EP2756648A1 - Vorrichtung zur modifizierung von trajektorien - Google Patents

Vorrichtung zur modifizierung von trajektorien

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EP2756648A1
EP2756648A1 EP12780669.3A EP12780669A EP2756648A1 EP 2756648 A1 EP2756648 A1 EP 2756648A1 EP 12780669 A EP12780669 A EP 12780669A EP 2756648 A1 EP2756648 A1 EP 2756648A1
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EP
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transmitted
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components
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EP12780669.3A
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Junqing Guan
Renato Negra
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Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
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Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
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Publication date
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    • H04L27/36—Modulator circuits; Transmitter circuits
    • H04L27/361—Modulation using a single or unspecified number of carriers, e.g. with separate stages of phase and amplitude modulation

Definitions

  • Figure 1 Exemplary demodulated constellations using the invention
  • Figure 14 shows the mathematical relationship between complex ones
  • Figure 15 shows three exemplary signal states / constellations.
  • Figure 8 shows the original constellations, with no error vectors taken into account, ie the representation shows the pure signal states, as they appear at the output of the modulator MOD.
  • the trajectories of the complex signal result as shown in Figure 9a.
  • two circles K 1 , K 0 are now added, which are used for further understanding of the invention.
  • the outer circle K 0 indicates a desirable maximum amplitude, so that the amplifier PA is still operating in the linear range and near and in saturation.
  • indicates a desirable minimum amplitude, so that the amplifier PA is still operating in the linear range.
  • Figure 9b which shows a section from Figure 9a, signal states are still shown which have a large phase change, this phase change is above the above limit & e max .
  • the invention does not intervene in the modulation scheme per se, but is thought to be in any system - even later - to be able to be introduced.
  • Suitable systems are transmission systems which process complex-valued signals, e.g. PWPM, ⁇ , LINC and polar transmitter.
  • the method is extremely flexible so that it can be inserted at a variety of processing stages at different frequencies. By suitable choice of the boundary conditions, the resulting EVM can be adjusted.
  • FIG. 13 shows a simplified flowchart for a trajectory modification according to an embodiment of the invention.
  • the parameters for R minr R max , ⁇ ⁇ be configured.
  • a number of values for 2 or more signal points p n are obtained.
  • the values are, for example, polar coordinates A, Phi.
  • Each signal point is examined in step 300 to determine if the amplitude is within the range R min , ⁇ meö . If this is not the case, the corresponding amplitude value is processed in a step 300, ie either raised to R min or lowered to R max .
  • the changed amplitude value is transferred to a shift register FIFO.
  • the amplitude value is transferred directly to the shift register FIFO. Furthermore, the respective phase values for the two or more signal points p n are read into the shift register FIFO.
  • the invention may be implemented in hardware or software or a combination of hardware and software. Examples of hardware solutions are shown in Figure 2 and Figure 3.
  • Phase component Phi or after the polar conversion in amplitude component and phase component are performed.
  • the device is for use in a wireless digital transmission system e.g. a 3G, LTE, 4G, Wi M AX, D VB-T, D VB-H, DVB-S, DVB-S2, DMB, DAB.DAB +, or wired digital transmission system, e.g. an xDSL system.
  • a wireless digital transmission system e.g. a 3G, LTE, 4G, Wi M AX, D VB-T, D VB-H, DVB-S, DVB-S2, DMB, DAB.DAB +
  • wired digital transmission system e.g. an xDSL system.
  • the modified signal states are not similarly shifted, but are preferably modified only those signal states that are closer to the origin, which in turn minimizes the distortion.
  • Distance d descending e.g. or similar. At the same time, it should preferably be ensured at the same time that the calculated phase change is fulfilled and the distance between the modified and the original state is minimized. Furthermore, it can be taken into account that the distance of the newly calculated states from the origin should be greater than the minimum value.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Modifizierung von Trajektorien zur Verwendung in einer Sendeeinrichtung einer digitalen Übertragungseinrichtung, wobei zu versendendende Signale digital komplex moduliert sind, wobei eine Trajektorie bei einem Wechsel von einem ersten Signalzustand auf einen zweiten Signalzustand entsteht, aufweisend: einen ersten Eingang und einen zweiten Eingang zum Erhalt von Komponenten eines komplexen zu sendenden Signals, einen ersten Ausgang zur Bereitstellung einer Amplitudenkomponente eines zu sendenden modifizierten Signals, einen zweiten Ausgang zur Bereitstellung einer Phasenkomponente eines zu sendenden modifizierten Signals, und eine Verarbeitungseinheit, welche basierend auf den erhaltenen Komponenten des zu sendenden Signals modifizierte Komponenten bereitstellt, wobei Trajektorien welche nahe am Ursprung vorbei führen oder den Ursprung berühren so modifiziert werden, dass die modifizierte Trajektorie in größerem Abstand vom Ursprung vorbeiführt.

Description

Vorrichtung zur Modifizierung von Trajektorien
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Modifizierung von Trajektorien.
