DE19911438A1 - Modulation method for digital transmission in narrow band transmission channels by transferring test sequences as single carrier and selecting a number of channels so that length of symbols in it equal to length of test sequences - Google Patents
Modulation method for digital transmission in narrow band transmission channels by transferring test sequences as single carrier and selecting a number of channels so that length of symbols in it equal to length of test sequencesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft das Gebiet der digitalen Signalübertragung in schmalbandigen Übertragungskanälen.The invention relates to the field of digital signal transmission in narrowband Transmission channels.
Digitale Übertragungsverfahren in schmalbandigen Übertragungskanälen finden ihre Anwendung in militärischen Modems, speziell auf Kurzwelle (siehe Kotolowski, Brakemeier et al.: High Data Rate Modem: Comparison of Serial and Parallel Waveforms for Shortwave Communications, Nordic HF 1998), sowie in zivilen Anwendungen bei der Digitalübertragung in den Lang-, Mittel- und Kurzwellenbereichen. Diese Übertragungs kanäle sind häufig mit selektivem Fading behaftet. Auch in Kabelkanälen kann durch Echoerscheinungen selektives Fading auftreten.Digital transmission methods in narrow-band transmission channels find their way Use in military modems, especially on shortwave (see Kotolowski, Brakemeier et al .: High Data Rate Modem: Comparison of Serial and Parallel Waveforms for Shortwave Communications, Nordic HF 1998), as well as in civil applications at the Digital transmission in the long, medium and short wave ranges. This transmission channels are often subject to selective fading. Can also pass through in cable ducts Echoes of selective fading occur.
Die digitale Übertragung in Rundfunkkanälen findet z. Z. weltweites Interesse. Dies dokumentiert sich z. B. in der Gründung des internationalen Konsortiums "Digitale Radio Mondiale" (DRM, http://www.drm.org) und in den parallel laufenden Aktivitäten in der ITU (International Telecommunication Union).The digital transmission in radio channels takes place e.g. Currently worldwide interest. This is documented e.g. B. in the establishment of the international consortium "Digital Radio Mondiale "(DRM, http://www.drm.org) and in parallel activities in the ITU (International Telecommunication Union).
Bei der militärischen Anwendung sind zwei Modulationsverfahren üblich. Dies sind ein Einträgerverfahren und ein Mehrträgerverfahren. Bei der Rundfunkanwendung soll ein weltweit einheitliches Verfahren durch DRM bzw. ITU festgelegt werden. Dies könnte z. B. ein Einträger- oder ein Mehrträgerverfahren sein.Two modulation methods are common in military applications. These are one Single-carrier process and a multi-carrier process. In the broadcasting application, a globally uniform procedure can be determined by DRM or ITU. this could e.g. B. be a single-carrier or a multi-carrier method.
Das Einträgerverfahren verwendet einen Datenstrom (Nutzdaten z. B. Audiodaten und Fast Information Daten, FIC), bei dem zwischen die Datensymbole in periodischen Abständen "Testsequenzen" eingelagert sind (Fig. 1), mit deren Hilfe u. a. die schnelle Synchronisation des Empfängers erfolgt und der Übertragungskanal vermessen werden kann (Kanalschätzung), woraus die Information zur adaptiven Kanalentzerrung (für den Empfänger) gewonnen wird (siehe Rudolph et al.: Patentanmeldung PCT/EP97/06042: Verfahren zur Störsignalunterdrückung bei der Übertragung digitaler Signale).The single carrier method uses a data stream (user data, for example audio data and fast information data, FIC), in which "test sequences" are periodically embedded between the data symbols ( FIG. 1), with the aid of which, among other things, the receiver is rapidly synchronized and the transmission channel can be measured (channel estimation), from which the information on adaptive channel equalization (for the receiver) is obtained (see Rudolph et al .: patent application PCT / EP97 / 06042: method for interference signal suppression when transmitting digital signals).
Die Testsequenzen sind für die digitale Übertragung bei einer Rundfunkanwendung von elementarer Wichtigkeit, weil speziell infolge des mobilen Betriebes der Empfänger im Auto häufig eine schnelle (Re-)Synchronisation des Empfängers notwendig wird.The test sequences are for digital transmission in a radio application from elementary importance, because especially due to the mobile operation of the receiver in Auto a fast (re) synchronization of the receiver becomes necessary.
