DE69733768T2

DE69733768T2 - Verfahren und vorrichtung zum formen des beschneidungsrauschens einer mehrträgermodulation

Info

Publication number: DE69733768T2
Application number: DE69733768T
Authority: DE
Inventors: J. Denis MESTDAGH
Original assignee: STMicroelectronics SA
Current assignee: STMicroelectronics SA
Priority date: 1996-12-31
Filing date: 1997-12-30
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2017-12-31
Also published as: JP3278850B2; WO1998029996A1; EP0950306A1; DE69733768D1; US6198778B1; US6038261A; FR2758030A1; CA2276332A1; AU5770598A; JP2000516431A; EP0950306B1; FR2758030B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Übertragung mit Mehrträgermodulation (DMT) und insbesondere die Übertragung von codierten Signalen durch orthogonales Multiplexen in der Frequenzdomäne (COFDM: Coded Orthognal Frequency Division Multiplexing).
Die Übertragung von Signalen in Mehrträgermodulation, wobei die Signale durch orthogonales Frequenzmultiplexen codiert sind, ist eine relativ neue Technik, die vorteilhaft für zahlreiche Anwendungen gegenüber anderen klassisch verwendeten Techniken ist.
Eine erste Anwendung betrifft Telefonleitungsnetze. Bei Verwenden einer DMT/COFDM-Übertragung auf einer digitalen und asymmetrischen Leitung (ADSL) werden Kanäle mit sehr hoher Leistung vorgesehen, in denen gleichzeitig Stimmsignale und digitale Signale, zum Beispiel komprimierte Videosignale, übertragen werden können. Zum Beispiel kann die Leistung einer solchen Übertragung in einer Richtung 10 Mbit/s und in der anderen Richtung 640 kbit/s sein. Vergleichsweise ermöglicht ein Modem, das nach der Norm V34bis arbeitet, das eine der schnellsten aktuell verwendeten Modems ist, eine Leistung von 33,6 kbit/s in beiden Richtungen.
Ein zweites Anwendungsbeispiel betrifft die Übertragung von digitalen Audiosignalen über einen Satelliten oder von einem terrestrischen Sender zu einem mobilen Gegenstand, zum Beispiel einem Auto. Die DM/COFDM-Übertragung erlaubt hierbei zum Beispiel eine Übertragung von Informationen mit einer Leistung im Bereich von 1,7 Mbit/s.
Ein drittes Anwendungsbeispiel betrifft die terrestrische Übertragung von digitalen Fernsehsignalen (DTTB), bei der man zur Zeit 1/9 der Kapazität der zur Verfügung stehenden Frequenzen aufgrund der zwischen unterschiedlichen Sendern notwendigen Abdeckungszonen verloren gehen. Die Anwendung einer DMT/COFDM-Übertragung erlaubt es, dass ein gegebener Kanal auf ein und derselben Frequenz übertragen kann, zum Beispiel der des Senders.
Ein DMT-Signal wird durch die Überlagerung von n Trägerwellen gebildet, die unabhängig voneinander moduliert werden. Die Trägerwellen werden zum Beispiel durch eine Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM) oder durch eine Frequenzmodulation mit Frequenzumtastung (FSK oder MPSK) moduliert.
1 zeigt in einer sehr schematischen Weise ein klassisches Beispiel für eine Schaltung, mit der eine Mehrträgermodulation ausgeführt wird.
