WO2001095582A1 - Multi-carrier data transmission method in which the individual carrier frequencies are directly occupied in the useful band - Google Patents

Multi-carrier data transmission method in which the individual carrier frequencies are directly occupied in the useful band Download PDF

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WO2001095582A1
WO2001095582A1 PCT/EP2001/006233 EP0106233W WO0195582A1 WO 2001095582 A1 WO2001095582 A1 WO 2001095582A1 EP 0106233 W EP0106233 W EP 0106233W WO 0195582 A1 WO0195582 A1 WO 0195582A1
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WO
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frequency
data
channel
signal
modulation
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PCT/EP2001/006233
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French (fr)
Inventor
Klaus Lehmann
Jürgen Weith
Stefan Wimmer
Rainer Fuchs
Rainer Maul
Original Assignee
Gds Gesellschaft Für Digitale Signalverarbeitung Mbh
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Publication date
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/003Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path
    • H04L5/0044Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path allocation of payload

Definitions

  • the invention relates to a method for orthogonal frequency multiplex modulation and a modulator, a demodulator and a communication system, which are based on the method.
  • FIG. 1 shows a transmitter 100 in which the OFDM method is implemented.
  • the input data to be transmitted by the transmitter 100 are first subjected to a serial-parallel conversion in the serial-parallel converter 102.
  • the parallelized data is then channel encoded by channel encoder 104 and interleaved.
  • the carrier assignment is then carried out in the module 106 by mapping.
  • the data symbols obtained in this way are then subjected to an inverse discrete Fourier transformation (IDFT) in module 108.
  • IDFT inverse discrete Fourier transformation
  • the coefficient values previously obtained by the inverse DFT are subjected to a subsequent digital-to-analog conversion in the digital-to-analog converter 112 and form the analog transmit signal.
  • FIG. 1 also shows a receiver 114 for receiving the analog transmission signal emitted by the transmitter 100.
  • the analog received signal is first converted by the analog-digital converter 116, which is followed by a serial-parallel conversion in the serial-parallel converter 118.
  • the digitized and Parallelized data is then subjected to a discrete Fourier transform (DFT) in module 120.
  • DFT discrete Fourier transform
  • the values transformed in this way are subjected to an inverse mapping operation in module 122.
  • a de-interleaver operation follows in module 124.
  • the modules 126 and 128 are used for channel decoding or parallel-serial conversion.
  • guard interval is added before the transmission of the transmission signal via the transmission channel during the signal generation as a periodic continuation of the complex transmission signal, in order to ensure that the signal is reconstructed on the reception side to be able to compensate for the settling caused by the transmission channel.
  • the guard interval is added in module 130.
  • the samples of the complex-generated time signal output by module 130 are then subjected to modulation with carrier functions f orthogonal to one another, both the time signal components I and Q and the modulation results being orthogonal to one another.
  • the addition or subtraction of the modulated partial signals leads to a real bandpass signal which, after appropriate amplification, serves as a transmission signal.
  • the bandpass signal is converted into components that are orthogonal to one another again by modulation with the orthogonal carrier frequencies in the modulator 136, which then undergoes a Fourier transformation in the OFDM receivers are subjected to the image symbols in the state space can be obtained from them again.
  • AGC Automatic Gain Control
  • a disadvantage of the known OFDM method is the relatively large implementation effort for the transmitter and receiver-side mixtures and complex signal filtering.
  • the invention is therefore based on the object of creating an improved method for orthogonal frequency multiplex modulation, and of creating an improved modulator and demodulator or a communication system based thereon.
  • the object on which the invention is based is achieved with the features of the independent claims.
  • the dependent claims indicate preferred embodiments of the invention.
