DE4326007A1 - Method for coordinated digital transmission via a plurality of transmission paths - Google Patents

Method for coordinated digital transmission via a plurality of transmission paths

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Abstract

A method for digital transmission via two or more transmission paths is indicated in which statistical dependencies between the interference which are superimposed on the individual received sub-signals are used to increase immunity to interference. This is done by forming estimated values for the interference in the next step using the interference determined in all transmission sub-systems for preceding steps and by subtracting these estimated interference values from the received signals. The method can be combined with known coordinated reception methods or can be used for direct minimisation of the residual interference. The coordinated transmission method can be implemented in a plurality of embodiments which are equivalent to one another, i.e. as interference prediction with cross-coupling between the transmission sub-systems, as a cross-coupled decorrelation of the interference with decision feedback equalisers and also as a generalised Tomlinson-Harashima precoding with cross-couplings at the transmitting and receiving ends. Further versions are represented by coordinated sequence estimation methods and status-reduced sequence estimation methods.

Description

1 Einleitung, Stand der Technik1 Introduction, state of the art

Die Erfindung bezieht sich auf digitale Nachrichtenübertragungsverfahren, bei denen das Signal über zwei oder mehrere Übertragungswege zum Empfänger gelangt. Ein Beispiel hierzu stellt die leitergebundene digitale Mehrfachübertragung dar, bei der zum Zwecke einer Verminderung der Signalbandbreite und damit auch der Signaldämpfung der Datenstrom in zwei oder mehrere Teildatenströme aufgespalten wird, die je über eine Leitung zum Empfänger übertragen werden (Beispiele: Dual- und Tripel-Duplex-Übertragung über symmetrische Leitungen für sog. HDSL- oder ADSL-Verbindungen (HDSL: High Rate Digital Subscriber Line; ADSL: Asymmetric Digital Subscriber Line, siehe [1].) Als weitere Beispiele können auf mehrere Teilkanäle aufgespaltene Richtfunkverbindungen sowie Diversity-Verfahren und Mehrwegeausbreitung bei der digitalen Funkübertragung angeführt werden. Das Verfahren gemäß dieser Erfindung nutzt statistische Abhängigkeiten zwischen den Störungen, die den einzelnen Teilempfangssignalen überlagert sind, zur Erhöhung der Zuverlässigkeit der empfangenen digitalen Nachricht aus. Dadurch wird wiederum eine Vergrößerung der maximal überbrückbaren Feldlänge ermöglicht.The invention relates to digital message transmission methods, in which the Signal reaches the receiver via two or more transmission paths. An example for this purpose represents the digital multiple transmission with the conductor for the purpose a reduction in the signal bandwidth and thus also the signal attenuation of the data stream is split into two or more partial data streams, each via a line be transmitted to the receiver (examples: dual and triple duplex transmission via symmetrical lines for so-called HDSL or ADSL connections (HDSL: High Rate Digital subscriber line; ADSL: Asymmetric Digital Subscriber Line, see [1].) As further Examples can include directional radio connections split over several subchannels as well Diversity procedures and multipath propagation in digital radio transmission cited become. The method according to this invention uses statistical dependencies between the interference that is superimposed on the individual partial reception signals to increase the Reliability of the received digital message. This in turn becomes a Enlargement of the maximum bridgeable field length enables.

In [2, 3] werden Verfahren zur Nutzung einer Korrelation der Störungen bei einer Dual- Duplex-Übertragung für HDSL vorgestellt. Dabei werden allerdings nur statistische Bindungen zwischen den beiden Störungen zum gleichen Zeitpunkt, nämlich dem Zeitpunkt der Entscheidung über beide aktuell anliegende Symbole betrachtet. Es wird gezeigt, daß durch eine empfangsseitige lineare Transformation ohne Gedächtnis eine Dekorrelation der gleichzeitigen Störwerte erreicht werden kann, wodurch das Signalstörleistungsverhältnis in einem Teilsystem maximiert und im anderen minimiert wird. Durch eine entsprechende sendeseitige inverse Transformation wird deren Wirkung auf die Nutzsignale aufgehoben. Auf diese Weise werden zwei unabhängige Teilübertragungssysteme mit maximaler Gesamtkapazität erzeugt. Diese Vorgehensweise kann als Karhunen-Loève-Transformation für koorelierte Zufallsvariable identifiziert werden und auf diese Weise auf beliebig viele Teilsignale unmittelbar erweitert werden.In [2, 3] methods for using a correlation of the disturbances in a dual Duplex transmission for HDSL presented. However, only statistical ties are used between the two faults at the same time, namely the time the decision about both currently available symbols. It is shown that through a linear transformation without memory on the receiving side a decorrelation of the simultaneous interference values can be achieved, whereby the signal to interference ratio in one subsystem is maximized and the other is minimized. By a corresponding transmission side inverse transformation eliminates their effect on the useful signals. On this way, two independent sub-transmission systems with maximum total capacity generated. This procedure can be used as a Karhunen-Loève transformation for correlated Random variables are identified and in this way to any number of partial signals be expanded immediately.

Bei dem Koordinationsverfahren nach [2,3] werden jedoch weder zeitliche statistische Bindungen innerhalb der Störprozesse noch Bindungen zwischen den Störprozessen zu unterschiedlichen Zeitpunkten berücksichtigt und ausgenutzt. Deshalb wird hierfür im folgenden die Bezeichnung statische Koordination gebraucht. Das Verfahren gemäß der Erfindung erlaubt im Gegensatz hierzu die Nutzung aller wechselseitigen statistischen Abhängigkeiten zwischen den einzelnen Störungen, auch zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Deshalb wird hierfür die Bezeichnung dynamische Koordination gewählt. Statistische Bindungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten entstehen beispielsweise durch unterschiedliche Dämpfungs- und insbesondere Phasengänge der einzelnen Übertragungswege bzw. der Störeinkopplungsmechanismen (Beispiel: Unterschiedliche Nebensprechfrequenzgänge bei symmetrischen Leitungen). Im allgemeinen wird man also mittels der dynamischen Koordination gemäß der Erfindung wesentlich höhere Störabstandsgewinne erzielen können als mit der bisher bekannten statischen Koordination.In the coordination procedure according to [2,3], however, there are no temporal statistical ties within the disturbance processes there are still links between the disturbance processes to different ones Points of time taken into account and exploited. Therefore, this is described below the term static coordination is used. The method according to the invention allows in contrast, the use of all mutual statistical dependencies between the individual faults, even at different times. That is why the term dynamic coordination was chosen for this. Statistical links to different For example, times arise from different damping and in particular phase responses of the individual transmission paths or the interference coupling mechanisms (Example: Different crosstalk frequency responses with symmetrical lines). In general, dynamic coordination according to the  Invention can achieve significantly higher signal-to-noise ratios than with the previously known static coordination.

2 Dynamische Koordination2 Dynamic coordination 2.1 Ausprägung des Verfahrens als koordinierte Störungsprädiktion2.1 Specification of the procedure as a coordinated fault prediction