Ein Datenfluss DATA kommt in Serie an einem Seriell-Parallel-Wandler (S/P) 1 an, dessen Ausgänge einer Schaltung 2 zugeführt werden, mit der Symbole DMT mit Hilfe einer schnellen inversen Furietransformation (IFFT) erzeugt werden. In funktioneller Sicht wird die Schaltung 2 durch einen QAM- oder FSK(MPSK-)Modulator gebildet, der mehrere Trägerwellen bzw. Trägerfrequenzen f1, f2, ... fn verwendet und die modulierten Trägerwellen einem Summenglied (Σ) 4 zuführt, der die aufeinander folgenden Teilsignale dieser Trägerwellen überlagert, um die DMT-Symbole zu erzeugen. Ganz generell ist jede Trägerwelle einem Datenpaket zugeordnet, d.h., dass der Datenfluss DATA dem Modulator (MOD) 3 parallel zugeschickt wird, indem die Datenbits in Pakete der gleichen Größe gruppiert werden. Zum Beispiel ist jede Trägerwelle einer Gruppe von 3 Bits zugeordnet, die in einer 8-QAM-Modulation übertragen werden, um die acht möglichen Zustände der Kombinationen der 3 Datenbits zu reproduzieren. Wenn in diesem Beispiel 256 Trägerwellen verwendet werden (n = 256) enthält ein DMT-Symbol 768 Bits und die Übertragungsleistung liegt bei 758/T Bits/s, wobei T die Dauer eines DMT-Symboles darstellt.
2 stellt ein Beispiel eines DMT-Symboles dar, das der Überlagerung eines Teiles aller modulierten Trägerwellen entspricht.
Ein Problem, das sich bei der Mehrträgermodulation stellt, ist, dass die Summierung der Teilsignale der modulierten Trägerwellen stochastisch zu erheblichen Amplitudenspitzen oder Peaks p führen kann, wenn mehrere modulierte Trägerwellen sich in Phase überlagern. Diese Spitzen haben entscheidende Konsequenzen auf den analogen Teil der Schaltung, insbesondere auf die Komplexität und die Durchführbarkeit der Digital/Analog-Wandler (auf Seiten des Senders) und der Analog/Digital-Wandler (auf Seiten des Empfängers), wobei die Spitzen herkömmlich einige zwanzig Volt der Spitzenamplitude erreichen können.
Um dieses Problem zu lösen, wird üblicherweise die Amplitudenspitze des digitalen DMT-Signales so abgeschnitten, dass der Absolutwert der maximalen Amplitude niemals einen vorbestimmten Wert Aclip überschreitet. Dieser Wert Aclip wird generell als Funktion einer Schwelle für die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer Spitze für eine gegebene Anwendung ausgewählt. Tatsächlich führt die Anwendung einer schnellen inversen Fouriertransformation zu einer Amplitudenverteilung, die die Form einer Gauss-Kurve hat, wie sie schematisch in dem rechten Teil der 2 dargestellt ist. Der Wert Aclip wird daher generell in Abhängigkeit der analogen Sendeschaltung und des Digital/Analog-Wandlers gewählt, um eine gewisse Fehlermenge zu berücksichtigen, d.h., eine gewisse Wahrscheinlich keit für das Abschneiden der Symbole, um die Signalverluste zu minimieren. Für eine DMT-Übertragung, die bei einer digitalen asymmetrischen Benutzerleitung angewendet wird, legen die Normen zum Beispiel eine Wahrscheinlichkeit unterhalb von 10^–7 fest.
Das Beschneiden der Spitzen des digitalen DMT-Signales liefert ein Beschneidungsrauschen (das üblicherweise durch die englische Bezeichnung „clipping noise" bezeichnet wird), das die Wirkungen (Signal-Rausch-Verhältnis) des Kommunikationssystemes verringert. Insbesondere bedingt das Signal/Rausch-Verhältnis die mögliche Leistung, da es den Abstand bedingt, der in dem Phasendiagramm jeder Trägerwelle zwischen zwei Empfangspunkten vorgesehen werden muss. Je besser das Signal/Rausch-Verhältnis ist, desto höher kann die Anzahl der Kombinationen von Bits in einem Teilsignal einer Trägerwelle sein, indem die Länge der Bitpakete, die mit jeder Trägerwelle verbunden sind, vergrößert wird.
