DE69922194T2

DE69922194T2 - Digitaler demodulator in einem mehrträgersystem

Info

Publication number: DE69922194T2
Application number: DE69922194T
Authority: DE
Inventors: Anders Vahlin
Original assignee: Nera ASA
Current assignee: Nera ASA
Priority date: 1998-05-26
Filing date: 1999-05-26
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2019-05-27
Also published as: DE69922194D1; ATE283590T1; AU3841099A; EP1090474B1; SE9801842D0; WO1999062215A3; EP1090474A2; SE519682C2; SE9801842L; WO1999062215A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung und ein Verfahren zur Demodulation in einem System zur Hochgeschwindigkeitsübertragung von Digitalinformation in mehreren Trägern. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Demodulation in Mehrfachträgersystemen, die von der Offset-Quadratur-Amplituden-Modulation (OQAM) Gebrauch machen.
Bei der Übertragung einer Sequenz von Symbolen in Form von Digitaldaten über unterschiedliche Übertragungsträger müssen die Symbole in den meisten Fällen in ein Ana logsignal umgesetzt werden, was durch Modulation stattfindet. Ein bekanntes Modulationsverfahren, welches als Mehrfachträgermodulation bekannt ist, bei dem eine Anzahl von modulierten Trägern simultan verwendet werden, um eine Sequenz von Symbolen zu übertragen, braucht oder braucht nicht komplex zu sein. Wenn die Symbole komplex sind, bedeutet dies, dass zwei Zahlenwerte pro Symbol übertragen werden, die den Realteil und entsprechend den Imaginärteil des komplexen Symbols zeigen.
Ein bekanntes Verfahren zur Mehrfachträgermodulation ist ein solches, welches als Quadratur-Amplituden-Modulation (QAM) bekannt ist. Ein Nachteil von QAM besteht darin, dass es hauptsächlich bei Systemen verwendet werden kann, bei denen Quadratimpulse verwendet werden. Bei Systemen, die allgemeinere Impulsformen nutzen, wird häufig daher davon Gebrauch gemacht, was als Offset-Quadratur-Amplituden-Modulation (OQAM) bekannt ist.
In Verbindung mit dem QAM/OQAM-Verfahren wird häufig Gebrauch gemacht von dem Begriffsymbolintervall, welches unten verwendet wird, um die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden komplexen Symbolen in einem Träger in einem Modulator zu bestimmen.
Ein Problem in Verbindung mit der Übertragung von Information besteht darin, dass das empfangene demodulierte Signal einer Verzerrung unterworfen wurde, wobei in diesem Fall keine gute Wiederherstellung des übertragenen Signals vorhanden ist. Dies kann mit einer Einrichtung zur Kombination nach dem Demodulator erledigt werden. Eine derartige Einrichtung erfordert jedoch, dass der Demodulator zumindest zwei Posten digitaler Daten, die als Samples bekannt sind, pro Symbolintervall in jedem Träger ausgibt. Gemäß dem, was oben erwähnt wurde, werden, wenn die übertragenen Signale komplex sind, zwei komplexe Samples pro Symbolintervall in jedem Träger ausgegeben. Um dies in einem OQAM-System zu erreichen, waren früher viele Rechenoperationen notwendig, die diese Systeme teuer und kompliziert machten.
Die JP 08 316 932 und die JP 08 977 98 offenbarten jeweils OFDM-Modulatoren, die komplexe Daten erzeugen, mit geradzahlig- und nichtgeradzahlig-nummerierten orthogonalen Trägern, welche der inversen schnellen Fourier-Transformation unterworfen wurden.
Das Problem, welches durch die vorliegende Erfindung zu lösen ist, ist das, einen Demodulator zur Verwendung in einem OQAM-Mehrfachträgersystem zu erzeugen, wobei der Demodulator mit einer minimalen Anzahl von Rechenoperationen zwei Samples pro Symbolintervall in jedem Träger erzeugt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Symbole, welche übertragen werden, komplex, wobei die beiden komplexen Samples pro Symbolintervall in jedem Träger erzeugt werden.
Dieses Problem wird durch die vorliegende Erfindung mittels eines Verfahrens und einer Vorrichtung gelöst, bei der ein Demodulator mit einer doppelten Berechnungsfrequenz im Vergleich zu dem Demodulator arbeitet, der das Signal erzeugt hat, und auch durch die Tatsache, dass der Ausdruck für das Ausgangssignal, der vom Demodulator erhalten wird, zu zwei Gleichungen umgeschrieben wird, welche den Ausgangssignalen von Trägern mit ungeradzahligen bzw. geradzahligen Zahlen entsprechen. Die umgeschriebenen Gleichungen sind in einer Form, die mittels inverser Fourier-Transformation (IFFT) berechnet werden können.
Eine serielle Sequenz modulierter Daten, die eine maximale Anzahl von N Trägern umfassen, wird empfangen und mit einem Seriell-Parallel-Umsetzer verbunden. Die Tatsache, dass die Daten eine maximale Anzahl von N Trägern enthalten, bedeutet, dass im modulierten Signal es N komplexe Samples pro Symbolintervall gibt. Die parallelen Ausgangsdaten vom Umsetzer werden mit einer Filterbank verbunden, welche N/2 Filter aufweist. Die Filterbank erzeugt Ausgangsdaten in zwei Zweigen. Ausgangsdaten in jedem Zweig entsprechen den oben erwähnten Ausdrücken für Ausgangssignale für Träger mit ungeradzahligen und entsprechend geradzahligen Zahlen, was bedeutet, dass die Ausgangsdaten von jedem Zweig mit einer Einrichtung für IFFT verbunden werden können, mittels der das gewünschte demodulierte Signal erhalten wird.
Der Seriell-Parallel-Umsetzer verarbeitet die N/2 Eingangsdatenbegriffe in einem Zeitpunkt. Der Demodulator verarbeitet insgesamt Daten mit einer Rate, welche die doppelte der Rate ist, mit der der Demodulator, der das Signal erzeugt, welches durch den Demodulator empfangen wurde, arbeitet. Da die Filterbank, die einen Teil des Demodulators bildet, N/2 Ausgangsdatenbegriffe in zwei Zweigen erzeugt, werden N Begriffe von Ausgangsdaten nacheinander durch N/2 Eingangsdatenbegriffe empfangen.
Die Erfindung wird anschließend ausführlich mit Hilfe von Ausführungsbeispielen und den beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein Grundsatzblockdiagramm eines Modulators in einem OQAM-Mehrfachträgersystem zeigt;
2 eine Ausbildung eines Demodulators nach der Erfindung zeigt;
3 ein Filter zur Verwendung in einer Filterbank in einem Demodulator gemäß der Erfindung zeigt;
4 eine Filterbank zur Verwendung in einem Demodulator nach der Erfindung mit zugeordneten Verbindungen zeigt; und
5 eine Einrichtung zur Phasendrehung in einem Demodulator nach der Erfindung zeigt; und
6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens nach der Erfindung zeigt.
1 zeigt ein Grundblockdiagramm eines Demodulators in einem OQAM-Mehrfachträgersystem. Ein serieller Fluss x(m) von komplexen Samples tritt in den Demodulator ein. Eine maximale Anzahl von N parallelen Daten mit Digitaldaten kann vom Demodulator ausgegeben werden.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst der Demodulator die folgenden Operationen für jeden Träger:

– Frequenzverschiebung 10
– Filtern 20
– Verminderung der Anzahl von Samples 30

Das Ausgangssignal vom Demodulator in 1 kann beschrieben werden als:
wobei h(m) die Impulsantwort des entsprechenden Filters ist.
Es seien nun diejenigen der N Träger betrachtet, die geradzahlige Nummern haben. Durch Umschreiben der obigen Gleichung (1) können die Ausgangssignale des Demodulators für diese Träger beschrieben werden als:
Die Gleichung (2) kann mittels einer inversen N/2 Punkt-Fourier-Transformation (IFFT) berechnet werden als: z2n(i) = IFFT(C1i(m) + C2i(m)) (3)wobei C1i(m) = Σh(m + N/4 + m'N)×(N/2 – m – N/4 – m'N) (4)und C2i(m) = Σh(m + m'N – N/4)×(iN/2 – m – m'N + N/4) (5)
Die Ausgangssignale derjenigen Träger von den N Trägern, die ungeradzahlige Zahlen haben, können ausgedrückt werden als:
Die Gleichung (6) kann auch mittels einer N/2 Punkt-IFFT ausgedrückt werden, gemäß:
wobei C1_i(m) und C2_i(m) oben angedeutet sind.
2 zeigt ein Grundsatzblockdiagramm eines Demodulators 100 nach der Erfindung. Wie man aus 2 ersehen kann, umfasst der Demodulator 100 einen Seriell-Parallel-Umsetzer (S/P) 110, eine Filterbank 120, welche zwei Mal so viele Ausgänge wie Eingänge hat, eine Einrichtung 130 zur Phasendrehung und außerdem zumindest eine Einrichtung 140, 150 für IFFT.
Der S/P-Umsetzer 110 nimmt komplexe N/2 Samples in einem Zeitpunkt herein, wobei N die maximale Anzahl von Trägern im Modulator ist, der verwendet wird, das Signal zu erzeugen, wobei aus diesem Grund N auch die Anzahl komplexer Samples pro Symbolintervall zum Demodulator ist. Diese komplexen N/2 Samples werden dann in anderen Teilen des Demodulators 100 verarbeitet, wonach weitere komplexe N/2 Samples hereingenommen und verarbeitet werden. Die gesamte Verarbeitung im Demodulator findet mit der doppelten Berechnungsrate statt, welche im Modulator verwendet wird, die verwendet wird, das Signal zu erzeugen.
3 zeigt ein Beispiel eines Filters 300, welches einen Teil der Filterbank 120 bildet. Das Filter 300 ist komplex, d.h., anders ausgedrückt kann der Eingang, der in der Zeichnung gezeigt ist, aktuell sowohl den Realteil als auch den Imaginärteil in einer komplexen Zahl empfangen, und die beiden Ausgänge A, B des Filters sind ebenfalls komplex, was bedeutet, dass sowohl A als auch B sowohl den Realteil als auch den Imaginärteil enthalten. Aus Deutlichkeitsgründen sind die komplexen Signale durch eine Einzelleitung in allen Figuren dargestellt.
Das Filter 300 ist als FIR-Filter (zeit-diskretes System mit endlicher Impulsantwort) bekannt. Im gezeigten Beispiel besitzt das FIR-Filter N/2 Koeffizienten, die nummeriert sind als h₀ bis H_N/2–1 und N/2–1 Verzögerungselemente 310, 320, 330, welche als Elemente zur Multiplikation mit Z^–1 dargestellt sind. Die Anzahl der Koeffizienten soll lediglich als Beispiel angesehen werden, welche von Anwendung zu Anwendung variiert werden kann. Wie die Anzahl von Koeffizienten und der Wert der Koeffizienten bestimmt werden, ist einem Fachmann bekannt und wird hier nicht ausführlicher beschrieben.
Die Daten, die am Ausgang A des Filters erhalten werden, sind die Summe von Samples von allen Verzögerungselementen 310, 320, 330 im Filter 300. A entspricht daher der Summe von C1 und C2 oben in den Gleichungen (4) und (5), anders ausgedrückt C 1 + C2. Anders ausgedrückt können die Ausgangsdaten vom Filter 300 mit einer Einrichtung für IFFT 140, 150 verbunden werden, mittels der die gewünschte Funktion gemäß der Gleichung (3) oben erhalten wird.
Wie man aus 1 erkennen kann, werden die Samples in A mit unterschiedlichen Koeffizienten gewichtet. Die Auswahl dieser Koeffizienten wird nicht ausführlicher hier beschrieben, da sie nicht eine fundamentale Komponente der Erfindung ist.