Zahlreiche Datenübertragungssysteme verwenden bei der Datenübertragung komplex modulierte Signale. Dabei ist insbesondere im Bereich der drahtlosen Kommunikation ein Trend zu Geräten festzustellen, die mehrere Übertragungsstandards bedienen sollen, so z.B. 3G und LTE bzw. zukünftig 4G. Dieser Trend führt dazu, dass Sendeeinrichtungen zunehmend stärker hin zur digitalen Seite verlagert werden. Andererseits ist jedoch festzustellen, dass die hierbei vollzogene Hinwendung zu CMOS-Technologien als auch zu Technologien mit Strukturen von 65 nm und darunter nachteilige Hochfrequenzeigenschaften aufweisen.
Diese komplex modulierten Signale werden zunächst auf Basis eines eingehenden Datensignals DATA geeignet erzeugt und anschließend auf das nötige Signalniveau verstärkt, so dass die verstärkten modulierten Signale anschließend über eine geeignetes drahtloses oder drahtgebundenes Übertragungsmedium zum Empfänger versandt werden können. Wird von einem komplexen Signalzustand auf einen anderen komplexen Signalzustand geschaltet vollzieht das Signal eine Trajektorie.
Der Grund für die Verwendung komplex modulierter Signale ist die erhöhte spektrale Effizienz. Allerdings ist es ein Kennzeichen dieser Modulationstechniken das sehr hohe large peak-to-average power ratio (PAPR) der Signale festzustellen sind. In der Folge müssen für diese Übertragungssystem Verstärker bereitgestellt werden, die eine notwendige Leistungsreserve für die Spitzensignale haben während in der meisten Zeit nur eine durchschnittliche Leistung benötigt wird. Typischerweise ist jedoch die Effizienz der Verstärker im Teillastbereich erheblich geringer.
Diese geringere Energieeffizienz ist jedoch nachteilig, da unnötig Energie konsumiert wird als auch unnötig Wärme produziert wird. Beide Folgen sind insbesondere bei tragbaren Geräten negativ, da sie zum einen die Batterielaufzeit beeinträchtigen zum anderen aber auch effizientere Kühlanordnungen verlangen.
Eine Möglichkeit um hier Abhilfe zu schaffen und um gute Effizienz bei guter Linearität des Verstärkers zu erreichen, ist die Einführung von sogenannten Polartechniken. Bei dieser Technik, welche in Figur 1 exemplarisch dargestellt ist, wird die Versorgungsspannung eines Verstärkers V mit einem Hochfrequenzhüllsignal moduliert. Dabei werden die digitalen Quadraturkomponenten I, Q des komplexen Signales in ihre polaren äquivalente Komponenten A, Phi gewandelt. Die Amplitudenkomponente A wird in einem Hüllkurvenverstärker EA verstärkt und moduliert die Versorgungsspannung der Verstärkerstufe V während die Phasenkomponente Phi in einem digital-to-RF-Phase Konverter DtP gewandelt und dazu verwendet wird den Träger des Hochfrequenzsignales zu modulieren, der dann dem Verstärker V als Eingangssignal zur Verfügung gestellt wird. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass der Verstärker in erheblichen Zeitanteilen nahe oder in Sättigung arbeitet, wodurch die Energieeffizienz verbessert wird.
Dabei ist jedoch zu vermerken, dass die Wandlung von Quadraturkomponenten I, Q in die polaren äquivalente Komponenten A, Phi nichtlinear ist. Hierdurch wird die Bandbreite der Amplitude und der Phase erhöht, z.B. um einen Faktor 4 bis 10. Im Ergebnis führt dies dazu, dass der Hüllkurvenverstärker als auch der Phasenkonverter erheblich höhere Bandbreiten verarbeiten können müssen. Für heutige drahtlose Übertragungssystemstandards würde das Bandbreiten von mehreren hundert MHz bedeuten. Solche Verstärker wären zum einen teuer, zum anderen schwer herzustellen. Insbesondere die Linearität über die gesamte Bandbreite stellt dabei ein Problem dar.
Weiterhin nachteilig ist, dass insbesondere bei kleinen Amplituden die Linearität äußerst gering ist, da das Phasenmodulierte Trägersignal bei geringen Amplituden und damit geringen Verstärkerversorgungsspannungen durchschlägt.
Obwohl es im Prinzip denkbar wäre eine geringe Amplitude und einen schnellen Phasenwechsel der Konstellationen als Anzeichen für einen Durchgang durch den Ursprung oder eine korrekturwürdige Annährung an den Ursprung zu verwenden und anschließend einen„korrigierenden" Offset-Vektor hinzuzuaddieren wäre ein solches Verfahren sehr grob und es würden deutlich mehr Punkte als nötig erfasst, was in der Folge zu starken Verzerrungen führen würde.