Bei der dynamischen Koordination gemäß der Erfindung in der Ausprägung als koordinierte Störungsprädiktion wird zunächst davon ausgegangen, daß für alle D Teilübertragungssysteme im Empfänger eine zu den Detektionszeitpunkten impulsinterferenzfreie Entzerrung für die Datensignale vorgenommen wird, vgl. [4, 5, 6]. Gegebenenfalls wird die Impulsinterferenzfreiheit mit gängigen Methoden der adaptiven Entzerrung erzwungen (Zero Forcing (ZF-)Entzerrung, siehe z. B. [7, 12]). Die statistischen Bindungen innerhalb der D Störanteile n0i(t) der Empfangssignale e0i(t) am Ausgang dieser Entzerrer werden durch deren Autokorrelationsfunktionen (AKF)In the dynamic coordination according to the invention in the form of coordinated interference prediction, it is initially assumed that for all D sub-transmission systems in the receiver an equalization for the data signals which is free of impulse interference at the detection times is carried out, cf. [4, 5, 6]. If necessary, the freedom from impulse interference is enforced using common methods of adaptive equalization (zero forcing (IF) equalization, see eg [7, 12]). The statistical relationships within the D interference fractions n 0i (t) of the received signals e 0i (t) at the output of these equalizers are determined by their autocorrelation functions (AKF)

l0ii(τ) = E {n0i(t+τ)n0i*(t)}; t, τ ∈ R i ∈ {1, 2, . . ., D}, (1)l 0ii (τ) = E {n 0i (t + τ) n 0i * (t)}; t, τ ∈ R i ∈ {1, 2,. . ., D}, (1)

ihre wechselseitigen Bindungen durch die Kreuzkorrelationsfunktionen (KKF)their mutual ties through the cross-correlation functions (KKF)

l0ii(τ) = E {n0i(t+τ)n0j*(t)}; i, j ∈ {1, 2, . . ., D}, (2)l 0ii (τ) = E {n 0i (t + τ) n 0j * (t)}; i, j ∈ {1, 2,. . ., D}, (2)

beschrieben. (Im Falle hochfrequenter, modulierter Signale werden deren äquivalente komplexe Tiefpaßsignale zur Beschreibung genutzt; mit z* wird die konjugiert komplexe Zahl zu z ∈ C bezeichnet.) Solange die Störprozesse als stationäre Gaußprozesse modelliert werden können, werden durch die AKF und KKF die gesamten statistischen Bindungen erfaßt.described. (In the case of high-frequency, modulated signals, their equivalent complex low-pass signals are used for the description; z * denotes the conjugate complex number at z ∈ C. ) As long as the interference processes can be modeled as stationary Gaussian processes, the AKF and KKF will provide the entire statistical Bindings captured.

Nach einer Abtastung im Symboltakt k·T mit k ∈ Z (T: Symbolintervall) ergibt sich das Ersatzschaltbild 1 für die zeitdiskreten EmpfangssignaleAfter sampling in the symbol cycle k · T with k ∈ Z (T: symbol interval), equivalent circuit diagram 1 results for the discrete-time received signals

ei(k) = si(k) + ni(k); i ∈ {1, 2, . . ., D}. (3)e i (k) = s i (k) + n i (k); i ∈ {1, 2,. . ., D}. (3)

Die Nutzanteile si(k) der zeitdiskreten Empfangssignale gelangen aufgrund der impulsinterferenzfreien Entzerrung unverzerrt vom Sender zum empfangsseitigen Entscheider. Die zeitdiskreten Störsignale ni(k) sind aufgrund ihres Entstehungsprozesses und der Entzerrung zeitlich in sich und wechselseitig korreliert, was durch deren Auto- bzw. KreuzkorrelationsfunktionenThe useful components s i (k) of the time-discrete received signals pass undistorted from the transmitter to the decision-maker at the receiving end due to the pulse interference-free equalization. The discrete-time interfering signals n i (k) are time-related and mutually correlated due to their process of origin and the equalization, which is due to their auto- or cross-correlation functions

lÿ(κ) = E {ni(k+κ)nj*(k)}; κ ∈ Z; i, j, ∈ {1, 2, . . ., D} (4)l ÿ (κ) = E {n i (k + κ) n j * (k)}; κ ∈ Z ; i, j, ∈ {1, 2,. . ., D} (4)

zum Ausdruck kommt. (Solange die zeitkontinuierlichen Störungen n0i(t) zumindest schwach zyklostationär mit der Periode T sind, ist eine Darstellung der zeitdiskreten Störungen als schwach stationäre Prozesse möglich. Eine Ausdehnung der Darstellung auf instationäre Prozesse ist einfach möglich.) Die D parallelen Signale werden zur Vereinfachung der Darstellung zu Zeilenvektoren, z. B. (k) = (e₁(k), e₂(k), . . ., eD(k)), zusammengefaßt. is expressed. (As long as the continuous-time disturbances n 0i (t) are at least weakly cyclostationary with the period T, the discrete-time disturbances can be represented as weakly stationary processes. Extending the representation to unsteady-state processes is easily possible.) The D parallel signals are used for simplification the representation of row vectors, e.g. B. (k) = (e₁ (k), e₂ (k),..., E D (k)), summarized.

2.1.1 Koordinierte Störungsprädiktion, kombiniert mit statischer Koordinierung2.1.1 Coordinated disturbance prediction, combined with static coordination

Nach den Entscheidungen über die D Teilsignale im Schnitt κ können durch Subtraktion der geschätzten Nutzsignale i(κ) von den Empfangssignalen ei(κ) Meßwerte i(κ) der Störungen gebildet werden:After the decisions about the D partial signals on average κ, by subtracting the estimated useful signals i (κ) from the received signals e i (κ), measured values i (κ) of the interference can be formed:

i(κ) = ei(κ) - i(κ) (5) i (κ) = e i (κ) - i (κ) (5)

(Diese Meßwerte sind bei fehlerfreien Detektionen i(κ) = si(κ) richtig. Da für ein brauchbares Übertragungsverfahren von einer sehr geringen Fehlerwahrscheinlichkeit auszugehen ist, entsprechen bis auf sehr wenige Ausnahmen die Meßwerte sehr genau den tatsächlichen Störwerten.) Anhand der nach dem Schnitt k-1 bekannten Meßwerte j(κ); κ ∈ {k-1, k-2, . . ., k-p} werden mittels linearer Prädiktorfilter Pji(z) Prädiktionswerte ñj(k) für die Störungen ni(k) zum nachfolgenden Schritt k gebildet und diese von den Empfangssignalen ei(k) subtrahiert. Bei der Anwendung nichtrekursiver Prädiktorfilter Pji(z) vom Grad p gilt beispielsweise für die Prädiktionswerte:(These measured values are correct in the case of error-free detections i (κ) = s i (κ). Since a very low probability of error is to be assumed for a usable transmission method, the measured values correspond to the actual interference values with very few exceptions.) measured values j (κ) known from section k-1; κ ∈ {k-1, k-2,. . ., kp} are formed using linear predictor filters P ji (z) prediction values ñ j (k) for the disturbances n i (k) for the subsequent step k and these are subtracted from the received signals e i (k). When using non-recursive predictor filter P ji (z) of degree p, the following applies, for example, to the prediction values:

Für die dynamische Koordination in ihrer Ausprägung als Störungsprädiktion, verknüpft mit statischer Koordination, wird somit eine Einrichtung gemäß Blockschaltbild 2 vorgeschlagen. Im Unterschied zur bekannten Störungsprädiktion bei der digitalen Übertragung über linear verzerrende Übertragungsmedien (siehe z. B. [7, 8, 6]) werden nicht nur vorangegangene Störmeßwerte i(k-κ); κ ∈ N des i-ten Teilübertragungssystems zur Bestimmung des Störprädiktionswertes ñi(k) herangezogen, sondern auch die Störmeßwerte j(k-κ); j ∈ {1, 2, . . ., D} aller anderen Teilübertragungssysteme.A device according to block diagram 2 is therefore proposed for dynamic coordination in its form as a fault prediction, linked to static coordination. In contrast to the known interference prediction in digital transmission via linearly distorting transmission media (see, for example, [7, 8, 6]), not only previous interference measurement values i (k-κ); κ ∈ N of the i-th partial transmission system is used to determine the interference prediction value ñ i (k), but also the interference measurement values j (k-κ); j ∈ {1, 2,. . ., D} of all other sub-transmission systems.