Eine erste herkömmliche Lösung, um das Signal/Rausch-Verhältnis zu verbessern, ist in 3 dargestellt. Diese Lösung besteht darin, am Ausgang der IFFT-Schaltung 2 einen Detektor (DETECT) 5 für die Anwesenheit eines in der Amplitude beschnittenen DMT-Symboles vorzusehen, um eine Codierungsschaltung (CODE) 6 zur Rückcodierung der betroffenen Daten vorzusehen, die zwischen der Serien/Parallel-Schaltung 1 und der Schaltung 2 angeordnet ist. Die Funktion der Schaltung 6 ist es, die Codierung der Daten nach einer bekannten Regel des Empfängers für die zugeleiteten Symbole zu modifizieren, um ein DMT-Signal, das bei einem ersten Durchgang in der Amplitude beschnitten wurde, als einem nicht beschnittenes Symbol rückzuübertragen. Tatsächlich führt eine Modifizierung der Codierung zu einer Modifizierung der Phasen der modulierten Trägerwellen, und die Wahrscheinlichkeit, dass ein DMT-Symbol Peaks für zwei unterschiedliche Codierungen zeigt, wird extrem gering.
Ein Nachteil einer solchen Lösung ist es, dass es notwendig ist, stromaufwärts der Serienparallelschaltung 1 die zu übertragenden Daten zu speichern, um ihre Rückübertragung zu erlauben, wenn ein in der Amplitude beschnittenes DMT-Symbol nach der Codierung detektiert wird. Ein weiterer Nachteil dieser Lösung ist es, dass die Schaltung zusätzlich zu einem zweiten DMT-Symbol, wenn das erste in der Spitze beschnitten wurde, einen Code übertragen muss, um dem Empfänger die Anzahl der Durchläufe ein und desgleichen übertragenen DMT-Symboles anzugeben. Zudem erfordert diese Lösung eine noch schnellere IFFT-Schaltung, damit die mögliche zweite Transformation vor der Modulation des folgenden Symboles erfolgt, und/oder eine zusätzliche Speicherung, um die stromaufwärtigen Symbole der Schaltung zu bewahren.
Diese erste Lösung ist in einem Artikel mit dem Titel „A method to reduce the probability of clipping in DMT-based transceivers" von D. Mestdagh und P. Spruyt beschrieben, der in IEEE Transactions on communications, Oktober 1996, Band 14, Nr. 10, Seiten 1234–1238, erschienen ist.
Eine zweite Lösung besteht darin, am Eingang der Schaltung 2 die Codierung für die Kombinationen der Bits, die wahrscheinlich die höchsten Amplitudenspitzen liefern, zu modifizieren. Tatsächlich hat man festgestellt, dass für alle Kombinationen ein Niveau der Amplitudenspitzen für den Fall vorliegt, bei dem die Trägerwellen in Phase sind. Eine solche Lösung ist zum Beispiel in einem Artikel mit dem Titel „Block coding scheme for reduction of peak to mean envelope Power ratio of multicarrier transmission schemes" von A.E. Johns, T.A. Wilkinson und S.K. Barton beschrieben, der in Electronics Letters, Dezember 1994, Band 30, Nr. 25, Seiten 2098 und 2099, erschienen ist, und in einem Artikel mit dem Titel „Simple coding sheme to reduce peak factor in QPSK multicarrier modulation" von S.J. Shepherd et al., erschienen in Electronic Letters, Juli 1995, Band 31, Nr. 14, Seiten 1131 und 1132.
Auch wenn diese zweite Lösung keine doppelte Übertragung ein und desselben DMT-Symboles erfordert, ist es immer noch notwendig, zusätzliche Bits, die der Codierung zugeordnet sind, zu übertragen. Zudem erfordert diese Lösung eine erhöhte Schnelligkeit der Datenverarbeitung, um die zusätzliche Codierung auszuführen, d.h. eine Verminderung der Energie pro Bit für die gleiche globale Übertragungsleistung, was zu einer Verringerung der Leistungseigenschaften des Kommunikationssystemes im Hinblick auf die Kapazität zum Erhalten der Informationen führt. Darüber hinaus betrifft diese Lösung einzig die DMT-Signale, bei denen die Trägerwellen in MPSK (FSK) moduliert sind.
Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, eine neue Lösung vorzuschlagen, um das Signal/Rausch-Verhältnis eines mit einer Mehrträger-Modulation übertragenen Signales zu verbessern, die die Nachteile der bisherigen Lösungen nicht aufweist.