Prinzipiell wäre es zwar auch möglich einen Circle-Tangent-Shift hole-punching algorithm anzuwenden um einen Durchgang innerhalb eines vorbestimmten Kreises um den Ursprung an Hand von zwei aufeinanderfolgen Konstellationen zu vermeiden in dem die Amplitude erhöht wird. Allerdings erfasst dieser Ansatz nicht das Problem der erhöhten Bandbreite der Phasenänderung noch liefert er Ergebnisse die auch stringentere Anforderungen an ln-band Verzerrungen als auch Out-of-Band Emissionen erfüllen könnte. Da dieser Ansatz in aller Regel die wiederholte Ausführung erfordert erlaubt dieser Ansatz in aller Regel keine Echtzeitbearbeitung und erfordert einen hohen Aufwand an Rechenleistung und Speicher. Des Weiteren wäre es möglich ein Gau ß-förmiges Signal hinzuzufügen oder ein Hanningwindow Rauschformer einzusetzen, um Signale die unter einem bestimmten Grenzwert liegen zu eliminieren, wobei hierbei spektraler Splatter vermieden würden. Dies geht jedoch mit ernsten In-Band Verzerrungen einher, die das eigentliche Signal bis zur Unbrauchbarkeit hin verzerren können. Zudem ist dieses Verfahren nicht geeignet die Probleme schneller Phasenwechsel und damit der Bandbreite des Phasensignals zu lösen.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung bzw. eine Verfahren bereitzustellen, das einen oder mehrere aus dem Stand der Technik bekannte Nachteile löst.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Modifizierung von Trajektorien zur Verwendung in einer Sendeeinrichtung in einer digitalen Übertragungseinrichtung, wobei zu versendendende Signale digital komplex moduliert sind, wobei eine Trajektorie bei einem Wechsel von einem ersten Signalzustand auf einen zweiten Signalzustand entsteht. Die Vorrichtung weist einen ersten Eingang und einen zweiten Eingang zum Erhalt der Komponenten des komplexen zu sendenden Signals auf. Darüber hinaus verfügt die Vorrichtung auch über einen ersten Ausgang zur Bereitstellung einer Amplitudenkomponente eines zu sendenden modifizierten Signals und einen zweiten Ausgang zur Bereitstellung einer Phasenkomponente eines zu sendenden modifizierten Signals, und über eine Verarbeitungseinheit, welche basierend auf den erhaltenen Komponenten des zu sendenden Signals modifizierte Komponenten bereitstellt, wobei Trajektorien, welche nahe am Ursprung vorbei führen oder den Ursprung berühren, so modifiziert werden, dass die modifizierte Trajektorie in größerem Abstand vom Ursprung vorbeiführt.
Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Nachfolgend wird die Erfindung näher unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert werden. In diesen zeigt:
Abbildung 1 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Polartransmitters aus dem Stand der
Technik;
Abbildung 2 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Polartransmitters mit einer ersten
Ausführungsform der Erfindung;
Abbildung 3 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Polartransmitters mit einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung;
Abbildung 4 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Aspekts der Erfindung;
Abbildung 5 ein Vektordiagramm eines Signals Abbildung 6 eine Statistik von Phasenübergängen zwischen 0 und π
Abbildung 7 eine Statistik von Signalamplituden
Abbildung 8 Konstellationen einer komplexen Modulation
Abbildung 9a, 9b Konstellationen einer komplexen Modulation mit Signaltrajektorien
Abbildung 10 Exemplarische Signaltrajektorien bei Verwendung der Erfindung
Abbildung 1 1 Exemplarisch demodulierte Konstellationen bei Verwendung der Erfindung
Abbildung 12 Normalisierte Leistungsdichtespektrummaske für einen LTE uplink mit 20 MHz
Abbildung 13 vereinfachter Ablaufplan gemäß einer Ausführungsform der Erfindung
Abbildung 14 den mathematischen Zusammenhang zwischen komplexen
Quadraturkomponenten und der polaren Darstellung, und
Abbildung 15 drei beispielhafte Signalzustände / Konstellationen.
Abbildung 1 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines digitalen Polartransmitters aus dem Stand der Technik. Dieser erhält ein zu kodierendes Eingangssignal DATA, welches in einem Modulator MOD in komplexe Signalkomponenten, eine In-Phasen-Komponente I und eine Quadraturkomponente Q, gewandelt wird. Üblicherweise werden dabei Daten DATA eines Kanalkodierers verarbeitet, welche mit einer gewissen Chip-Rate fc ankommen und im Modulator MOD moduliert werden. Eine eingefügte Sample&Hold-Einrichtung S&H tastet die modulierten Signale I und Q ab, wobei mittels Überabtastungsfilterung mit einer Abtastfrequenz fs ein niedriges Out-of-Band Rauschen erreicht wird. Anschließend gelangen die so aufbereiteten komplexen Signale I, Q an ein Wandler RtP, der aus den Komponenten I, Q die entsprechenden Polarkoordinaten A, Phi erzeugt. Zum mathematischen Zusammenhang zwischen beiden Darstellungen sei auf Figur 14 verwiesen. Die Amplitudenkomponente A wird nun einem Hüllkurvenverstärker EA zugeführt, während die Phasenkomponenten Phi einem Digital zu HF Phasen Wandler DtP zugeführt wird. Anschließend verstärkt der Verstärker PA, dessen Eingangsspannung seitens des Hüllkurvenverstärkers EA zur Verfügung gestellt wird, das treibende Phasensignal, welches vom Digital zu HF Phasen Wandler DtP erhalten wird. Das nun verstärkte Signal kann dann noch einer Bandfilterung in einem Bandfilter BF zugeführt werden, um spektrale Anteile außerhalb des eigentlichen Nutzbandes zu begrenzen. Anschließend wird das modulierte Hochfrequenzsignal einer Antenne ANT oder einem geeigneten anderen Medium, z.B. einem Kabel, zugeführt. In Abbildung 5 sind hierbei entstehende Trajektorien des modulierten Signals bei der Abtastfrequenz fs dargestellt. Dabei sind zahlreiche Durchgänge durch den Ursprung oder in der Nähe des Ursprungs (Nahe-Null-Durchgänge) feststellbar. Diese Nulldurchgänge oder auch Nahe-Null-Durchgänge weisen zum einen eine geringe Amplitude als auch teilweise schnelle Phasenwechsel im Bereich von π (Ähnlich einer Spiegelung am Ursprung in Polardarstellung) auf. Dies ist noch einmal beispielhaft an Hand der Symbole in Figur 15 veranschaulicht. Ein Wechsel von Signalzustand Z1 nach Z2 ändert an der geringen Amplitude nichts, ein Wechsel von Signalzustand Z1 nach Signalzustand Z3 hat zudem einen maximalen Phasenwechsel von π zur Folge.