Die Prädiktorfilter Pÿ(z) sind so zu wählen, daß die Varianzen σii² der Reststörungen ni′(k) = ni(k) - ñi(k) minimiert werden. Dadurch verbleiben in den Signalen ei′(k) nach Subtraktion der Prädiktionswerte ñi(k) nur mehr nicht vorhersagbare, d. h. kaum mehr korrelierte, Störungen ni′(k) mit geringerer Leistung. Die Zuverlässigkeit der digitalen Übertragung wird somit erhöht. Die Einstellung der Filterkoeffizienten kann beispielsweise mit Hilfe der bekannten Verfahren zur Minimierung des mittleren quadratischen Fehlers erfolgen, siehe z. B. [7, 12, 8]. (Insbesondere falls die zeitdiskreten Störungen keine stationären Zufallsprozesse darstellen, kann mit diesen Methoden eine adaptive Nachführung der Prädiktorfilter in bekannter Weise vorgenommen werden.) Falls die AKF und KKF lÿ(κ) bekannt sind und zeitdiskrete Prädiktorfilter Pÿ(z) mit FIR-Struktur vom Grad p eingesetzt werden, lassen sich die Filterkoeffizienten pÿ(k) als Lösungen der GleichungssystemeThe predictor filters P ÿ (z) should be selected so that the variances σ ii ² of the residual disturbances n i ′ (k) = n i (k) - ñ i (k) are minimized. As a result, after subtracting the prediction values ñ i (k), only unpredictable, ie hardly correlated, disturbances n i ′ (k) with lower power remain in the signals e i ′ (k). The reliability of the digital transmission is thus increased. The filter coefficients can be set, for example, using the known methods for minimizing the mean square error, see e.g. B. [7, 12, 8]. (In particular, if the discrete-time disruptions are not stationary random processes, these methods can be used to adaptively adapt the predictor filters in a known manner.) If the AKF and KKF l ÿ (κ) are known and time-discrete predictor filters P ÿ (z) with FIR- If the structure of degree p is used, the filter coefficients p ÿ (k) can be used as solutions of the systems of equations

bestimmen (verallgemeinerte Yule-Walker-Gleichungen, [9]). determine (generalized Yule-Walker equations, [9]).  

Bei einem hinreichend großen Prädiktorgrad p wird mit Hilfe der koordinierten Störungsprädiktion gemäß dieser Erfindung erreicht:With a sufficiently large predictor grade p, the coordinated perturbation prediction is used achieved according to this invention:

  • • Die Autokorrelation innerhalb der Reststörprozesse ni′(k) verschwindet bei minimaler Restvarianz da alle vorhersagbaren Anteile subtrahiert werden.• The autocorrelation within the residual perturbation processes n i ′ (k) disappears with minimal residual variance because all predictable parts are subtracted.
  • • Die Kreuzkorrelationen zwischen den Reststörungen ni′(k) verschwinden zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Es gilt: lÿ′(κ) = E {ni′(k)nj′*(k-κ)} = 0 für κ<0, (9)da von den ursprünglichen Störungen ni(k) alle Anteile, die anhand der früheren Störmeßwerte j(k-κ) über das Prädiktorfilter Pÿ(z) vorhersagbar sind, subtrahiert werden. Die gleiche Argumentation trifft auf die Reststörung nj′(k) zu:lji′(κ) = E {nj′(k)ni′*(k-κ)} = 0 für κ<0. (10)Aufgrund der Symmetriebeziehung lÿ′(κ) = lji′*(-κ) (siehe z. B. [10]) gilt damit: • The cross correlations between the residual disturbances n i ′ (k) disappear at different times. The following applies: l ÿ ′ (κ) = E {n i ′ (k) n j ′ * (k-κ)} = 0 for κ <0, (9) since all parts of the original disturbances n i (k) that are predictable based on the previous interference measurement values j (k-κ) using the predictor filter P ÿ (z). The same reasoning applies to the residual disturbance n j ′ (k): l ji ′ (κ) = E {n j ′ (k) n i ′ * (k-κ)} = 0 for κ <0. (10) Because of the symmetry relationship l ÿ ′ (κ) = l ji ′ * (- κ) (see e.g. [10]) the following applies:

Somit wird durch diese erste Version der koordinierten Störungsprädiktion erreicht, daßThis first version of the coordinated fault prediction thus achieves that

  • • die Leistungen σii² der Reststörungen im Rahmen der gegebenen Prädiktorfilter minimiert werden,The powers σ ii ² of the residual disturbances are minimized within the framework of the given predictor filter,
  • • die Reststörungen nur mehr zum gleichen Zeitpunkt korreliert sind.• the residual disturbances are only correlated at the same time.

Falls Prädiktorfilter Pÿ(z) mit FIR-Struktur vom Grad p mit den Koeffizienten pÿ(k); k ∈ {1, 2, . . ., p} eingesetzt werden, gilt für die Kovarianzen σÿ² der Reststörungen nach der koordinierten Störungsprädiktion:If predictor filter P ÿ (z) with FIR structure of degree p with the coefficients p ÿ (k); k ∈ {1, 2,. . ., p} are used for the covariance σ ÿ ² of the residual disturbances according to the coordinated disturbance prediction:

Für die Auswertung dieser Beziehung ist folgende Definition zu verwenden:The following definition must be used to evaluate this relationship:

Die Definition (13) für (eigentlich nicht vorhandene) 0-ten Koeffizienten der Prädiktorfilter entspricht den direkten Pfaden der Empfangssignale zu den Entscheidern, siehe Bild 2.The definition (13) for (actually non-existent) 0th coefficients of the predictor filter corresponds to the direct paths of the received signals to the decision-makers, see Figure 2.

Die Kovarianzen σÿ² der Reststörungen ni′(k) werden zur KovarianzmatrixThe covariances σ ÿ ² of the residual perturbations n i ′ (k) become the covariance matrix

N = (σÿ²) i, j ∈ {1, 2, . . ., D} (14)N = (σ ÿ ²) i, j ∈ {1, 2,. . ., D} (14)

zusammengefaßt. Ebenso bilden die D² Prädiktorfilter eine Matrix:summarized. The D² predictor filters also form a matrix:

P(z) = (Pÿ(z)) i, j ∈ {1, 2, . . ., D}. (15)P (z) = (P ÿ (z)) i, j ∈ {1, 2,. . ., D}. (15)

Für die Empfangssignale e′(k) nach der Subtraktion der Störprädiktionswerte gilt das zeitdiskrete Ersatzschaltbild 3 mit (weitgehend) weißen Störungen ni′(k), die jedoch zu gleichen Zeitpunkten k wechselseitig korreliert sind. Für die Ausgangssignale ei′(k) der koordinierten Störungsprädiktion sind damit genau die Voraussetzungen für die Anwendung statischer Koordinierungsverfahren erfüllt. Die Kovarianzen σÿ² der gleichzeitigen Reststörungen werden durch die koordinierte Störungsprädiktion zumeist wesentlich erhöht.For the received signals e '(k) after the subtraction of the interference prediction values, the time-discrete equivalent circuit 3 with (largely) white interference n i ' (k) applies, which, however, are mutually correlated at the same times k. For the output signals e i ′ (k) of the coordinated disturbance prediction, the requirements for the use of static coordination methods are met. The co-variances σ ÿ ² of the simultaneous residual disturbances are mostly significantly increased by the coordinated disturbance prediction.

Neben der Minimierung der Störleistungen durch die koordinierte Störungsprädiktion können damit weitere Störabstandsgewinne durch deren Verknüpfung mit statischen Koordinierungsverfahren erzielt werden, die häufig wesentlich höher ausfallen als bei einer statischen Koordination ohne vorherige koordinierte Störungsprädiktion.In addition to minimizing interference performance through coordinated interference prediction thus further gains in signal-to-noise ratio by linking them to static coordination processes can be achieved, which are often much higher than with a static Coordination without coordinated prediction of disturbance.