Die vorliegende Erfindung hat ebenso das Ziel, eine neue Lösung vorzuschlagen, die die nutzbare Übertragungsleistung nicht schmälert.
Die vorliegende Erfindung hat ebenso das Ziel, eine Lösung vorzuschlagen, die unabhängig von dem Typ der verwendeten Modulation ist.
Um diese Aufgaben zu lösen, wird mit der Erfindung ein Verfahren zum Formen eines Signales in Mehrträgermodulation vorgesehen, das darin besteht, das Signal in der Amplitude in Bezug auf einen Schwellenwert zu beschneiden; und ein neu verteiltes Beschneidungsrauschen mit Verzögerung in das zu formende Signal zumindest teilweise außerhalb des Nutzfrequenzbandes des Signales in Mehrträgermodulation erneut einzuführen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Beschneidungsschritt auf das zu formende Signal, gegebenenfalls nach erneutem Einführen eines Beschneidungsrauschens auf das Signal in Mehrträgermodulation entsprechend einer frühere Beschneidung ausgeführt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht der Beschneidungsschritt darin, in einer ersten Wiedergabe des zu formenden Signales das mögliche Vorhandensein einer Spitzenamplitude zu detektieren, deren absolute Amplitude größer als der Schwellenwert ist; anschließend den Schwellenwert von einer zweiten Wiedergabe des zu formenden Signales zu subtrahieren, um daraus das Beschneidungsrauschen für den Bereich des Peaks, der den Schwellenwert überschreitet, herauszuziehen; und Subtrahieren des Beschneidungsrauschens von dem zu formenden Signal, verzögert um eine Zeit, die der notwendigen Zeit für das Detektieren der möglichen Gegenwart eines Peaks entspricht, plus einer Zeit, die notwendig für das Extrahieren des Beschneidungsrauschens bei der zweiten Wiedergabe ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht der Schritt der Wiedereinführung darin, das Beschneidungsrauschen mit Hilfe eines linearen Filters neu zu verteilen; und das neu verteilte Rauschen zu dem zu formenden Signal in Mehrträgermodulation hinzuzufügen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das zu formende Signal ein digitales Signal.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das zu formende Signal ein analoges Signal.
Die vorliegende Erfindung gibt auch eine Vorrichtung zum Formen eines Signales in Mehrträgermodulation an, die eine Einrichtung zum Beschneiden der Amplitude des zu formenden Signales in Bezug auf einen Schwellenwert aufweist; ferner eine Einrichtung, um das Abschneiderauschen außerhalb des Nutzfrequenzbandes des Signales in Mehrträgermodulation neu zu verteilen; und eine Einrichtung, zeitverzögert auf das Signal in Mehrträgermodulation ein neu verteiltes Rauschen wieder einzuführen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Einrichtung zur Neuverteilung ein linearer Filter.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung eine Einrichtung auf, um das zu formende Signal vor dessen Abschneiden um eine Dauer zu verzögern, die der Dauer der Laufzeit einer Wiedergabe dieses Signales in einem Peak-Detektor und in einer Schaltung zum Extrahieren eines möglichen Abschneiderauschens entspricht.
Diese und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden Beschreibung von besonderen Ausführungsbeispielen ohne Beschränkung in Verbindung mit den beigefügten Figuren detailliert beschrieben, wobei
1 bis 3, die vorher beschrieben wurden, den Stand der Technik und das gestellte Problem erläutern;
4 ein Funktionsschema einer Vorrichtung zum Formen eines Signales in Mehrträgermodulation gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt; und
5 bis 8 die Funktionsweise einer Vorrichtung zum Formen eines Signales gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
In den unterschiedlichen Figuren werden gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Aus Gründen der Klarheit sind nur die Elemente, die für das Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendig sind, in den Figuren dargestellt und im Folgenden beschrieben.
Im Gegensatz zu allen bekannten Lösungen, bei denen die DMT-Symbole modifiziert werden, um das Auftreten von zu beschneidenden Peaks oder Spitzen zu unterdrücken, ist es eine wesentliche Eigenschaft der vorliegenden Erfindung, in der Amplitude beschnittene Symbole zu übertragen.