Niedrige Amplituden haben jedoch - wie bereits ausgeführt - ein schlechte Linearität und eine geringe Effizienz des Verstärkers PA zur Folge während die starken Phasenwechsel den Digital zu HF Wandler DtP belasten. Um den Phasenwechsel zu quantifizieren wird die
Frequenzabweichung - verwendet, wobei Θ hier für die Phase steht und Ts sich aus der Abtastfrequenz fs ergibt. Hieraus ergibt sich, dass die maximale
max &f = fs/2
Frequenzabweichung °-Δθί π sein sollte.
Diese maximale Frequenzabweichung kann bei modernen hochbitratigen
Datenübertragungssystemen mehrere hundert MHz betragen. Hierdurch ergeben sich die bereits angesprochenen Schwierigkeiten den Hochfrequenzoszillator innerhalb der
Abtastperiode mit strengen Phasenrauschanforderungen und Einstellbereich modulieren zu können.
Abbildung 6 zeigt eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen (PDF) von Phasenwechseln zwischen benachbarten Signalzuständen, wobei Phasenwechsel zwischen 0 und 2π angezeigt sind. Abbildung 7 zeigt eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen (PDF) von Amplitudenwechseln zwischen benachbarten Signalzuständen. Obwohl statistisch gesehen schnelle Phasenwechsel und geringe Amplituden statistisch eher selten sind werden jedoch nicht nur diese Signalzustände sondern auch nebenliegende Signalzustände verzerrt, so dass die Fehlervektorgröße (error vector magnitude - EVM) als auch die
Bitfehlerwahrscheinlichkeit (bit error rate - BER) inakzeptabel groß wird.
Abbildung 8 wiederum zeigt die ursprünglichen Konstellationen, wobei keine Fehlervektoren berücksichtigt sind, d.h. die Darstellung zeigt die reinen Signalzustände, so wie Sie am Ausgang des Modulators MOD erscheinen. Nach weitergehender Modulation am Beispiel eines 20 MHz Einzelträgers mit einer OFDM-Modulation (OFDM - orthogonal frequency division multiplexing), wie er z.B. für ein SCFDMA Kanal in einem LTE uplink charakteristisch ist, ergeben sich die Trajektorien des komplexen Signals wie in Abbildung 9a dargestellt. Zum weiteren Verständnis sind nun zwei Kreise K|, K0 hinzugefügt, welche für das weitere Verständnis der Erfindung verwendet werden.
Der äußere Kreis K0 gibt eine wünschenswerte maximale Amplitude an, so dass der Verstärker PA noch im linearen Bereich und nahe und in Sättigung arbeitet. Der innere Kreis K| gibt eine wünschenswerte minimale Amplitude an, so dass der Verstärker PA noch im linearen Bereich arbeitet. Weiterhin sind in Abbildung 9b, welche einen Ausschnitt aus Abbildung 9a zeigt, noch Signalzustände aufgezeigt die einen großen Phasenwechsel aufweisen, wobei dieser Phasenwechsel über der oben aufgeführten Grenze &emax liegt.
Dabei ist deutlich zu erkennen, dass starke Phasenwechsel nicht nur bei den unmittelbar benachbarten Konstellationen auftreten, sondern auch bei entfernteren.
Ziel der Erfindung ist es nun die Trajektorien so zu modifizieren, dass die modifizierten Trajektorien sich zwischen dem inneren Kreis K| und dem äußeren Kreis K0 befinden und somit zum einen die maximale Phasenänderung begrenzt wird zum anderen aber auch immer eine minimale Amplitude zur Verfügung steht. D.h. die modifizierten Amplituden sollen zwischen [Rmir., Rma liegen, wobei Rmin der Amplitude des inneren Kreis K| entspricht und
Rmax der Amplitude des äußeren Kreises K0 entspricht.