  • the invention allows the multi-frequency signal to be transmitted to be formed on the transmitter side without further modulation or shifting into the bandpass range. This eliminates the need for a complex mixture.
  • the invention also makes it possible to generate the real transmission signal from the image area by summing the real and imaginary parts of the Fourier-transformed data symbols. Alternatively, it is also possible to use only the real part or only the imaginary part of the transformed data symbols for generating the transmission signal.
  • the invention is particularly advantageous for using a transmission channel with a plurality of bandpass areas, only those carriers which lie within the respective bandpass areas being used for the use of the OFDM method.
  • the frequency components outside the bandpass ranges are set to zero. This enables flexible and inexpensive use of the OFDM method for such channels.
  • the invention can also be used with any other transmission channels, in particular with radio, light wave or infrared transmission.
  • FIG. 2 shows a detailed view of the transmitter and receiver of FIG. 1,
  • FIG 3 is a flow diagram of an inventive
  • FIG. 4 shows the frequency assignment according to the example in FIG. 3,
  • FIG. 5 shows a block diagram of an OFDM transmitter according to the invention
  • FIG. 8 shows the block diagram of a receiver according to the invention.
  • a number of M data are transmitted per clock cycle, where M ⁇ N.
  • the M data is first subjected to a digital modulation method in step 300.
  • a known modulation rule e.g. xPSK or xQAM, in particular 4PSK, differential PSK or 16 QAM, are used.
  • M result in data symbols transformed by the modulation.
  • These data symbols generated from the modulation in step 300 are assigned to specific carrier frequencies by a mapping operation:
  • step 310 the desired frequency spectrum of the signal to be generated is first defined.
  • This frequency spectrum can be specified, for example, as the frequency characteristic of the transmission channel to be used.
  • Such a frequency spectrum is shown as an example in step 310.
  • the Frequency spectrum has the bandpass regions 312 and 314.
  • the sampling frequency is designated as frequency f c on the frequency axis.
  • the frequency points F L> F L + 1 and F L + 2 or F ⁇ , F ⁇ + 1 and F ⁇ + 2 are located in the bandpass regions 312 and 314.
  • Such a definition of the frequency spectrum and subdivision into equidistant frequency points results in a number m of frequency points that lie in the respective passband - in this example, the frequency points F L , F L + 1 , F L + 2 and F ⁇ , F ⁇ + 1 and F ⁇ + 2 .
  • These frequency points in the bandpass regions 312 and 314 thus form a subset of all defined frequency points Fj
  • step 320 the data symbols obtained in step 300 are assigned to the m frequency points in the bandpass areas 312 and 314.
  • the frequency points F, lying outside the bandpass ranges are set to zero. This results in a data vector with a number N of data, the data being zero except in the bandpass areas. In the bandpass areas, however, the data of this data vector are defined by the result of step 300 and the subsequent assignment to the m frequency points. This will be shown in detail in FIG. 4.
  • step 320 the data vector obtained in this way is subjected to an inverse Fourier transformation, in this example an inverse Fast Fourier transformation.
  • an inverse Fourier transformation in this example an inverse Fast Fourier transformation.
  • These values are output in output step 340 as a result of the modulation.
  • FIG. 4 shows the assignment of the M data symbols to the m frequency points of the bandpass ranges.
  • the leftmost date in the data vector 410 corresponds to the frequency zero; the rightmost date corresponds to the frequency point F ⁇ , ie on the frequency scale that frequency point immediately below the sampling frequency f c.
  • the data D 0 , D 1 ( D 2) are assigned.
  • the resulting data vector 410 is then input to a microprocessor 420 per clock cycle, which carries out the inverse Fast Fourier transformation.
  • FIG. 5 shows a transmitter 500 according to the invention.
  • the data to be transmitted are first parallelized in the serial-parallel converter 502, after which they are encoded in the encoder 504. This results in a number of M complex data symbols per time cycle, which are mapped into a data vector of length N (cf. step 320 of FIG. 3). This is input to the microprocessor 420 to perform the inverse Fast Fourier transform of length N.