Gemäß der Erfindung wird das Beschneidungsrauschen in einer speziellen Art neu verteilt, die darin besteht, das gesamte Rauschen oder ein Teil des Rauschens außerhalb des Frequenzbandes des Nutzsignales zu verwerfen und das neu verteilte Rauschen in die zu behandelnden Symbole neu einzuführen. Durch die Neuverteilung des Rauschens wird das Neueinführen mit Zeitverzögerung in Bezug zu dem beschnittenen Peak bewirkt. Hierbei wird die Tatsache ausgenutzt, dass die spektrale Dichte des Beschneidungsrauschens einer Dichte eines „weißen Gauss-Rauschens" (AWGN) entspricht. Dies liegt an der Tatsache, dass im Zeitverlauf das Auftreten eines Beschneidungsrauschens zufällig und impulsartig ist. Somit entspricht die spektrale Dichte (Fourier-Transformatierte) des Beschneidungsrauschens einer Konstante.
4 zeigt in einem Funktionsschema eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Formen eines Signales gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese Vorrichtung wird stromabwärts einer Schaltung (2, 1) angeordnet, die DMT-Signale durch eine inverse schnelle Fouriertransformation erzeugt.
Die digitalen DMT-Symbole, die von der Schaltung zur Mehrträgermodulation abgegeben werden, kommen an einem ersten Eingang (DMTin) eines Addiergliedes 10 an, dessen zweiter Eingang ein neu verteiltes Rauschsignal clipf empfängt, das gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, wie im Folgenden ersichtlich wird. Ein Ausgang des Summier- oder Addiergliedes 10 liefert ein Signal s(t), das dem Signal DMTin entspricht, dem ein mögliches Rauschsignal clipf entsprechend der Beschneidung eines Peakes hinzugefügt wurde, das vorher in dem Signal DMTin vorhanden war. Das Signal s(t) wird einem Amplitudendetektor (CD) 11 zugeschickt. Die Aufgabe des Detektors 11 ist es, zu detektieren, ob ein Beschneiden der Amplitude des Signales s(t) notwendig ist, wenn dessen absolute Amplitude einen Schwellenwert Aclip überschreitet. Der Detektor 11 weist zum Beispiel eine Absolutwertschaltung (ABS) 12 auf, die eine Wiedergabe des Signales s(t) empfängt und den Absolutwert dieses Signales liefert. Das Ausgangssignal der Schaltung 12 wird einem ersten Eingang eines Vergleichers 13 zugeleitet, dessen zweiter Eingang den Pegel der Beschneidungsschwelle Aclip empfängt. Der Ausgang des Vergleichers 13 liefert ein Steuersignal CTRL an eine Schaltung 14, die das Beschneidungsrauschen des Signales s(t) herauszieht. Die Schaltung 14 stellt in ihrer Funktion einen Addierer 15 dar, dessen einer positiver Eingang eine Wiedergabe des Signales s(t) empfängt und dessen negativer Eingang das kontinuierliche Signal Aclip empfängt. Der Addierer 15 wird durch das Zustandssignal CTRL gesteuert. Die Schaltung 14 liefert das Beschneidungsrauschen, das aus dem Signal s(t) herausgezogen wurde. Das Signal clip ist ein Impulssignal, das jedes Mal einen Impuls liefert, wenn das Signal s(t) in seiner absoluten Amplitude größer ist als die Schwelle Aclip.