Das hierzu vorgestellte erfinderische Verfahren und die hierzu vorgestellte erfinderische Vorrichtung verwendet die Werte RmiK, RmaÄ, ämo* a's Randbedingungen und modifiziert die bei einer gewissen Abtastfrequenz fs eingehenden Punkte einer Trajektorien in solche, welche die Randbedingungen erfüllt. Das Ergebnis dieser Modifikation ist in Abbildung 10 angegeben. Wie dort ersichtlich ist, erfüllen alle modifizierten Trajektorien die
Randbedingungen bezüglich der Amplitude, d.h. alle Punkte der modifizierten Trajektorie haben einen Radius der innerhalb [Bminr ÄmQJ liegt. Allgemeiner gesprochen, könnte man den inneren Kreis als Loch bezeichnen, während der äu ßere Kreis als Begrenzungskreis bezeichnet werden könnte. Weiterhin beseitigt das vorgestellte erfinderische Verfahren und die hierzu vorgestellte erfinderische Vorrichtung auch die in Figur 9b dargestellten
Phasenwechsel, welche größer sind als Aßmax und damit Frequenzabweichungen &fmax oberhalb des Grenzwertes zur Folge gehabt hätten.
Die Modifikation der Trajektorien auf Basis der Grenzbedingungen beeinflusst auch die resultierenden EVM. Für jedes Übertragungssystem ist ein zulässiger EVM-Bereich spezifiziert. Abhängig davon muss der Einfluss der Grenzbedingungen auf die Modifikation gewählt werden. Beispielsweise zeigt Abbildung 1 1 das demodulierte Konstellationsdiagram mit einem EVM von circa 3.4 %, so dass der zulässige Wert eines LTE-Systems von bis zu 8 % ohne weiteres erfüllt ist. Somit verbleiben Reserven für andere Komponenten des
Übertragungssystemes, die ebenfalls einen Einfluss auf die EVM haben.
Abbildung 12 wiederum zeigt die normalisierte Leistungsspektrumsdichte des komplexen Basisbandsignales nach Trajektorienmodifikation. Dabei zeigt die gestrichelte Linie die Spektrummaske für einen LTE uplink mit einer Bandbreite von 20 MHz dar. Wie man deutlich erkennen kann ist auch die Abstrahlung Out-of-Band durch dieses Verfahren gewährleistet, da die entsprechenden Leistungsdichten unterhalb der Maske liegen, wobei noch eine Reserve von circa 10 dB bei einer Offset- Frequenz von 10 MHz zur Verfügung stehen und selbst bei einer Offset- Frequenz von 20 MHz noch 5 dB zur Verfügung stehen. Diese
Reserve verbleibt für andere Komponenten des Übertragungssystemes, z.B. solche, die einen Einfluss auf die Linearität haben.
Die Erfindung greift also nicht in das Modulationsschema an sich ein, sondern ist gedacht in jedes System - auch nachträglich - eingeführt werden zu können. Geeignete Systeme sind dabei Übertragungssysteme, welche komplexwertige Signale verarbeiten, wie z.B. PWPM, ΔΣ, LINC und Polartransmitter. Weiterhin ist das Verfahren äußerst flexibel so dass es auch an unterschiedlichsten Verarbeitungsstufen bei unterschiedlichsten Frequenzen eingefügt werden kann. Durch geeignete Wahl der Randbedingungen kann der resultierende EVM angepasst werden.
Nachfolgend soll das Verfahren weiter erläutert werden. Dafür wird zunächst angenommen, dass die zu modifizierenden Signale (Ρΐ ' P^' P3J —i Pm) und die Randbedingungen Rmin, RmaJi, Affmajr sind. Nach der Modifikation werden die Signale mit
(Pii Vit P I — Pm) bezeichnet.
Die Modifikation basiert auf einem Kriterium, das im besten Fall einen minimalen EVM vorsieht:
Durch Verwendung dieses Kriteriums werden die Verzerrungen minimiert, wobei gleichzeitig die Randbedingungen eingehalten werden.
Um die Komplexität dieser Bedingung zu verringern und um sicherzustellen, dass eine Echtzeitverarbeitung bei geringem Rechenaufwand und hoher Energieeffizienz möglich ist, kann die Komplexität verringert werden, wobei die Abstriche an der Erfüllung des Kriteriums gering sind.
Abbildung 13 zeigt ein vereinfachtes Ablaufdiagramm für eine Trajektorienmodifikation gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Dabei wird zunächst in einem Schritt 100 die Parameter für Rminr Rmax, Δθτηαχ konfiguriert. Anschließend werden eine Anzahl von Werten für 2 oder mehr Signalpunkten pn erhalten. Die Werte sind beispielsweise Polarkoordinaten A, Phi. Jeder Signalpunkt wird in Schritt 300 daraufhin untersucht, ob die Amplitude innerhalb des Bereiches Rmin, Ämeö ist. Ist dies nicht der Fall, wird in einem Schritt 300 der entsprechende Amplitudenwert bearbeitet, d.h. entweder auf Rmin angehoben oder auf Rmax abgesenkt. Anschließend wird der geänderte Amplitudenwert in ein Schieberegister FIFO überführt. Ist die Amplitude innerhalb des Bereiches Rmin, Rmax so wird der Amplitudenwert direkt in das Schieberegister FIFO überführt. Weiterhin werden die jeweiligen Phasenwerte für die 2 oder mehr Signalpunkte pn in das Schieberegister FIFO eingelesen.