Die Daten, welche am Ausgang B des Filters 300 erhalten werden, sind die Differenz zwischen den Samples im Filter, die mit Koeffizienten mit geradzahligen Nummern ge wichtet wurden, und die Samples im Filter, die Koeffizienten mit ungeradzahligen Nummern gewichtet wurden, welche der Differenz zwischen C1 und C2 in den obigen Gleichungen entsprechen, daher C1-C2. Anders ausgedrückt entsprechen die Ausgangsdaten B vom Filter der obigen Gleichung (7) mit der Ausnahme der Phasendrehung.
4 zeigt ein Beispiel einer Filterbankart 120, die einen Teil des Demodulators 100 nach der Erfindung bildet. Das Beispiel reflektiert eine Ausführungsform, wo N = 8. Wie man aus der 4 ersehen kann, umfasst die Filterbank N/2 Filter, in diesem Beispiel vier Filter, welche mit 0 bis N/2–1 nummeriert sind. Da jedes Filter in der Filterbank zwei Ausgänge und einen Eingang hat, und der Demodulator N/2 komplexe Samples hereinnimmt, wird die Filterbank daher N Posten von Ausgangsdaten für N/2 Eingangsdaten haben.
Aus 4 kann man außerdem erkennen, wie die Verbindungen der Ausgangsdaten von jedem Filter 300 in der Filterbank 120 ausgeführt werden. Jeder Ausgang jedes Filters ist mit diesem Ausgang in der Filterbank verbunden, bei dem die Anzahl gleich der Anzahl des Filters – N/4 ist, reduziertes Modulo N/2. Der Ausgang der Filternummer k ist daher mit der Ausgangsnummer ((k – N/4)mod(N/2)) der Filterbank verbunden.
5 zeigt, wie die Phasendrehung bewirkt wird. In dem in 5 gezeigten Beispiel ist N = 8, welches lediglich ein Spezialfall, der aus Klarheitsgründen gezeigt ist, ist. Bezüglich de Tatsache, dass N = 8, wird der Exponent in der Gleichung (7) oben zu e^jmπ/4e^–jπi.
Die Phasendrehung wird mittels zweier Einrichtungen zur Multiplikation, die einander folgen, bewirkt. Das Signal ist mit einer ersten Einrichtung verbunden, zur Multiplikation mit dem Ausdruck e^jm2π/N von der Gleichung (7) oben, und dann mit einer Einrichtung, zur Multiplikation mit dem Ausdruck e^jπi. Wie oben erwähnt ist der Ausdruck e^jm2π/N gleich e^jmπ/4 im Beispiel bei N = 8. Der lediglich verbleibende variable Faktor im Exponenten wird daher m, der von 0 bis N/2–1 variiert. In einem Fall, wo N = 8, bedeutet dies daher, dass der Exponent von 0 bis j3π/4 variiert, was man auch aus 5 ersehen kann.
Nach der oben erläuterten Multiplikation wird das Signal mit einer Einrichtung zur Multiplikation mit dem Ausdruck e^–jπi verbunden, was auch als Multiplikation mit (–1)' ausgedrückt werden kann.
Das phasengedrehte Signal wird somit mit einer Einrichtung für IFFT 140, 150 verbunden. Diese Einrichtung für IFFT kann die gleiche sein wie die, welche für das Signal A oben verwendet wird, oder eine separate Einrichtung für IFFT.
6 zeigt ein Flussdiagramm der Hauptschritte bei einem Verfahren gemäß der Erfindung, wobei das Flussdiagramm dem folgt, was oben in Verbindung mit 2-5 beschrieben wurde.
Es sollte angemerkt sein, dass die Anzahl von Filterkoeffizienten, die Anzahl von Trägern usw., die oben gezeigt sind, lediglich Beispiele von Nummern sind, die vergeben sind, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern.
Es sollte außerdem erwähnt werden, dass anstelle der inversen schnellen Fourier-Transformation (IFFT) die Erfindung von der schnellen Fourier-Transformation Gebrauch machen kann. Damit es möglich ist, die FFT anstelle der IFFT in der Erfindung zu verwenden, ist es notwendig, dass die Ausgänge der Filter in der Filterbank in einer Weise geschaltet sind, welche an FFT angepasst sind.