Die Testsequenzen dienen im Empfänger zu folgenden Zwecken:
The test sequences are used in the receiver for the following purposes:
- - Synchronisation von Frequenz, Phase, Timing- Synchronization of frequency, phase, timing
- - Frequenz-Korrektur und Frequenz-Regelung- Frequency correction and frequency control
- - Pegel-Kontrolle- level control
- - Kanalschätzung- channel estimation
- - Adaptive Entzerrung- Adaptive equalization
- - Unterdrückung von Störträgern- suppression of interference
- - Einstellung der Kanal-Bandbreite (9 KHz/10 KHz)- Setting the channel bandwidth (9 KHz / 10 KHz)
- - Fehlermessungen, Bitfehlermessungen- error measurements, bit error measurements
- - Parametereinstellung für hierarchische Modulation- Parameter setting for hierarchical modulation
- - Umschaltung zwischen analogen (AM) und digitalen Sendungen- Switching between analog (AM) and digital broadcasts
Während das Einträgerverfahren zeitlich kurze Symbole verwendet, die frequenzmäßig die gesamte Kanalbandbreite ausfüllen, verwendet das Mehrträgerverfahren zeitlich lange Symbole, die frequenzmäßig nur einen Teil der Kanalbandbreite ausfüllen (Fig. 2). Dieser Teil wird als "Sub-Channel" (Teilkanal) bezeichnet. Da mit langsameren Datensymbolen nur eine entsprechend geringere Datenmenge übertragbar ist (verglichen mit dem Einträgerverfahren), muß zur Erreichung der gleichen Datenmenge in mehreren parallelen Sub-Channels gleichzeitig übertragen werden, wodurch sich die Namensgebung "Mehrträger" erklärt. Häufig werden zur Vereinfachung sehr viele sehr schmale Sub- Channels verwendet. Die Datensymbole werden dadurch sehr lang; insbesondere können sie um ein Vielfaches länger als das längste auftretende Echo im Übertragungskanal gewählt werden. While the single-carrier method uses short-term symbols that fill the entire channel bandwidth in terms of frequency, the multi-carrier method uses long-time symbols that only fill in part of the channel bandwidth in terms of frequency ( FIG. 2). This part is called the "sub-channel". Since only a correspondingly smaller amount of data can be transmitted with slower data symbols (compared to the single-carrier method), the same amount of data must be transmitted in several parallel sub-channels at the same time, which explains the name "multi-carrier". To simplify matters, many very narrow subchannels are often used. This makes the data symbols very long; in particular, they can be selected many times longer than the longest occurring echo in the transmission channel.
In einem solchen Fall (Regelfall für OFDM, "Orthogonal Frequency Division Multiplex") wird im Empfänger der Überlappungsbereich der aufeinanderfolgenden Symbole ausgeblendet, wodurch alle durch Echos verursachten Effekte verschwinden.In such a case (normal case for OFDM, "Orthogonal Frequency Division Multiplex") becomes the overlap area of the successive symbols in the receiver disappears, causing all effects caused by echoes to disappear.
Diese Ausblend-Zeit wird "Guard-Intervall" benannt (in Fig. 2 als "GAP" = "Lücke" bezeichnet). Die Signalenergie der Empfangssignale wird um den Anteil aus der Lücke vermindert. Durch diese Technik erübrigt sich jedoch eine Entzerrung in den Teilkanälen (Sub-Channels). Jeder dieser Teilkanäle erleidet nur noch jeweils ein gleichmäßiges ("flat") Fading. Andererseits steckt der Aufwand jetzt in der notwendigen FFT (Fast Fourier Transformation) und in der unentbehrlichen Codierung. Die Synchronisation und die bei höherstufigen Datensymbolen ebenfalls notwendige Kanalschätzung sind aufwendiger als beim Einträgerverfahren, bei dem mittels der Testsequenzen eine besonders einfache und robuste Art zur Verfügung steht.This fade-out time is called the "guard interval" (referred to in FIG. 2 as "GAP" = "gap"). The signal energy of the received signals is reduced by the portion from the gap. This technique eliminates the need for equalization in the subchannels. Each of these subchannels only suffers from flat fading. On the other hand, the effort is now in the necessary FFT (Fast Fourier Transformation) and in the indispensable coding. The synchronization and the channel estimation, which is also necessary for higher-level data symbols, are more complex than with the single-carrier method, in which a particularly simple and robust type is available by means of the test sequences.
Während es bei analogen Modulationsverfahren nur die Eingriffsmöglichkeiten in die Amplitude (→ Amplitudenmodulation) oder die Frequenz (→ Frequenzmodulation) oder die Phase (→ Phasenmodulation) des Trägers gibt, stehen bei digitalen Modulationen eine fast unbegrenzte Vielfalt der Eingriffsmöglichkeiten bzw. der Parameter offen. Hierbei zeigt es sich, daß im Empfänger dann ein Minimum an Aufwand nötig ist, wenn alle verfügbaren Parameterwerte jeweils in vernünftigem Maße ausgeschöpft werden.While with analog modulation methods it is only possible to intervene in the Amplitude (→ amplitude modulation) or frequency (→ frequency modulation) or the phase (→ phase modulation) of the carrier, there is a digital modulation almost unlimited variety of intervention options or parameters open. Here it turns out that a minimum of effort is required in the receiver when all available parameter values are used to a reasonable extent.