Zur Durchführung der statischen Koordination wird eine Karhunen-Loève-Transformation für die Empfangssignale ei′(k) nach der koordinierten Störwertprädiktion vorgeschlagen. Damit werden D Teilersatzkanäle mit wechselseitig unkorrelierten, weißen Störungen erzeugt. Die hermetisch symmetrische Kovarianzmatrix N nach (14) besitzt D reelle Eigenwerte λi und D zueinander orthogonale Linkseigenvektoren i, die mittels der NormierungTo carry out the static coordination, a Karhunen-Loève transformation for the received signals e i ′ (k) according to the coordinated interference value prediction is proposed. This creates D partial replacement channels with mutually uncorrelated white interference. The hermetically symmetric covariance matrix N according to (14) has D real eigenvalues λ i and D mutually orthogonal left eigenvectors i , which are obtained by means of normalization

eine orthogonale Basis bilden, sie [11]. (Mit der Schreibweise = (Φ₁, Φ₂, . . ., ΦD) werden Zeilenvektoren dargestellt.) Die Linkseigenvektoren werden zur Modalmatrixform an orthogonal base, they [11]. (With the notation = (Φ₁, Φ₂,..., Φ D ), row vectors are represented.) The left-hand vectors become the modal matrix

zusammengefaßt. Für die Modalmatrix Φ-1 der Rechtseigenvektoren gilt: Φ-1=Φ*T. Die Kovarianzmatrix läßt sich zerlegen insummarized. The following applies to the modal matrix Φ -1 of the right-hand eigenvectors: Φ -1 = Φ * T. The covariance matrix can be broken down into

Mittels einer linearen Transformation der Empfangssignale ei′(k) nach der koordinierten Störungsprädiktion in die SignaleBy means of a linear transformation of the received signals e i ′ (k) according to the coordinated interference prediction into the signals

werden unkorrelierte, weiße Störungen n"i(k) mit den Varianzen λi in allen Teilkanälen erzeugt (Karhunen-Loève-Transformation).uncorrelated, white disturbances n " i (k) with the variances λ i are generated in all subchannels (Karhunen-Loève transformation).

Um hinsichtlich der Nutzsignale diese Transformation aufzuheben, ist eine sendeseitige inverse TransformationIn order to cancel this transformation with regard to the useful signals, a transmission side is inverse transformation

erforderlich. Das Bild 4 verdeutlicht diese Vorgehensweise zur Erzeugung unkorrelierter Teilübertragungssysteme. Den unterschiedlichen Varianzen λi der Störungen n"i(k) kann nun durch eine unabhängige Übertragung mit unterschiedlichen Teilraten Ri [bit/Symbol] Rechnung getragen werden. Vorzugsweise sind die Teilraten Ri bei gegebener Gesamtrate RG gemäß folgender Beziehungrequired. Figure 4 illustrates this procedure for generating uncorrelated sub-transmission systems. The different variances λ i of the disturbances n " i (k) can now be taken into account by an independent transmission with different partial rates R i [bit / symbol]. The partial rates R i for a given total rate R G are preferably according to the following relationship

zu wählen, während die Teilsendeleistungen Si=E{|si(k)|²} ungefähr gleich groß sein sollten, siehe [9].to be selected, while the partial transmission powers S i = E {| s i (k) | ²} should be approximately the same size, see [9].

Die koordinierte Störungsprädiktion wurde für die Signale vor der Karhunen-Loève- Transformation abgeleitet. Für die z-Transformierten der Empfangssignale e"i(k) nach der KoordinationThe coordinated interference prediction was derived for the signals before the Karhunen-Loève transformation. For the z-transform of the received signals e " i (k) after coordination

gilt gemäß der Blockschaltbilder 2 und 4 in Vektorschreibweiseapplies according to block diagrams 2 and 4 in vector notation

Das Bild 5 zeigt ein modifiziertes Blockschaltbild der koordinierten Übertragung in der Ausprägung der koordinierten Störungsprädiktion, verknüpft mit einer statischen Koordination mittels Karhunen-Loève-Transformation. Die Signalpfade verkörpern jeweils D parallele Teilsignale, durch die Matrizen Φ bzw. Φ-1 und Y(z) werden die Teilsignale untereinander verknüpft. Solange die Entscheidungen richtig getroffen werden, bestehen zwischen den Sendesignalen s"i(k) und den Empfangssignalen e"i(k) verzerrungsfreie unabhängige Teilersatzübertragungskanäle mit weitgehend unkorrelierten und weißen Störungen n"i(k), die minimale, jedoch maximal unterschiedliche Varianzen λi besitzen. Figure 5 shows a modified block diagram of the coordinated transmission in the form of the coordinated interference prediction, linked to a static coordination using the Karhunen-Loève transformation. The signal paths each embody D parallel partial signals, the partial signals are linked to one another by the matrices Φ or Φ -1 and Y (z). As long as the decisions are made correctly, the transmission signals s " i (k) and the reception signals e" i (k) have distortion-free, independent partial replacement transmission channels with largely uncorrelated and white interference n " i (k), the minimal but maximally different variances λ i own.

2.1.2 Direkte koordinierte Störungsprädiktion2.1.2 Direct coordinated fault prediction

In einer direkten Realisierungsform der koordinierten Störungsprädiktion wird der Umweg über die statische Koordination (Karhunen-Loève-Transformation) vermieden. Im Schnitt k werden neben den Meßwerten i(k-κ); κ ∈ N der Störungen zu vorangegangenen Schritten auch bereits bestimmte aktuelle Meßwerte ν(k) zur Prädiktion anderer aktueller Störwerte µ(k) herangezogen. Hierzu wird für die D Teilsignale eine geeignete Reihenfolge ν(i) ∈ {1, . . ., D}; i ∈ {1, . . ., D} für die gleichzeitige Prädiktion festgelegt. Nach der Bestimmung eines Störprädiktionswertes ñν(1)(k) anhand aller vorangegangenen Störmeßwerte i(k-κ) mittels linearer Prädiktoren Ξi ν(1)(z) = Pi ν(1)(z); i ∈ {1, . . ., D} gemäß Abschnitt 2.1.1 erfolgt die Detektion über das Teilsignal eν(1)′(k), und es wird der Störmeßwert ν(1)(k) gemäß (5) gebildet. Für die Störung nν(2)(k) wird nun ein Prädiktionswert ñν(2)(k) anhand aller vorangegangenen Störmeßwerte i(k-κ) und des gleichzeitigen Störmeßwertes ν(1)(k) mittels eines modifizierten Prädiktorfilters Ξi ν(2)(z) bestimmt. Auf diese Weise wird erreicht, daß die gleichzeitigen Reststörungen nν(1)′(k) und nν(2)′(k) nach der Störungsprädiktion unkorreliert sind. Sukzessiv lassen sich also die gleichzeitigen Störmeßwerte ν (m)(k), m ∈ {1, . . ., M-1} zur Bestimmung des Störprädiktionswertes ñν (M)(k) heranziehen. Die Koeffizienten ξÿ(k) der modifizierten PrädiktorfilterIn a direct implementation of the coordinated fault prediction, the detour via static coordination (Karhunen-Loève transformation) is avoided. In addition to the measured values i (k-κ); κ ∈ N of the disturbances for previous steps, certain current measured values ν (k) are already used to predict other current disturbance values µ (k). For this purpose, a suitable sequence ν (i) ∈ {1,. . ., D}; i ∈ {1,. . ., D} for simultaneous prediction. After determining an interference prediction value ñ ν (1) (k) based on all previous interference measurement values i (k-κ) using linear predictors Ξ i ν (1) (z) = P i ν (1) (z); i ∈ {1,. . ., D} according to section 2.1.1, the detection takes place via the partial signal e ν (1) '(k), and the interference measurement value ν (1) (k) according to (5) is formed. For the disturbance n (k) ν (2), a prediction will now ñ ν (2) (k) based on all previous Störmeßwerte i (k-κ) and of the simultaneous Störmeßwertes ν (1) (k) using a modified predictive filter Ξ i ν (2) (z) determined. In this way it is achieved that the simultaneous residual disturbances n ν (1) '(k) and n ν (2) ' (k) are uncorrelated after the prediction of the disturbance. The simultaneous interference measurements ν (m) (k), m ∈ {1,. . ., M-1} to determine the interference prediction value ñ ν (M) (k). The coefficients ξ ÿ (k) of the modified predictor filter

in FIR-Struktur mit dem Grad p lassen sich gemäß folgender, modifizierter, verallgemeinerter Yule-Walker-Gleichungen bestimmen:in FIR structure with degree p can be modified according to the following modified determine generalized Yule-Walker equations:

und den Nebenbedingungen gemäß der Reihenfolge ν(i)and the constraints according to the order ν (i)

ξn (m) ν (i)(0) = 0 für mi (25)ξ n (m) ν (i) (0) = 0 for mi (25)