Das Signal s(t) und das Signal clip werden einer Beschneidungsschaltung (CLP) 16 zugeführt, die von dem Signal s(t) das in der Schaltung 14 ermittelte Rauschsignal clip subtrahiert. Die Schaltung 16 weist für ihre Funktion ein Verzögerungselement 17 (Z^–k) auf, das dazu bestimmt ist, auf das Signal s(t) eine Verzögerung auszuüben, die der Laufzeit in der Schaltung 11 zum Detektieren der Schwellenamplitude und der Schaltung 14 zum Extrahieren des Rauschens entspricht, und weist ferner einen Addierer 18 auf, der das Ausgangssignal des Schaltungselements 17 an einem positiven Eingang und das Signal clip an einem negativen Eingang empfängt. Ein Ausgang des Addierers 18 liefert das Ausgangssignal DMTout der Vorrichtung zum Formen eines Signales gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das von der Schaltung 14 abgegebene Signal clip wird ebenso einem Filter 19 zugeführt, dessen Aufgabe gemäß der Erfindung ist, das Rauschsignal clip nach Frequenzen außerhalb des Nutzbandes des Signales DMTin zu verschieben. Der Filter 19 ist ein herkömmlicher Filter, seine Ausführung ist wohlbekannt. Es könnte sich hierbei zum Beispiel um einen digitalen Filter mit Antwort auf den Abschlussimpuls (FIR) handeln, der aus mehreren Verzögerungselementen (Z^–1) 20 gebildet ist, die in Serie geschaltet sind, wobei jedes Element 20 das Ausgangssignal des vorhergehenden Elementes erhält. Ein erstes Element 20₁ empfängt das Signal clip. Das Ausgangssignal des Elementes 20₁ wird ebenso zu einem ersten Multiplizieren 21₁ multipliziert mit einem Faktor 1/2 geleitet. Das Ausgangssignal eines zweiten Elementes 20₂ wird ebenso auf einen zweiten Multiplizierer (21₂ ) mit einem Faktor –1/4 geleitet. Das Ausgangssignal eines dritten Elementes 20₃ wird ebenso über einen dritten Multiplizierer 21₃ mit einem Faktor +1/8 geleitet. Und so weiter, bis zu einem m-ten Element 20_m , dessen Ausgangssignal auf einen m-ten Multiplizierer 21_m mit einen Koeffizienten +1/2^m geleitet wird. Die Ausgangssignale der Multiplizierer 21 werden an die Eingänge eines Summierers (Σ) 25 geleitet, dessen einer Ausgang das Signals clipf liefert, das an einen der Eingänge des Addierers 10 geleitet wurde.
Die Übertragungsfunktion des Filters 19 wird entsprechend der Funktion der Anwendung optimiert. Insbesondere muss der Filter soviel wie möglich den Teil des Beschneidungsrauschens reduzieren, der in dem Frequenzband des Nutzsignales gelegen ist oder auch noch das gesamte Beschneidungsrauschen in dem Nutzfrequenzband zu unterdrücken.
Die Funktion einer Vorrichtung zum Formen eines Signales entsprechend der Darstellung in 4 wird im Folgenden in Bezug zu den 5 bis 8 beschrieben. Die 5A, 6A, 7A und 8A sind Beispiele von charakteristischen Signalen der in der 4 dargestellten Schaltung. Die 5B, 6B, 7B und 8B stellen die Spektraldichten der in den 5A, 6A, 7A und 8A gezeigten Signale dar, d.h., die entsprechenden Fourier-Transformierten.
Es sei darauf hingewiesen, dass die in der 4 dargestellte Vorrichtung digitale Teilsignale des Signales DMTin behandelt. Jedoch sei darauf hingewiesen, dass die Schaltung gemäß der 4 ebenfalls als eine Schaltung zur Behandlung von analogen Signalen realisiert werden kann.
5A stellt ein Beispiel eines Symboles DMTin dar, das in die Vorrichtung gemäß der Erfindung eingeführt wird. Dieses Symbol tritt zum Beispiel zu einem Zeitpunkt t0 auf und weist zu einem Zeitpunkt tp einen Peak p auf, dessen absolute Amplitude größer ist als die Schwelle Aclip. 5B stellt die Spektraldichte eines DMT-Symboles dar. Man sieht, dass kein neu verteiltes Schneidungsrauschen in dem Symbol DMT der 5A infolge der Gegenwart eines Peaks in einem vorhergehenden Symbol vorliegt. Somit entspricht das Signal s(t) dem Signal DMTin und seine Fourier-Transformierte TF[s(t)] enthält kein Rauschen außer dem Quantifizierungsrauschen. Man sieht, dass die Nutzbandbreite des Signales zwischen den Frequenzen f1 und f2 liegt.