Sobald Phasenwerte von zwei benachbarten Signalpunkten bekannt sind, kann die Phasenänderung bestimmt werden. Diese Phasenänderung kann nun in einem Schritt 400 daraufhin vergleichen werden, ob die maximale Phasenänderung &0max überschritten ist oder nicht. Dabei kann die Phasenänderung auch an Hand von erhaltenen Inphasen- und Quadraturkomponenten I, Q bestimmt werden. Ist die Phasenänderung größer als eine vorbestimmte Grenze, so müssen Signalpunkte modifiziert werden. Dazu wird in einem Schritt 500 bestimmt wie viele Signalpunkte bearbeitet werden müssen, d.h. wie viele aufeinanderfolgende Signalpunkte zu einer Phasenänderung über dem Limit führen. Unter Berücksichtigung der Anzahl m zu bearbeitender Punkte werden die Phasenwerte aus dem Schieberegister ausgelesen und in einem Schritt 600 bearbeitet, wobei sichergestellt wird, dass ein geringer bis minimaler EVM gewährleistet ist. Anschließend werden die geänderten Phasenwerte wieder in das Schieberegister an die entsprechende Stelle eingelesen. Anschließend können die modifizierten Signalpunkte, welche somit eine modifizierte Trajektorie bilden ausgegeben werden. Wie bereits hier ersichtlich ist, kann die Anzahl der zu modifizierenden Signalpunkt unterschiedlich groß sein, wobei hier jeweils ein geeignet großes Schieberegister FIFO vorzusehen ist. D.h. es können nicht nur 2 sondern eine Vielzahl von benachbarten Singalpunkten herangezogen werden.
Da mehr als 2 benachbarte Signalpunkte berücksichtigt werden können, können hierdurch Verzerrungen vermieden werden, da nun eine Phasenänderung auf eine Vielzahl von Signalpunkte verteilt werden kann. Da dennoch keinerlei Iterationen von Nöten sind, ist das Verfahren schnell und erlaubt eine Echtzeitverarbeitung. Die Erfindung kann z.B. in Hardware oder Software oder einer Kombination von Hardware- und Software implementiert sein. Beispiele für Hardwarelösungen sind in Abbildung 2 und Abbildung 3 angegeben.
In diesen ist zu der Vorrichtung in Figur 1 eine Vorrichtung zur Modifizierung von Trajektorien T-MOD zur Verwendung in einer Sendeeinrichtung in einer digitalen
Übertragungseinrichtung, wobei zu versendendende Signale digital komplex moduliert sind, wobei eine Trajektorie bei einem Wechsel von einem ersten Signalzustand auf einen zweiten Signalzustand entsteht.
Diese Vorrichtung zur Modifizierung von Trajektorien T-MOD, welche auch in Figur 4 wiedergegeben ist, weist einen ersten Eingang zum Erhalt einer Amplitudenkomponente A eines zu sendenden Signals und einen zweiten Eingang l2 zum Erhalt einer
Phasenkomponente Phi des zu sendenden Signals auf. Alternativ oder zusätzlich weist die eine Vorrichtung zur Modifizierung von Trajektorien T-MOD einen dritten und vierten Eingang l3, l4 zum Erhalt von Quadraturkomponenten I, Q des zu sendenden Signals auf. D.h. die Vorrichtung weist mindestens zwei Eingänge auf, um eine Repräsentierung eines komplexen Signales, also Inphasenkomponente I und Quadraturkomponente Q oder
Amplitudenkomponente A und Phasenkomponente Phi, zu erhalten. Ohne näher an dieser Stelle darauf einzugehen, kann aus der Inphasenkomponente I und Quadraturkomponente Q die jeweilige Amplitudenkomponente A und Phasenkomponente Phi berechnet werden und umgekehrt kann aus jeder Amplitudenkomponente A und Phasenkomponente Phi wiederum die Inphasenkomponente I und Quadraturkomponente Q berechnet werden. Darüber hinaus verfügt die eine Vorrichtung zur Modifizierung von Trajektorien T-MOD über einen ersten Ausgang Oi zur Bereitstellung einer Amplitudenkomponente eines zu sendenden
modifizierten Signals, und über einen zweiten Ausgang 02 zur Bereitstellung einer
Phasenkomponente eines zu sendenden modifizierten Signals, sowie über eine
Verarbeitungseinheit, welche basierend auf den erhaltenen Komponenten des zu sendenden Signals modifizierte Komponenten bereitstellt, wobei Trajektorien welche nahe am Ursprung vorbei führen oder den Ursprung berühren so modifiziert werden, dass die modifizierte Trajektorie in größerem Abstand vom Ursprung vorbeiführt.
Anhand von erhaltenen Amplitudenkomponenten und Phasenkomponenten und/oder erhaltenen Inphasen- und die Quadraturkomponenten kann man entscheiden, ob eine Modifikation von Trajektorien nötig ist.