Die Prädiktorfilter Ξÿ(z) werden zur Matrix Ξ(z) zusammengefaßt. Da auch die aktuellen Störmeßwerte i(k) verkoppelt werden, sind in dieser Version der koordinierten Störungsprädiktion die Reststörungen ni′(k) zum gleichen Zeitpunkt (weitgehend) unkorreliert. Die Varianzen σii² der Reststörungen lassen sich gemäß den Beziehungen (12) berechnen, wobei anstelle der Koeffizienten pμ i(κ) die Werte ξμ i(κ) gemäß (24) einzusetzen sind. Die Koeffizienten ξμ i(0); µ≠i sind nun gemäß (24) größtenteils von Null verschieden. Die Werte ξii(0)=-1 für die direkte Zuführung der Signale zu den Entscheidungen sind in gleicher Weise wie bei Gl. (12) zu verwenden. Die Kovarianzmatrix N der Reststörungen ist nur in ihrer Hauptdiagonalen wesentlich von Null verschieden; eine Faktorisierung und damit eine weitere statische Koordination sind damit nicht notwendig.The predictor filters Ξ ÿ (z) are combined to form the matrix Ξ (z). Since the current interference measurement values i (k) are also coupled, in this version of the coordinated interference prediction the residual interference n i ′ (k) are (largely) uncorrelated at the same time. The variances σ ii ² of the residual perturbations can be calculated according to the relationships (12), using the values ξ μ i (κ) according to (24) instead of the coefficients p μ i (κ). The coefficients ξ μ i (0); µ ≠ i are now largely different from zero according to (24). The values ξ ii (0) = - 1 for the direct supply of the signals to the decisions are the same as for Eq. (12) to use. The covariance matrix N of the residual perturbations is essentially different from zero only in its main diagonal; Factoring and thus further static coordination are therefore not necessary.

Um hohe Störabstandsgewinne durch Koordination zu erzielen, ist die Reihenfolge ν(i) für die Bestimmung der Störmeßwerte vorzugsweise so zu wählen, daß das geometrische Mittel (bzw. das Produkt) der Varianzen σii² der Reststörungen minimal wird, vgl. [9]:In order to achieve high signal-to-noise ratio gains through coordination, the sequence ν (i) for the determination of the measured interference values should preferably be selected so that the geometric mean (or the product) of the variances σ ii ² of the residual interference is minimal, cf. [9]:

Das Bild 6 zeigt das Blockschaltbild der direkten koordinierten Störungsprädiktion. Dabei ist vorausgesetzt, daß die Entscheidungen verzögerungsfrei erfolgen und somit alle Entscheidungen über die Teilsignale eν (m)′(k); m ∈ {1, 2, . . ., M-1} für die Entscheidungen über das Teilsignal eν (M)′(k) bereits zur Verfügung stehen. Solange eine wechselseitige Beeinflussung der Entscheidungen über die D Teilsignale in einer eindeutigen Reihenfolge ν(i); i={1, 2, . . ., D} erfolgt, ist ein instabiles Verhalten der Entscheidungsrückkopplung ausgeschlossen. Figure 6 shows the block diagram of the direct coordinated fault prediction. It is assumed that the decisions are made without delay and thus all decisions about the partial signals e ν (m) ′ (k); m ∈ {1, 2,. . ., M-1} for the decisions about the partial signal e ν (M) ′ (k) are already available. As long as the decisions on the D partial signals influence each other in a clear order ν (i); i = {1, 2,. . ., D} takes place, an unstable behavior of the decision feedback is excluded.

Eine weitere Verbesserung ist durch ein mehrmaliges, iterierendes Berechnungsverfahren der aktuellen Störmeßwerte möglich. (Erneute Berechnung von ν (M)(k)unter Verwertung der in früheren Iterationsschleifen bereits bestimmten ν (m)(k); auch für m<M.)A further improvement is possible through a repeated, iterative calculation process of the current measured interference values. (Recalculation of ν (M) (k) using the ν (m) (k) already determined in previous iteration loops ; also for m <M.)

Den unterschiedlichen Störvarianzen in den unkorrelierten Ersatzkanälen zwischen Sendern und Entscheidern kann wiederum vorzugsweise durch eine Aufteilung des Gesamtnachrichtenflusses in ungleiche Teilraten Ri Rechnung getragen werden, vgl. Abschnitt 2.1.1.The different interference variances in the uncorrelated replacement channels between transmitters and decision-makers can in turn preferably be taken into account by dividing the overall message flow into unequal partial rates R i , cf. Section 2.1.1.

Die Sendeleistungen Si sind vorzugsweise ungefähr gleich zu wählen.The transmission powers S i should preferably be chosen approximately the same.

2.2 Koordinierte entscheidungsrückgekoppelte Entzerrung (CDFE)2.2 Coordinated equalization with feedback (CDFE)

Ebenso wie die übliche Störungsprädiktion bei der digitalen Übertragung für einen Übertragungsweg (D=1) in eine äquivalente Struktur mit Noise-Whitening-Filter und nachfolgender entscheidungsrückgekoppelter Entzerrung (Decision-Feedback-Equalization: DFE) übergeführt werden kann (siehe z. B. [6]), existieren als weitere Varianten der dynamischen Koordination Verfahren mit koordinierter entscheidungsrückgekoppelter Entzerrung (Coordinated Decision-Feedback-Equalization: CDFE).Just like the usual interference prediction for digital transmission for one transmission path (D = 1) in an equivalent structure with noise whitening filter and subsequent Decision feedback equalization (DFE) can be transferred (see e.g. [6]) exist as further variants of the dynamic Coordination procedure with coordinated decision feedback equalization (Coordinated Decision-Feedback-Equalization: CDFE).

2.2.1 CDFE, verknüpft mit statischer Koordination2.2.1 CDFE, linked to static coordination

Die Beziehung (23) für die Signale e"i(k) an den Eingängen der Entscheider kann auf einfache Weise umgeformt werden inThe relationship (23) for the signals e " i (k) at the inputs of the decision-makers can easily be transformed into

Dabei bezeichnen I eine D×D Einheitsmatrix. Das koordinierte Übertragungsverfahren gemäß der Erfindung in seiner Ausprägung als CDFE, verknüpft mit statischer Koordination nach Gl. (28), ist in Bild 7B dargestellt. Es war vorgesehen, daß der Abtastung eine impulsinterferenzfreie Entzerrung mittels Empfangsfilter H0i(f) vorausgeht. Da nun die zeitdiskreten Systeme Wii(z=ej2 π fT) im Bereich niedriger Frequenzen f<1/(2T) oftmals weitgehend inverse Frequenzgänge zu den Entzerrerfiltern H0i(f) aufweisen (vgl. [6]), ist es bezüglich des Aufwandes mitunter günstig, einfachere zeitkontinuierliche EmpfangsfilterI denote a D × D unit matrix. The coordinated transmission method according to the invention in its form as CDFE, combined with static coordination according to Eq. (28) is shown in Figure 7B. It was envisaged that the sampling was preceded by an interference-free equalization by means of the reception filter H 0i (f). Since the time-discrete systems W ii (z = e j2 π fT ) in the range of low frequencies f <1 / (2T) often have largely inverse frequency responses to the equalizer filters H 0i (f) (cf. [6]), it is relevant sometimes inexpensive, simpler time-continuous reception filter

HEi(f) = H0i(f) · Wii(z=ej2 π fT) (29)H Ei (f) = H 0i (f) W ii (z = e j2 π fT ) (29)

zu realisieren. Der Abtastung folgen dann Kreuzkopplungsfilter Wÿ(z)/Wii(z); i≠j, siehe Bild 8. Selbstverständlich sind auch eine vollständige zeitkontinuierliche Realisierung der Kreuzkopplungen sowie aller Mischformen zeitdiskreter und zeitkontinuierlicher Realisierungen möglich. Im folgenden wird eine gedächtnisbehaftete D-dimensionale Signaltransformation WM(f), die einer Rauschbandbegrenzung und Störungsdekorrelation mit Kreuzverkopplung entspricht, als koordiniertes Whitened-Matched-Filter bezeichnet, da die Störabtastwerte n"i(k) am Ausgang eines solchen Systems sowohl zeitlich in sich und untereinander möglichst unkorreliert sind. Es giltto realize. The sampling is then followed by cross-coupling filters W ÿ (z) / W ii (z); i ≠ j, see Figure 8. Of course, a complete time-continuous implementation of the cross-coupling and all mixed forms of time-discrete and time-continuous implementations are also possible. In the following, a memory-related D-dimensional signal transformation WM (f), which corresponds to noise band limitation and interference decorrelation with cross-coupling, is referred to as a coordinated whitened-matched filter, since the interference samples n " i (k) at the output of such a system are both temporal in themselves and are as uncorrelated as possible. It applies