Die 6A stellt das Signal clip am Ausgang der Schaltung 14 dar. Dieses Signal weist einen Impuls I zu einem Zeitpunkt ti auf, der um die entsprechenden Laufzeiten τ11 und τ14 in den Schaltungen 11 und 14 in Bezug auf den Zeitpunkt tp verzögert sind. Die Spektraldichte des Rauschens (TF(clip), 6B) ist konstant über die gesamte Frequenzdomäne in dem Maße, in dem die Rauschsignale I, die aus dem Signal s(t) extrahiert wurden, eine Impulsform von sehr schwacher Reproduzierbarkeit aufweisen.
Die von dem Filter 19 auf das Signal clip ausgeübte Bearbeitung ist in 7A dargestellt, die das Signal clipf zeigt. Die Filterung dient dazu, den Impuls I in regelmäßigen Intervallen in Form eines gedämpften Signales neu zu verteilen, was dazu führt, dass dessen spektrale Dichte (TF(clipf), 7B) in Richtung auf höhere Frequenzen verschoben wird, und zwar zum Beispiel ausgehend von einer Frequenz f3, die höher als die Frequenz f2 ist.
Das Rauschsignal clipf wird somit in das Signal s(t) mit Zeitverzögerung in Bezug auf den nunmehr beschnittenen Peak p erneut eingeführt und übertragen. Hieraus resultiert, dass aus einer Frequenzsicht (8B) die Mehrheit der Rauschsignale sich außerhalb des Frequenzbandes des Nutzsignales befindet. Somit wird das Signal/Rausch-Verhältnis (S/B) des Ausgangssignales DMTout erheblich verbessert.
Es sei bemerkt, dass dann, wenn das gesamte gemäß der vorliegenden Erfindung eingeführte Rauschsignal lokal eine größere Amplitude als das originäre beschnittene Rauschsignal hat, dieses nicht nachteilig ist, da das Signal außerhalb des Frequenzbandes des Nutzsignales gelegen ist.
Man sieht ferner, dass das Rauschsignal neu in Richtung auf höhere Frequenzen verteilt werden kann und/oder in Richtung auf niedrigere Frequenzen, die außerhalb des genutzten Frequenzbandes des Signales liegen, je nach der Funktion und Ausbildung des Filters 19 und des genutzten Frequenzbandes.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass sie es erlaubt, das Problem des Beschneidungsrauschens eines DMT-Signales zu lösen, ohne auf die Codierung oder die Phasen der DMT-Signale einzuwirken, in denen Peaks mit hoher Amplitude vorhanden sind. Ebenso benötigt die vorliegende Erfindung keine Übertragung von Bezugssignalen zu dem Empfänger, der alle DMT-Symbole in der gleichen Art decodiert. Des Weiteren benötigt die Erfindung keine Rückübertragung eines zu beschneidenden DMT-Symboles.
Gemäß der Anwendung und insbesondere dem gewünschten Signal/Rausch-Verhältnis kann die Schwelle Aclip verkleinert werden, wobei die gleichen Eigenschaften im Hinblick auf das Signal/Rausch-Verhältnis beibehalten werden, die an die erforderliche Fehlerrate gebunden sind. In diesem Falle wird der analoge Teil des Übertragungssystemes deutlich vereinfacht.
Ebenso kann die gleiche Schwelle Aclip beibehalten werden. In diesem Falle werden durch die Schaltung zum Formen des Rauschsignales gemäß der vorliegenden Erfindung die Eigenschaften beim Behandeln des Signales erheblich verbessert. Die Decodierung der modulierten Trägerwellen ist auf Seiten des Empfängers weniger durch Rauschen gestört. So vermindert die Erfindung in einem Amplituden/Phasen-Diagramm jeder Trägerwelle die Abstände zwischen einem idealen Empfangspunkt und einem tatsächlichen Empfangspunkt. Man kann somit entweder die Qualität des neu gebildeten Signales verbessern oder die Anzahl der Empfangspunkte auf ein und demselben Amplituden/Phasen- Diagramm einer vorgesehenen Trägerwelle vergrößern, was insgesamt die Kapazität (Leistung) des Systemes erhöht.