So bedeuten im Falle des Einträgerverfahrens Echos, die sehr lang im Verhältnis zur Symboldauer sind, einen mit der Länge überproportional ansteigenden Aufwand im adaptiven Entzerrer. Andererseits ist die Größe der notwendigen FFT beim Mehrträgerverfahren direkt von der Anzahl der Teilkanäle abhängig. Weiterhin sind die Synchronisation und die Kanalschätzung hier sehr aufwendig. Durch die Guard-Periode verliert man zudem einen Teil der Übertragungskapazität.So in the case of the one-carrier method, echoes mean very long in relation to the Symbol duration is a disproportionately increasing effort in the length adaptive equalizer. On the other hand, the size of the necessary FFT is the same Multi-carrier process directly dependent on the number of subchannels. Furthermore, the Synchronization and channel estimation are very complex here. Through the guard period you also lose part of the transmission capacity.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, für die digitale Übertragung in schmalbandigen Übertragungskanälen ein Modulationsverfahren anzubieten, das die Eigenschaften von Ein- und Mehrträgerverfahren vorteilhaft verknüpft. The invention has for itself the task of digital transmission in narrowband To offer a modulation method for the transmission channels that reflects the properties of Single and multi-carrier processes advantageously linked.
Zum Einsatz kommt ein modifiziertes Mehrträgerverfahren mit nur wenigen Teilkanälen. Der Datenstrom wird wie beim Einträgerverfahren strukturiert. Die Teilkanäle werden so breit gehalten, daß "Flat-Fading" nicht mehr unterstellt werden kann. Es ist pro Teilkanal eine adaptive Entzerrung erforderlich, die jedoch mit sehr viel weniger Aufwand auskommt als beim Einträgerverfahren.A modified multi-carrier process with only a few subchannels is used. The data stream is structured as in the single-carrier process. The subchannels are like this kept wide that "flat fading" can no longer be assumed. It is per subchannel Adaptive equalization is required, but with much less effort manages than with the one-carrier process.
Da der Aufwand im Entzerrer mit dem Verhältnis von Länge der Echos zu Länge der Symbole überproportional steigt (quadratisch bis kubisch, je nach Typ), ergibt sich hierdurch eine Reduktion des Aufwandes.Because the effort in the equalizer is related to the ratio of the length of the echoes to the length of the Symbols increase disproportionately (square to cubic, depending on the type) a reduction in effort.
Beispielsweise wird für einen Entzerrer eine Länge von 100 angenommen. Der (Rechen-) Aufwand sei damit normiert angenommen zu 100.100 = 10000. Bei 10 Teilkanälen sind die Symbole jeweils einen Faktor 10 länger und der Entzerrer-Aufwand muß jeweils nur noch zu 10 angesetzt werden, wodurch sich pro Entzerrer ein Aufwand von 10.10 = 100 ergibt. Da man für 10 Teilkanäle einen Entzerrer benötigt, ist der Gesamtaufwand damit 1000, also hier nur noch 10% verglichen mit dem Einträgerverfahren. Bei einer kubischen Abhängigkeit sind die Zahlenwerte 10∧6 zu 10∧4, also nur noch 1%. Solche optimistischen Zahlenwerte ergeben sich allerdings nur bei sehr "schlechten" Kurzwellen- Kanälen mit langen Echodauern.For example, a length of 100 is assumed for an equalizer. The (computational) effort is thus assumed to be 100,100 = 10,000. With 10 subchannels, the symbols are each a factor 10 longer and the equalizer effort only has to be set to 10, which means an effort of 10.10 = 100 per equalizer results. Since an equalizer is required for 10 subchannels, the total effort is 1000, so here only 10% compared to the single-carrier method. In the case of a cubic dependency, the numerical values are 10 ∧ 6 to 10 ∧ 4, i.e. only 1%. Such optimistic numerical values, however, only arise with very "bad" shortwave channels with long echo durations.
Das Modulationsverfahren ist erfindungsgemäße wie folgt charakterisiert:
The modulation method according to the invention is characterized as follows:
- 1. Der Datenstrom (bzw. Symbolstrom) wird strukturiert entsprechend zum Einträgerverfahren, d. h. in den Nutzdatenstrom werden periodische Testsequenzen eingebettet.1. The data stream (or symbol stream) is structured according to Single-carrier procedure, d. H. Periodic test sequences are included in the user data stream embedded.
- 2. Die Nutzdaten werden als Mehrträgermodulation mit wenigen Teilkanälen übertragen, wodurch die Symbole in den Teilkanälen kürzer werden. Eine adaptive Entzerrung wird jeweils notwendig, eine Guardperiode (Lücke) ist nicht erforderlich.2. The user data are transmitted as multi-carrier modulation with a few subchannels, which makes the symbols in the subchannels shorter. An adaptive equalization becomes necessary in each case, a guard period (gap) is not required.