Claims

Vorrichtung (100) zur Erzeugung zweier Samples von Ausgangsdaten pro Symbolintervall in jedem Träger bei der Demodulation in einem System zur seriellen Übertragung digitaler Informationen in Form komplexer Symbole mittels Mehrträger-Offset-Quadratur-Amplitudenmodulation über maximal N Träger, wobei N eine ganze Zahl ist, welche Vorrichtung Mittel zur Umwandlung von Daten von der seriellen zur parallelen Form (110), eine Filterbank (120) sowie Mittel zur Phasenrotation (130) aufweist, und welche Vorrichtung für jedes empfangene Symbol zwei Samples ausgibt, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (120, 300) aufweist zur Trennung der Ausgangssignale, die denjenigen der maximal N Träger im Eingangssignal mit geraden Nummern entsprechen, von denjenigen der maximal N Träger mit ungeraden Nummern, mindestens ein Mittel (140, 150) zur inversen Fouriertransformation (IFFT) von Datent von Trägern mit ungeraden bzw. mit geraden Nummern, und dass die Phasenrotation für Daten von. Trägern mit ungeraden Nummern vor der IFFT-Transformation durchgeführt wird.
Verfahren zur Erzeugung zweier Samples von Ausgangsdaten pro Symbolintervall in jedem Träger bei der Demodulation in einem OQAM-System zur Übertragung digitaler Informationen in serieller Form komplexer Symbole über maximal N Träger, wobei N eine ganze Zahl ist, enthaltend: – die Umwandlung N/2 komplexer Samples von der seriellen in die parallele Form, – das Ausfiltern von Daten, welche von denjenigen der maximal N Träger mit ungeraden bzw. mit geraden Nummern stammen, – die Phasenrotation der Daten von Trägern mit ungeraden Nummern, – die Transformation mittels IFFT von Daten von Trägern mit ungeraden bzw. geraden Nummern, wobei das Verfahren mit einer doppelt so hohen Rechengeschwindigkeit durchgeführt wird wie diejenige des Modulators zur Erzeugung des Signals.