Sendeseitig ist zur Inversion der in WM(f) enthaltenen Transformation Φ-1 die Transformation Φ gemäß Abschnitt 2.1.1 vorzusehen. Das Bild 7a zeigt die Realisierung des Übertragungsverfahrens mit CDFE, verknüpft mit statischer Koordination bei Anwendung eines koordinierten Whitened-Matched-Filters.For the inversion of the transformation Φ -1 contained in WM (f), the transformation Φ according to section 2.1.1 must be provided on the transmission side. Figure 7a shows the implementation of the transmission process with CDFE, combined with static coordination when using a coordinated whitened-matched filter.

2.2.2 CDFE, direkte Form2.2.2 CDFE, direct form

Bei der direkten Form der koordinierten Störungsprädiktion gilt für die Entscheidereingangssignale ei′(k), siehe Bild 6:For the direct form of the coordinated fault prediction, the decision input signals e i ′ (k) apply, see Figure 6:

Durch elementare Umformung entsteht daraus die koordinierte entscheidungsrückgekoppelte Entzerrung (CDFE) in direkter Form gemäß Bild 9:Elementary reshaping results in the coordinated decision feedback equalization (CDFE) in direct form as shown in Figure 9:

Die Entscheidung hat wiederum verzögerungsfrei zu erfolgen; aufgrund der gerichteten Beeinflussung der Entscheidungen gemäß der Reihenfolge ν(i) ist jedoch die Stabilität der Entscheidungsrückkopplung gewährleistet. Für das zeitkontinuierliche koordinierte Whitened- Matched-Filter WMd(f) gilt bei der direkten Form der CDFE:The decision must again be made without delay; due to the directional influencing of the decisions according to the order ν (i), however, the stability of the decision feedback is guaranteed. For the time-continuous, coordinated whitened-matched filter WM d (f), the following applies to the direct form of the CDFE:

Selbstverständlich sind alle Mischformen zeitkontinuierlicher und zeitdiskreter Realisierung dieser D×D-Filter möglich. Eine sendeseitige Transformation der Teilsignale ist nicht erforderlich.Of course, all mixed forms are time-continuous and time-discrete implementation this D × D filter possible. A transmission-side transformation of the partial signals is not required.

2.3 Gekoppelte Sequenzschätzverfahren2.3 Coupled sequence estimation methods

Die Ausprägungen der dynamischen Koordination als koordinierte Störungsprädiktion gemäß Abschnitten 2.1.1 und 2.1.2 sowie als koordinierte entscheidungsrückgekoppelte Entzerrung gemäß Abschnitten 2.2.1 und 2.2.2 sowie alle Mischformen hieraus können als Grundlagen für gekoppelte Sequenzschätzverfahren herangezogen werden. Dabei werden nicht sofortige Entscheidungen getroffen, um die Bestimmung von Störmeßwerten bzw. die Entscheidungsrückkopplung zu ermöglichen, sondern es werden die Varianzen mußmaßlicher Störungen (Metriken) für unterschiedliche, als gesendet angenommene Symbolsequenzen berechnet und (längerfristig) zugunsten der Symbolsequenzen entschieden, für die die Varianz der mußmaßlichen Störungen am kleinsten ist. Bei der gekoppelten Sequenzschätzung werden Metriken für Kombinationen aus D Sequenzen berechnet und daraus vorzugsweise gemeinsame Entscheidungen über alle Sequenzen getroffen. Eine Ausprägung der gekoppelten Sequenzschätzung stellt ein Viterbi-Algorithmus (vgl. [6]) dar, dessen Zustände durch die möglichen Kombinationen der D Sequenzen gebildet werden. In zustandsreduzierten Sequenzschätzverfahren kann durch Zusammenfassen von Zuständen zu Hyperzuständen ein Austausch zwischen Aufwand und Störresistenz erfolgen, vgl. [6]. Eine weitere Möglichkeit zur Aufwandsreduktion stellt beispielsweise der sog. Selektions- oder M-Algorithmus dar, vgl. [6]. Die Verfahren gemäß der Abschnitte 2.1 und 2.2 stellen die Spezialfälle einer auf nur einen Zustand reduzierten zustandsreduzierten Sequenzschätzung dar.The characteristics of dynamic coordination as coordinated disturbance prediction according to Sections 2.1.1 and 2.1.2 as well as coordinated decision-based equalization according to sections 2.2.1 and 2.2.2 as well as all mixed forms from this can serve as a basis can be used for coupled sequence estimation methods. Doing so will not be instant Decisions made to determine interference measurements or decision feedback to allow, but the variances must be measured Disturbances (metrics) for different symbol sequences assumed to be sent calculated and (in the longer term) decided in favor of the symbol sequences for which the variance of the necessary disturbances is the smallest. With coupled sequence estimation metrics for combinations of D sequences are calculated and preferably from them made common decisions across all sequences. A variant of the coupled Sequence estimation is represented by a Viterbi algorithm (cf. [6]), the states of which the possible combinations of the D sequences are formed. In condition-reduced sequence estimation methods can by summarizing states into hyper states There is an exchange between effort and resistance to interference, cf. [6]. One more way the so-called selection or M algorithm represents a reduction in effort, see. [6]. The procedures according to sections 2.1 and 2.2 set out the special cases represent only a reduced state reduced sequence estimate.

2.4 Koordinierte Tomlinson-Harashima-Vorcodierung (CTH)2.4 Coordinated Tomlinson-Harashima precoding (CTH)

Die Verfahren der koordinierten Störungsprädiktion und der entscheidungsrückgekoppelten Entzerrung besitzen den Nachteil, daß durch Entscheidungsfehler über deren Rückkopplungen Folgefehler entstehen. Außerdem müssen die Entscheidungen sofort zurückgeführt werden, wodurch der Einsatz von Kanalcodierungsverfahren, die verzögerte Entscheidungen bedingen, sehr erschwert wird. Diese Nachteile werden bei der Ausprägung der dynamischen Koordination als koordinierte Tomlinson-Harashima-Vorcodierung (CTH) vermieden. Bei der Tomlinson-Harashima-Vorcodierung wird anstelle einer empfangsseitigen, entscheidungsrückgekoppelten Entzerrung (DFE) eine sendeseitige Vorverzerrung vorgenommen. The processes of coordinated fault prediction and decision feedback Equalization has the disadvantage that decision errors about its feedback Subsequent errors arise. In addition, the decisions must be returned immediately be, resulting in the use of channel coding techniques that delay decisions condition is very difficult. These disadvantages are apparent in the dynamic Coordination as coordinated Tomlinson-Harashima precoding (CTH) avoided. In Tomlinson-Harashima pre-coding, instead of a reception-side, decision feedback Equalization (DFE) a pre-distortion on the transmission side.  