So ist es möglich, dass eine entsprechende erfindungsgemäße Vorrichtung z.B. nur die Inphasen- und die Quadraturkomponente l,Q als Eingangssignal erhält und anhand der erhaltenen Komponentenwerte bestimmt, dass eine Modifikation durchzuführen ist. Die Modifikation kann dann vor einer Polarwandlung in Amplitudenkomponente A und
Phasenkomponente Phi oder nach der Polarwandlung in Amplitudenkomponente und Phasenkomponente durchgeführt werden.
Andererseits ist es auch möglich nur Amplituden- und Phasenkomponenten A, Phi als Eingangssignal zu erhalten und nun entweder an Hand der erhaltenen Komponenten zu bestimmen, dass eine Modifikation nötig ist oder aber zunächst eine Wandlung zu Inphasen- und die Quadraturkomponente l,Q durchzuführen und dann an Hand dieser Komponenten die Notwendigkeit einer Modifikation zu bestimmen.
Häufig werden jedoch beide Repräsentierungen des digitalen komplexen Signals als
Eingangssignal zur Verfügung stehen, so dass die Entscheidung bezogen auf die Amplitude anhand der erhaltenen Amplitudenkompenente A schnell und speichersparend durchgeführt werden kann, während die Phasenbedingung schnell und speichersparend auf Basis der Inphasen- und die Quadraturkomponente l,Q durchgeführt werden kann, während die eigentliche Modifikation wiederum auf Basis der erhaltenen Amplituden- und
Phasenkomponenten A, Phi durchgeführt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Trajektorien so modifiziert, dass sie ein nahezu kreisförmiges Gebiet K| um den Ursprung nicht berühren. Hierdurch wird erreicht, dass es nicht zu einem Durchschlagen des treibenden Phasensignals kommt und somit die Verzerrungen minimiert werden.
Weiterhin ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Verarbeitungseinheit weiterhin dazu eingerichtet, Trajektorien welche weit entfernt vom Ursprung vorbei führen so zu modifiziert werden, dass die modifizierte Trajektorie in näherem Abstand vom Ursprung vorbeiführt. Darüber hinaus ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung so ausgeführt, dass die modifizierten Trajektorien ein nahezu kreisförmiges Gebiet um den Ursprung nicht verlassen. Hierbei wird erreicht, dass die Trajektorien innerhalb des äußeren Kreise K0 verbleiben und so der Verstärker PA nahe an der Sättigung oder gerade in Sättigung betrieben wird und somit Nichtlinearitäten vermieden werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung, welche in Figur 3 dargestellt ist, wird der
Vorrichtung zur Modifizierung von Trajektorien T-MOD eine Einrichtung zur Erzeugung von Quadraturkomponenten l,Q aus Polarkomponenten IQR vorgeschaltet. Dann werden die Quadraturkomponenten l,Q aus der Amplitudenkomponente A eines zu sendenden Signals und der Phasenkomponente Phi des zu senden den Signals erhalten. Durch vorsehen dieser Einrichtung IQR wird es ermöglicht, die Vorrichtung T-MOD auch in Transmittern
einzusetzen, die über keinen direkten Zugang zu den Quadraturkomponenten l,Q verfügt. Alternativ dazu erhält die Vorrichtung zur Modifizierung von Trajektorien T-MOD die
Quadraturkomponenten l,Q direkt und die Amplitudenkomponente A und die
Phasenkomponente Phi des zu senden Signals werden aus einer Polarwandlung RtP erhalten.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Verarbeitungseinheit eine FPGA, DSP, ASIC, MikroController, Mikroprozessor oder dergleichen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung zum Einsatz in einem drahtlosen digitalen Übertragungssystem z.B. einem 3G, LTE, 4G, Wi M AX, D VB-T, D VB- H,DVB-S,DVB-S2, DMB, DAB.DAB+, oder drahtgebunden digitalen Übertragungssystem, z.B. einem xDSL System, bestimmt.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung verwendet die Verarbeitungseinheit zwei oder mehr Signalzustände der erhaltenen Komponenten für die Berechnung der modifizierten Trajektorie. Hierdurch werden Verzerrungen weiter minimiert.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die modifizierte Trajektorie im Bereich des ersten und des zweiten Signalzustandes im Wesentlichen unverändert, so dass der Fehlervektorwert EVM gering gehalten ist und somit eine sichere Detektion innerhalb der Systemparameter des Übertragungssystems möglich ist.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die maximale Phasenänderung zwischen zwei benachbarten Signalzuständen sowie die minimale Amplitude begrenzt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird basierend auf den
Randbedingungen die notwendige Anzahl der zu ändernden Signalpunkte dynamisch ermittelt wird, so dass die modifizierte Trajektorie so nahe wie möglich an der ursprünglichen Trajektorie liegt. Hierdurch werden Verzerrungen vermieden.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform werden für die modifizierten Signalzustände nicht gleichartig verschoben, sondern bevorzugt nur jene Signalzustände modifiziert, die einen geringeren Abstand zum Ursprung haben, wodurch wiederum die Verzerrung minimiert wird.
Die Erfindung erlaubt es die Bandbreitenexpansion der Polarwandlung zu minimieren und/oder die minimale Amplitude durch Modifikation der Vektortrajektorien von einem Signalzustand zu einem weiteren Signalzustand zu ermöglichen.