  • the resulting 2-N values per clock cycle are in turn transformed in the parallel-serial converter 506 into a real and an imaginary serial signal x R (k) or x, (k).
  • the real and imaginary components are summed in summer 508 or only one of the two components is used for the transmission.
  • the output signal x (k) of the summer 508 is either equal to the real part x R or equal to the imaginary part x, or the sum of real and imaginary parts.
  • the signal x (k) is then digital-analog converted, filtered and amplified, so that the transmission signal y (t) results.
  • the two serial time signals are of the form
  • the further processing now takes place without complex modulation and without further signal filtering either by (see FIG. 5) a) only the real part x R (k) (only switch S1 closed), or only the imaginary part (only switch S2 closed), is subjected to a D / A conversion, analog post-filtering (reconstruction filter) and amplification. b) the real part x R (k) and the imaginary part x, (k) are summed and further processed according to a) (both switches S1, S2 closed).
  • x (k) x R (k) + x I (k)
  • the summation has the advantage of a higher signal energy.
  • An additional phase shift that arises does not have a disadvantageous effect due to the usual differential method.
  • FIG. 6 shows an example of the magnitude spectrum of the transmission signal in the event that the transmission channel has a bandpass characteristic between the frequencies f L and f L + n _.
  • a further bandpass range is present in the magnitude spectrum of the transmission signal in FIG. 7.
  • such a transmission characteristic can also be optimally used without additional effort by the modulation method according to the invention. If, as is necessary, for example, in powerline technology, bandpass signals are to be generated for the transmission signal, proceed as follows:
  • the values from 101 to 256 are reset to zero.
  • One advantage of the method is that a multiband signal, as shown in FIG. 7, can easily be generated only by software change, and also without orthogonal modulation, without the otherwise required pre-filtering of the transmission signal and without complex low-pass filtering of the back-modulated reception signal such as otherwise required in the prior art (see FIG. 2).
  • the transmit signal can also be obtained by Fourier synthesis from the individual carrier frequencies with the corresponding start phases.
  • the carrier frequencies can be read from a memory (sine table) or can also be generated using the Goertzel algorithm, for example.
  • FIG. 8 shows a receiver 800 according to the invention.
  • the signal x (t) generated according to the method according to the invention is first converted in the analog-digital converter 802; At the output of the downstream serial-parallel converter 804 there are again the values x R or x, or x R + x, before-depending on the position of the switches S1 and S2, which are connected in the transmitter 500 (cf. FIG. 5 ).
  • the complex symbols X are recovered by the subsequent Fast Fourier transformation of these values in the microprocessor 806. After their decoding in module 808 and parallel-serial conversion in converter 810, the received data are recognized and output by decision maker 812.
  • the signal arriving at the receiver is distorted by the properties of the transmission channel and has additive interference signals such as noise, pulse interference and sine interference.
  • a correlation receiver is optimal for such a signal.
  • An essential advantage according to the invention is the possibility of recovering the data signals with an FFT via symbol clock T s or T s ⁇ as shown in FIG.
  • ⁇ -v are the frequencies transmitted in the integer grid v and ⁇ - ⁇ are the comparison frequencies for the FFT acting as a correlator bank.
  • the coefficients a v and bv represent the former transmission signal amplitudes a ⁇ and b ⁇ arriving at the receiving location .
  • the information a v and bv contained in the transmitter carrier frequencies are recovered with ⁇ in ascending order.
  • the only requirement is the synchronization of the receiver to the sequence x (k), which can be carried out using various known methods.
  • a further otherwise necessary synchronization to the angular frequency and the phase of orthogonal modulation and demodulation frequencies is not necessary, since these are not required at all in the method according to the invention.
  • the method can e.g. by suitable programming of a Motorola 56002 digital signal processor (DSP), on the receiver side using Motorola 56303 DSP.
  • DSP digital signal processor