Ein unverhältnismäßig großer Anstieg der Sendeleistung wird durch eine nichtlineare Begrenzung am Sender vermieden, siehe z. B. [13, 6]. Diese nichtlineare Begrenzung ist gleichbedeutend mit einer periodischen Fortsetzung der Signalkonstellation mit mehrfacher Repräsentation der digitalen Symbole durch Signalwerte. Es wird jeweils derjenige Repräsentant ausgewählt, für den die Sendesignalamplitude nach der Vorverzerrung am kleinsten ist. In der Erweiterung der Tomlinson-Harashima-Vorcodierung zur Trellis-Vorcodierung werden die Repräsentanten so gewählt, daß lange Sequenzen von Sendesignalwerten si(k) erwünschte Eigenschaften aufweisen (z. B. minimale mittlere Leistung, spektrale Nullstellen usw., siehe [14, 15]).A disproportionate increase in the transmission power is avoided by a non-linear limitation on the transmitter, see e.g. B. [13, 6]. This non-linear limitation is equivalent to a periodic continuation of the signal constellation with multiple representation of the digital symbols by signal values. The representative is selected for which the transmission signal amplitude is smallest after the predistortion. In the expansion of the Tomlinson-Harashima precoding to the trellis precoding, the representatives are chosen such that long sequences of transmission signal values s i (k) have desired properties (e.g. minimum mean power, spectral zeros, etc., see [14, 15]).

Die CDFE gemäß dieser Erfindung läßt sich in gleicher Weise wie gewöhnliche DFE (D=1) in äquivalente Strukturen mit Tomlinson-Harashima-Vorcodierung bzw. Trellis-Vorcodierung umformen. Das Bild 10 zeigt die Ausprägungen der Erfindung als CTH, verknüpft mit statischer Koordination und in direkter Form. Obwohl in der direkten Form unverzögerte Rückkopplungspfade existieren, ist aufgrund der gerichteten Abhängigkeit bei der Auswahl der optimalen Signalrepräsentanten die Stabilität der Rückkopplung sichergestellt. Die Auswahl des günstigsten Signalrepräsentanten kann sowohl individuell für jedes Teilsystem als auch verbunden für alle Teilsysteme (mehrdimensionale Vorcodierung bzw. Signalformung) vorgenommen werden. Die koordinierte Whitened-Matched-Filter sind zeitkontinuierlich bzw. zeitdiskret vorzugsweise gemäß den Abschnitten 2.2.1 und 2.2.2 zu realisieren.The CDFE according to this invention can be transformed in the same way as ordinary DFE (D = 1) into equivalent structures with Tomlinson-Harashima precoding or trellis precoding. Figure 10 shows the forms of the invention as CTH, linked with static coordination and in direct form. Although there are undelayed feedback paths in the direct form, the stability of the feedback is ensured due to the directional dependency in the selection of the optimal signal representatives. The selection of the cheapest signal representative can be made individually for each subsystem as well as connected for all subsystems (multi-dimensional pre-coding or signal shaping). The coordinated whitened-matched filters are to be implemented continuously or discrete-time, preferably in accordance with sections 2.2.1 and 2.2.2.

3 Literaturverzeichnis3 Bibliography

[1] IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Sonderheft August 1991 zum Thema "High Rate Digital Subscriber Line", Vol. JSAC-9, Aug. 1991[1] IEEE Journal on Selected Areas in Communications, special issue August 1991 for Topic "High Rate Digital Subscriber Line", Vol. JSAC-9, Aug. 1991

[2] J. W. Lechleider: Exploiting crosstalk pair-to-pair correlation in two-pair digital subscriber lines. Proceedings of the IEEE Int. Commun. Conference, Atlanta, GA, 1990, paper 348.2[2] J. W. Lechleider: Exploiting crosstalk pair-to-pair correlation in two-pair digital subscriber lines. Proceedings of the IEEE Int. Commun. Conference, Atlanta, GA, 1990, paper 348.2

[3] J. W. Lechleider: Coordinated Transmission for Two-Pair Digital Subscriber Lines. IEEE J. Select. Areas in Commun., Vol. JSAC-9, pp. 920-930, Aug. 1991[3] J. W. Lechleider: Coordinated Transmission for Two-Pair Digital Subscriber Lines. IEEE J. Select. Areas in Commun., Vol. JSAC-9, pp. 920-930, Aug. 1991

[4] R. W. Lucky, J. Salz, E. J. Weldon: Principles of Data Communication. McGraw-Hill, New York, 1968[4] R. W. Lucky, J. Salz, E. J. Weldon: Principles of Data Communication. McGraw-Hill, New York, 1968

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[6] J. Huber: Trelliscodierung. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, 1992[6] J. Huber: Trellis coding. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, 1992

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[8] J. G. Proakis: Digital Communications. McGraw-Hill, New York, 1989[8] J.G. Proakis: Digital Communications. McGraw-Hill, New York, 1989

[9] J. Huber, R. Fischer: Koordinierte digitale Übertragung, in Vorbereitung, 1993 [9] J. Huber, R. Fischer: Coordinated digital transmission, in preparation, 1993  

[10] A. Papoulis: Probability, Random Variables and Stochastic Processes. McGraw-Hill, Tokyo, 1965[10] A. Papoulis: Probability, Random Variables and Stochastic Processes. McGraw-Hill, Tokyo, 1965

[11] K. Burg, H. Haf, F. Wille: Höhere Mathematik für Ingenieure, Band II: Lineare Algebra. Teubner-Verlag, Stuttgart, 1987[11] K. Burg, H. Haf, F. Wille: Higher Mathematics for Engineers, Volume II: Linear Algebra. Teubner publishing house, Stuttgart, 1987

[12] B. Widrow, S. D. Stearns: Adaptive Signal Processing, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, N. J., 1985[12] B. Widrow, S.D. Stearns: Adaptive Signal Processing, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, N.J., 1985

[13] G. D. Forney, M. V. Eyuboglu: Combined equalization and coding using precoding. IEEE Communications Magazine, Vol. 29, Dec. 1991[13] G. D. Forney, M.V. Eyuboglu: Combined equalization and coding using precoding. IEEE Communications Magazine, Vol. 29, Dec. 1991

[14] G. D. Forney, M. V. Eyuboglu: Trellis Precoding: Combined Coding, Precoding and Shaping for Intersymbol Interference Channels. IEEE Trans. Inform. Theory, Vol. IT- 38, March 1992[14] G.D. Forney, M.V. Eyuboglu: Trellis Precoding: Combined Coding, Precoding and Shaping for Intersymbol Interference Channels. IEEE Trans. Inform. Theory, Vol. IT- 38, March 1992

[15] J. Huber, R. Fischer: Signalformung bei digitaler Nachrichtenübertragung. Deutsche Patentanmeldung P 43 16 547.8 vom 18. 5. 1993[15] J. Huber, R. Fischer: Signal shaping in digital message transmission. German Patent application P 43 16 547.8 dated May 18, 1993

4 Abbildungsverzeichnis4 List of figures

Bild 1: Zeitdiskretes Ersatzschaltbild für die parallele Übertragung über D Signalpfade bei impulsinterferenzfreier Entzerrung und Abtastung im Symboltakt. Figure 1: Time-discrete equivalent circuit diagram for parallel transmission via D signal paths with equalization and sampling at symbol clock.

Bild 2: Koordinierte Störungsprädiktion, kombiniert mit statischer Koordination. Figure 2: Coordinated disturbance prediction, combined with static coordination.

Bild 3: Zeitdiskretes Ersatzschaltbild für die Empfangssignale nach der Subtraktion der Störschätzwerte. Figure 3: Discrete-time equivalent circuit diagram for the received signals after subtraction of the interference estimates.

Bild 4: Erzeugung unabhängiger Teilkanäle mit unkorrelierten, weißen Störungen durch Karhunen-Loève-Transformation. Figure 4: Generation of independent subchannels with uncorrelated, white interference through Karhunen-Loève transformation.

Bild 5: Modifizierte Form der koordinierten Störungsprädiktion, kombiniert mit statischer Koordination. Figure 5: Modified form of coordinated disturbance prediction, combined with static coordination.

Bild 6: Direkte Form der koordinierten Störungsprädiktion. Figure 6: Direct form of the coordinated disturbance prediction.

Bild 7: Koordinierte, entscheidungsrückgekoppelte Entzerrung mit vorgeschaltetem koordiniertem Whitening-Filter, kombiniert mit statischer Koordination. Figure 7: Coordinated, feedback-based equalization with an upstream coordinated whitening filter, combined with static coordination.

Bild 8: Koordiniertes (Noise-)Whitening-Filter. Figure 8: Coordinated (noise) whitening filter.