Die vorgestellte Methode und die vorgestellte Vorrichtung erlauben es Trajektorien präzise zu bearbeiten. So erlaubt die Erfindung beispielsweise nur die Trajektorien zu bearbeiten, die einen Nulldurchgang aufweisen bzw. die Trajektorien zu bearbeiten, die nahe am Ursprung vorbei führen, so dass auch Signale, welche Konstellationen nahe am Ursprung
entsprechen, auch nach Modifikation der Trajektorie sicher wieder erkannt werden.
Weiterhin erlaubt die vorgestellte Erfindung auch mehrere Signale als Basis für die
Modifikation zu berücksichtigen. Hierdurch können ohne Weiteres auch stringentere
Anforderungen an In-Band Verzerrungen als auch Out-of-Band Emissionen erfüllt werden, welche einfache Verfahren nicht zu leisten im Stande sind.
Darüber hinaus erlaubt die Erfindung eine kostengünstige Echtzeitimplementierung entweder in Hardware oder Software einer Kombination aus Hardware und Software.
Desweiteren ist es möglich für die neu berechneten Signalzustände nicht alle betroffenen Zustände gleichartig zu modifizieren, sondern bevorzugt nur jene Signalzustände zu modifizieren, die einen geringeren Abstand zum Ursprung haben, um dadurch Verzerrungen zu minimieren. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird dazu zunächst in einem Schritt 500 die Anzahl der betroffenen Zustände bestimmt. Anschließend wird für jedes aufeinanderfolgende Paar von Signalpunkten/Zuständen die erforderliche Phasenänderung bestimmt und die erforderliche Phasenänderung auf die zwei Zustände verteilt (Schritt 600), wobei die zwei Zustände nicht gleich betroffen sind. D.h. die
erforderliche Phasenänderung wird anhand des Abstandes der Zustände vom Ursprung gewichtet verteilt, so dass der Zustand, der näher am Ursprung liegt, eine größere
Phasenänderung erfährt als jener Punkt, der weiter entfernt vom Ursprung liegt. Dabei kann die Gewichtung unterschiedlich gestaltet sein, z.B. linear absteigend oder als Funktion des
Abstandes d absteigend, z.B. oder dergleichen. Dabei sollte vorzugsweise zugleich sichergestellt sein, dass die berechnete Phasenänderung erfüllt wird und dabei der Abstand zwischen modifiziertem und originalem Zustand minimiert wird. Weiterhin kann dabei berücksichtigt werden, dass der Abstand der neu berechneten Zustände vom Ursprung größer als der Minimalwert sein soll.

Claims

Ansprüche
Vorrichtung zur Modifizierung von Trajektorien (T-MOD) zur Verwendung in einer Sendeeinrichtung einer digitalen Übertragungseinrichtung, wobei zu versendendende Signale digital komplex moduliert sind, wobei eine Trajektorie bei einem Wechsel von einem ersten Signalzustand auf einen zweiten Signalzustand entsteht, aufweisend: einen ersten Eingang ( ; l3) und einen zweiten Eingang (l2, l4) zum Erhalt von Komponenten eines komplexen zu sendenden Signals,
einen ersten Ausgang (Oi) zur Bereitstellung einer Amplitudenkomponente eines zu sendenden modifizierten Signals,
einen zweiten Ausgang (02) zur Bereitstellung einer Phasenkomponente eines zu sendenden modifizierten Signals, und
eine Verarbeitungseinheit, welche basierend auf den erhaltenen Komponenten des zu sendenden Signals modifizierte Komponenten bereitstellt, wobei Trajektorien welche nahe am Ursprung vorbei führen oder den Ursprung berühren so modifiziert werden, dass die modifizierte Trajektorie in größerem Abstand vom Ursprung vorbeiführt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die modifizierten
Trajektorien ein nahezu kreisförmiges Gebiet um den Ursprung nicht berühren.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit zwei oder mehr Signalzustände der erhaltenen Komponenten für die Berechnung der modifizierten Trajektorie verwendet.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die modifizierte Trajektorie im Bereich des ersten und des zweiten
Signalzustandes im Wesentlichen unverändert ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Phasenänderung zwischen zwei benachbarten Signalzuständen sowie die minimale Amplitude begrenzt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die basierend auf den Randbedingungen die notwendige Anzahl der Signalzustände dynamisch ermittelt wird, so dass die modifizierte Trajektorie so nahe wie möglich an der ursprünglichen Trajektorie liegt.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Quadraturkomponenten aus der Amplitudenkomponente eines zu sendenden Signals und der Phasenkomponente des zu sendenden Signals erhalten werden.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass Quadraturkomponenten an dem ersten und dem zweiten Eingang ( , l2; , ) direkt erhalten werden und die Amplitudenkomponente und die Phasenkomponente des zu sendenden Signals aus einer Polarwandlung erhalten wird.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit eine FPGA, DSP, ASIC, Mikrocontroller,
Mikroprozessor oder dergleichen ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Einsatz in einem drahtlosen oder drahtgebunden digitalen Übertragungssystem bestimmt ist.
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