- 3. Die Testsequenzen werden als Einträgermodulation übertragen. Hierdurch bleiben alle (oben angeführten) Vorteile der Testsequenzen erhalten, insbesondere die schnelle Synchronisation des Empfängers und die Kanalschätzung. 3. The test sequences are transmitted as single-carrier modulation. This leaves everyone Get (above) advantages of the test sequences, especially the fast ones Synchronization of the receiver and the channel estimation.
- 4. Der Gesamtkanal wird in Teilkanäle unterteilt, was mit Hilfe von Fensterfunktionen (Windowing) erfolgen kann. Damit gewinnt man die Information für die adaptive Entzerrung der einzelnen Teilkanäle.4. The overall channel is divided into subchannels, using window functions (Windowing) can be done. This gives you the information for the adaptive Equalization of the individual subchannels.
- 5. Die Testsequenz kann auch ihrerseits in Teilkanälen als Mehrträgermodulation gemäß den Nutzdaten übertragen werden.5. The test sequence can also be in turn in subchannels as multi-carrier modulation the user data are transmitted.
- 6. Die Anzahl der Teilkanäle wird so gewählt, daß die Länge der Symbole in den Teilkanälen der Länge der Testsequenz entspricht. Damit hat die FFT in jedem Fall die gleiche Länge.6. The number of subchannels is chosen so that the length of the symbols in the Subchannels corresponds to the length of the test sequence. The FFT definitely has that same length.
- 7. Vorteilhaft werden eine geradzahlige Anzahl von Teilkanälen verwendet, da damit genau in Bandmitte eine Lücke entsteht. Somit wirken sich Träger von AM-Sen dungen, die während einer Übergangsperiode im gleichen Kanal auftreten können, nicht aus.7. It is advantageous to use an even number of subchannels because of this there is a gap in the middle of the band. Thus, carriers of AM-Sen act that can occur in the same channel during a transition period, not from.
-
8. Der Fast Information Kanal (FIC) bleibt erhalten. Damit lassen sich vorteilhaft fol
gende Eigenschaften realisieren:
- - Kanal für den Erstzugriff und für schnelle Information (wie z. B. Sendername, Programmname, etc.)
- - Monitoring alternativer Empfangsfrequenzen und Messungen von deren Frequenz, Phase, Timing, Pegel
- - Unterdrückung spektraler Störkomponenten.
- - Channel for the first access and for quick information (such as station name, program name, etc.)
- - Monitoring of alternative reception frequencies and measurements of their frequency, phase, timing, level
- - Suppression of spectral interference components.
Claims (4)
daß der Datenstrom als Mehrträgerverfahren mit wenigen Trägern übertragen wird,
daß in den Datenstrom periodische Testsequenzen eingebettet werden,
daß die Testsequenzen als Einträgerverfahren übertragen werden, und
daß die Anzahl der Teilkanäle so gewählt wird, daß die Länge der Symbole in den Teilkanälen gleich der Länge der Testsequenzen wird, wobei die Anzahl der Teilkanäle eine gerade Zahl sein soll, damit genau in Kanalmitte eine spektrale Lücke entsteht.1. Modulation method for digital transmission in narrow-band transmission channels with selective fading, characterized in that
that the data stream is transmitted as a multi-carrier method with few carriers,
that periodic test sequences are embedded in the data stream,
that the test sequences are transmitted as a single carrier method, and
that the number of subchannels is selected so that the length of the symbols in the subchannels is equal to the length of the test sequences, the number of subchannels being an even number, so that a spectral gap arises precisely in the center of the channel.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19911438A DE19911438A1 (en) | 1999-03-04 | 1999-03-04 | Modulation method for digital transmission in narrow band transmission channels by transferring test sequences as single carrier and selecting a number of channels so that length of symbols in it equal to length of test sequences |
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DE19911438A1 true DE19911438A1 (en) | 2000-09-07 |
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Citations (3)
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---|---|---|---|---|
DE19535075A1 (en) * | 1994-10-21 | 1996-04-25 | Deutsche Telekom Ag | Quadrature amplitude modulation transmission system |
DE19518858C1 (en) * | 1995-05-23 | 1996-07-04 | Rundfunkschutzrechte Ev | Digital data transmission system |
DE19733825A1 (en) * | 1997-08-05 | 1999-02-11 | Siemens Ag | Method and arrangement for combined measurement of the start of a data block and the carrier frequency offset in a multicarrier transmission system for irregular transmission of data blocks |
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1999
- 1999-03-04 DE DE19911438A patent/DE19911438A1/en not_active Withdrawn
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