Bild 9: Koordinierte entscheidungsrückgekoppelte Entzerrung mit vorgeschaltetem koordiniertem Whitening-Filter in der direkten Form. Figure 9: Coordinated decision feedback equalization with an upstream coordinated whitening filter in the direct form.

Bild 10: Dynamische Koordination, realisiert als koordinierte Tomlinson-Harashima- Vorcodierung, bzw. Trellis-Vorcodierung.
A) verknüpft mit statischer Koordination
B) direkte Form
Figure 10: Dynamic coordination, implemented as coordinated Tomlinson-Harashima pre-coding or trellis pre-coding.
A) linked to static coordination
B) direct form

Claims (8)

1. Verfahren zur digitalen Nachrichtenübertragung über zwei oder mehrere Signalwege mit wechselseitig statisch abhängigen Störungen zur Nutzung dieser statischen Abhängigkeiten zum Zwecke der Erhöhung der Zuverlässigkeit bzw. der überbrückbaren Feldlänge, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangssignale über dispersive Systeme wechselseitig in der Weise miteinander verkoppelt werden, daß die Störungen für die einzelnen Signalwege möglichst verringert werden und die Wirkung dieser Verkopplung auf die Nutzsignale durch Rückkopplung der Signale am Ausgang der empfangsseitigen Entscheider und bzw. oder inverse sendeseitige Verkoppelungen aufgehoben werden.1. Method for digital message transmission over two or more signal paths with mutually statically dependent interferences for the use of these static dependencies for the purpose of increasing the reliability or the bridgeable field length, characterized in that the received signals are mutually coupled via dispersive systems in such a way that the interference for the individual signal paths are reduced as far as possible and the effect of this coupling on the useful signals is canceled by feeding back the signals at the output of the decision-makers at the receiving end and / or inverse coupling at the transmitting end. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus ermittelten Störschätzwerten, die in vorangegangenen Schritten durch Subtraktion der geschätzten Nutzsignale von den Empfangssignalen gewonnen wurden, über wechselseitig verkoppelte, gegebenenfalls dispersive, Systeme Vorhersagewerte für die Störungen zum aktuellen Schritt gebildet werden, die von den zugehörigen Empfangssignalen zum Zwecke der Verringerung der Störwirkungen subtrahiert werden.2. The method according to claim 1, characterized in that from estimated interference estimates, those in previous steps by subtracting the estimated Useful signals were obtained from the received signals via mutually coupled, possibly dispersive, systems predictive values for the disturbances to the current Step are formed by the associated receive signals for the purpose the reduction of the interference effects are subtracted. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels im aktuellen Schritt und in vorangegangenen Schritten anhand der Differenzren von Empfangssignalen und geschätzten Nutzsignalen ermittelten Störschätzwerten über wechselseitig verkoppelte, gegebenenfalls dispersive Systeme Vorhersagewerte für die übrigen Störungen zum aktuellen Schritt gebildet werden, die zum Zwecke der Verringerung der Störwirkungen von den zugehörigen Empfangssignalen subtrahiert werden.3. The method according to claim 1, characterized in that by means of the current Step and in previous steps based on the difference between received signals and estimated useful signals determined interference estimates via mutually coupled, if necessary, dispersive systems, predictive values for the other disturbances to be formed at the current step, for the purpose of reducing interference be subtracted from the associated received signals. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangssignale in der Weise gefiltert und wechselseitig miteinander über gegebenenfalls dispersive Systeme verkoppelt werden, daß die Störungen möglichst verringert werden und statische Abhängigkeiten der Störwerte wechselseitig und innerhalb der Störsignale möglichst aufgehoben werden sowie die Wirkungen dieser Filter und Verkopplungen auf die Nutzsignale durch Rückführungen und wechselseitige Verkopplungen der Ausgangssignale der empfangsseitigen Entscheider über gegebenenfalls dispersive Systeme weitmöglichst aufgehoben werden.4. The method according to claim 1, characterized in that the received signals filtered in the way and mutually with each other via optionally dispersive Systems are coupled so that the interference is reduced as much as possible and static Dependencies of the interference values mutually and within the interference signals as possible as well as the effects of these filters and couplings to the useful signals through feedback and mutual coupling of the output signals of the decision-makers at the receiving end about possibly dispersive systems be saved as much as possible. 5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter mehreren Kombinationen von als gesendet vermuteten Symbolsequenzen diejenige ausgewählt wird, für die die Leistung der Differenz zwischen den zugehörigen Nutzsignalen und den beobachteten Empfangssignalen nach der wechselseitigen Verkopplung der Signale zur Störverringerung und zur wechselseitigen Dekorrelation am kleinsten ist. 5. The method according to claim 1, characterized in that under several combinations of symbol sequences presumed to be sent, the one selected for which the performance of the difference between the associated useful signals and the observed reception signals after the mutual coupling of the signals to Interference reduction and for mutual decorrelation is smallest.   6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangssignale in der Weise gefiltert und wechselseitig über gegebenenfalls dispersive Systeme miteinander verkoppelt werden, daß die Störungen möglichst gering werden und die statistischen Abhängigkeiten der Störwerte wechselseitig und innerhalb der Störsignale möglichst aufgehoben werden und die Wirkungen der Filter und Verkopplungen auf die Nutzsignale durch sendeseitige inverse Filter und Verkopplung aufgehoben werden, wobei bei einer primär mehrfachen Repräsentation der digitalen Symbole durch Signalverläufe oder Signalwerte durch eine geeignete Auswahl der aktuell verwendeten Repräsentanten anhand gegebener Kriterien den Sendesignalen erwünschte Eigenschaften verliehen werden können.6. The method according to claim 1, characterized in that the received signals filtered in this way and mutually via possibly dispersive systems with one another be coupled that the disturbances are as small as possible and the statistical Dependencies of the interference values mutually and within the interference signals are canceled as possible and the effects of the filters and couplings on the useful signals are canceled by inverse filters and coupling on the transmission side, with a primarily multiple representation of the digital symbols by Signal curves or signal values through a suitable selection of the currently used Representatives desired properties of the transmission signals based on given criteria can be awarded. 7. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, Anspruch 1 und 4 sowie nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß sende- und empfangsseitig zueinander inverse Verkopplungen zwischen den Signalen mittels nichtdispersiver Systeme vorgenommen werden, um durch Nutzung der eventuell verbliebenen statistischen Abhängigkeiten gleichzeitiger Störwerte die Störungen weiter zu vermindern und insbesondere möglichst große Unterschiede in den Leistungen der verbleibenden Reststörungen zu bewirken.7. The method according to claim 1 and 2, claim 1 and 4 and according to claim 1 and 6, characterized in that the transmitting and receiving sides are inverse to one another Couplings between the signals made using non-dispersive systems in order to make use of the remaining statistical dependencies simultaneous interference values to further reduce the interference and in particular differences in the performance of the remaining residual disorders as large as possible cause. 8. Verfahren nach Anspruch 1, Anspruch 1, 2 und 7, Anspruch 1 und 4, Anspruch 1, 4 und 7, Anspruch 1 und 5, Anspruch 1 und 6, Anspruch 1, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Übertragung mittels unterschiedlicher Datenraten, Symbolalphabeten und Signalverläufen bzw. Signalwerten den unterschiedlichen Störleistungen der Teilübertragungssysteme angepaßt wird, die eventuell bereits ursprünglich vorlagen und bzw. oder durch die wechselseitigen Verkopplungen der Signale zum Zwecke der Verringerung der Störungen und zur Erzeugung einer möglichst großen Streuung der Störleistungen hervorgerugen wurden.8. The method according to claim 1, claim 1, 2 and 7, claim 1 and 4, claim 1, 4 and 7, claims 1 and 5, claims 1 and 6, claims 1, 6 and 7, thereby characterized in that the digital transmission by means of different data rates, Symbol alphabets and waveforms or signal values the different Interference power of the sub-transmission systems is adjusted, which may already be originally existed and / or through the mutual coupling of the signals for the purpose of reducing the interference and generating a possible large spread of interference was produced.
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