Natürlich sind verschiedene Varianten und Modifikationen möglich, die einem Fachmann auch geläufig sind. Insbesondere ist eine praktische Realisierung einer Vorrichtung zum Formen eines Rauschsignales gemäß der Erfindung, wie sie in Bezug auf die 4 bis 8 dargelegt wurde, für einen Fachmann ohne weiteres möglich, sei es in analoger oder in digitaler Form.

Claims

Verfahren zum Nachformen eines Signales (s(t), DMTin) in Mehrträgermodulation, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Beschneiden (11–18) des Signales in der Amplitude in Bezug auf einen Schwellenwert (Aclip), wobei der Beschneidungsschritt einen Extraktionsschritt eines Beschneidungsrauschens (clip) einschließt; und erneutes Einführen (10) des Beschneidungsrauschens (clip) in das zu bearbeitende Signal mit Verzögerung durch Neuverteilung (19) zumindest teilweise außerhalb des Nutzfrequenzbandes (f1–f2) des Signales in Mehrträgermodulation.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschneidungsschritt (18) auf das nachzuformende Signal (s(t)), gegebenenfalls nach erneutem Einfügen eines Beschneidungsrauschens (clipf) auf das Signal in Mehrträgermodulation (DMTin) entsprechend einer früheren Beschneidung ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschneidungsschritt besteht aus: Detektieren, in einer ersten Wiedergabe des zu formenden Signales (s(t)), eines möglicherweise vorhandenen Peaks (p), dessen absolute Amplitude größer als der Schwellenwert (Aclip) ist; Subtrahieren (14) des Schwellenwertes von einer zweiten Wiedergabe des zu formenden Signales, um daraus das Beschneiderauschen (clip) für den Bereich des Peaks (p), der den Schwellenwert (Aclip) überschreitet, herauszuziehen; und Subtrahieren des Beschneiderauschens von dem zu formenden Signal, verzögert um eine Zeit, die der notwendigen Zeit für das Detektieren der möglichen Gegenwart eines Peaks entspricht, erhöht um die Zeit, die notwendig für das Extrahieren des Beschneiderauschens bei der zweiten Wiedergabe ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Wiedereinführung besteht aus: Neuverteilen des Beschneiderauschens (clip) mit Hilfe eines linearen Filters (19); und Hinzufügen des neu verteilten Rauschens (clipf) zu dem zu formenden Signal in Mehrträgermodulation (DMTin).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zu formende Signal ein digitales Signal ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das. zu formende Signal ein analoges Signal ist.
Vorrichtung zum Nachformen eines Signales (DMTin, s(t)) in Mehrträgermodulation, dadurch gekennzeichnet, dass sie aufweist: eine Einrichtung (11-18), um das. zu formende Signal (s(t)) in Bezug auf einen Schwellenwert (Aclip) abzuschneiden, wobei eine Einrichtung (14) eingeschlossen ist, um ein Beschneiderauschen (clip) zu extrahieren; eine Einrichtung (19), um das Beschneiderauschen außerhalb des Nutzfrequenzbandes (fl–f2) des Signales in Mehrträgermodulation neu zu verteilen (19); und eine Einrichtung (10), um in das Signal in Mehrträgermodulation (DMTin) ein neu verteiltes Rauschen (clipf) mit einer durch diese Neuverteilung bedingten Zeitverzögerung wieder einzuführen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Neuverteilung ein linearer Filter (19) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Einrichtung (17) aufweist, um das zu formende Signal (s(t)) vor dessen Abschneiden (18) um eine Dauer zu verzögern, die der Dauer der Laufzeit einer Wiedergabe dieses Signales in einem Peak-Detektor (11, p) und in einer Schaltung (14) zum Extrahieren eines möglichen Beschneiderauschens (clip) entspricht.