole, gegebenenfalls versehen mit einer Soft Decision Information. Die Decodierung wird über sämtliche Datensymbole aller Teilkanäle gemeinsam durchgeführt. Dabei wird der Prozeß der Verteilung der Symbole auf die einzelnen Kanäle umgekehrt. Vorzugsweise wird Soft Decision Decodierung verwendet.

In Fig. 1 ist das Prinzip der senderseitigen Aufteilung eines Sendesymbol­ stroms auf mehrere Teilkanäle durch Multiplexing M skizziert. In jedem Kanal wird mittels Einträgermodulation und unter Einfügung von Testfolgen ein Teil­ signal erzeugt, das auf eine von mehreren Zwischenträgerfrequenzen ZF0, ZF1, ZF2 im gewählten Kanalraster umgesetzt wird. Die mehreren Teilsignale werden additiv überlagert und als Sendesignale gegebenenfalls nach weiterer Frequenzumsetzung übertragen. Fig. 2 zeigt ein Spektrum eines auf drei Ka­ näle im Frequenzraster DF aufgeteilten Sendesignals mit Kanalmittelfrequen­ zen F0, F1 und F2. Vorzugsweise dient der mittlere Kanal bei F1 als Referenz­ kanal. Die Zwischenträgerfrequenzen sind vorteilhafterweise so gewählt, daß das entstehende Signal im Spektrum symmetrisch wird.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens auf verschiedene Weise variierbar.

Claims (11)

1. Kommunikationssystem für digitale Datenübertragung, insbesondere im Lang-, Mittel- und Kurzwellenbereich, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten auf mehrere Kanäle verteilt und in jedem Kanal in Einträgermodulati­ on übertragen werden.

2. Kommunikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle im einfachen, halben oder doppelten koventionellen Frequenzraster vorliegen.

3. Kommunikationssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Kanal Testsignale zur empfängerseitigen Schätzung der Ka­ naleigenschaften übertragen werden.

4. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kanäle unterschieden sind in einen Referenzkanal und Erweiterungskanäle, wobei in dem Referenzkanal empfängerseitig Übertragungsparameter für alle Kanäle bestimmt und auf alle Kanäle ange­ wandt werden.

5. Kommunikationssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Referenzkanal Synchronisationsparameter bestimmt werden.

6. Kommunikationssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das übertragene Signal eine Struktur aus in Datenrahmen unterteilten Da­ tenblöcken aufweist und empfängerseitig die Rahmen- und Blocksynchroni­ sationsparameter im Referenzkanal bestimmt und auf die übrigen Kanäle angewandt werden.

7. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Referenzkanal Modulationsparameter ermittelt wer­ den.

8. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Referenzkanal zusätzliche Steuersymbole übertragen werden.

9. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die mehreren Frequenzkanäle im Frequenzraster un­ mittelbar benachbart sind.

10. Kommunikationssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale aller Kanäle gemeinsam breitbandig empfangen und durch di­ gitale Filterung getrennt werden.

11. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Signale aller Kanäle gemeinsam digital erzeugt und gemultiplext werden.