Abstract

The invention relates to a broadband-efficient multi-carrier data transmission method, in which no orthogonal modulation channels are necessary. The individual complex carrier frequencies are directly occupied in the useful band. The generated complex time signals are only formed as real parts or imaginary parts or by the addition of real and imaginary parts. Using correlation reception, implemented as synchronously clocked discrete Fourier transformation on the receive side, the symbols combined on the transmit side can be completely recovered, whereby the provision of filters which is normally required in modulation and demodulation with orthogonal channels is eliminated. Another advantage of the invention is that it is not necessary to synchronize the carrier frequency according to frequency and phase.

Description

VERFAHREN ZUR MULTITRAGER-DATENUBERTRAGUNG , BEI DEM DIE EINZELEN TRÄGERFREQUENZ EN DIREKT IM NUTZBAND BELEGT WERDENMETHOD FOR MULTI-CARRIER DATA TRANSFER, IN WHICH THE INDIVIDUAL CARRIER FREQUENCY IS DIRECTLY ASSIGNED IN THE USER TAPE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur orthogonalen Frequenz-Multiplexmodulation sowie einen Modulator, einen Demodulator und ein Kommunikationssystem, welche auf dem Verfahren basieren.The invention relates to a method for orthogonal frequency multiplex modulation and a modulator, a demodulator and a communication system, which are based on the method.
Aus dem Stand der Technik ist die Verwendung von sogenannten diskreten Mehrtonverfahren zur bandbreiteneffizienten Übertragung bekannt. Solche Mehrtonverfahren werden auch als „orthogonal-frequency division multiplex,, (OFDM) bezeichnet. Bei diesem Multiträgerkonzept ist sowohl die Orthogonalität zeitlich aufeinanderfolgender als auch spektral benachbarter Symbole erfüllt.The use of so-called discrete multi-tone methods for bandwidth-efficient transmission is known from the prior art. Such multi-tone methods are also referred to as "orthogonal-frequency division multiplex" (OFDM). With this multi-carrier concept, the orthogonality of temporally successive and spectrally adjacent symbols is fulfilled.
Das OFDM-Verfahren ist bspw. in den Fachbüchern von Prof. Dr. Kammeyer „Nachrichtenübertragung,,, BG Teubner Verlag GmbH, Stuttgart, 1992 und in „The Mobile Communications Handbook,,, Jerry D. Gibson, CRC Press, Inc. 1996 sowie in US 3,488,445 beschrieben.The OFDM process is, for example, in the specialist books of Prof. Dr. Kammeyer, "Messaging", BG Teubner Verlag GmbH, Stuttgart, 1992 and in "The Mobile Communications Handbook", Jerry D. Gibson, CRC Press, Inc. 1996 and in US 3,488,445.
Anhand der Figuren 1 und 2 wird im weiteren ein aus dem Stand der Technik bekanntes OFDM-System erläutert. Die Figur 1 zeigt einen Sender 100, in welchem das OFDM-Verfahren implementiert ist. Die von dem Sender 100 zu übertragenden Eingangsdaten werden zunächst in dem seriell-parallel Wandler 102 einer seriellparallel Wandlung unterzogen. Die parallelisierten Daten werden sodann von dem Kanalkodierer 104 kanalkodiert und einer Interleaving-Operation unterzogen. Daraufhin erfolgt in dem Modul 106 die Trägerzuordnung durch Mapping. Die so gewonnenen Datensymbole werden dann in dem Modul 108 einer inversen diskreten Fourier-Transformation (IDFT) unterzogen. Nach Parallel-Serienwandlung durch den parallel-seriell Wandler 110 werden die vorher durch die inverse DFT gewonnenen Koeffizientenwerte einer nachfolgenden Digital-Analog-Umsetzung in dem digitalanalog Umsetzer 112 unterzogen und bilden das analoge Sendesignal.An OFDM system known from the prior art is explained below with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 shows a transmitter 100 in which the OFDM method is implemented. The input data to be transmitted by the transmitter 100 are first subjected to a serial-parallel conversion in the serial-parallel converter 102. The parallelized data is then channel encoded by channel encoder 104 and interleaved. The carrier assignment is then carried out in the module 106 by mapping. The data symbols obtained in this way are then subjected to an inverse discrete Fourier transformation (IDFT) in module 108. After parallel-to-serial conversion by the parallel-to-serial converter 110, the coefficient values previously obtained by the inverse DFT are subjected to a subsequent digital-to-analog conversion in the digital-to-analog converter 112 and form the analog transmit signal.
Die Figur 1 zeigt ferner einen Empfänger 114 zum Empfang des von dem Sender 100 abgegebenen analogen Sendesignals. Das analoge Empfangssignal wird zunächst von dem analog - digital Umsetzer 116 umgesetzt, worauf eine seriellparallel Wandlung in dem seriell-parallel Wandler 118 folgt. Die digitalisierten und parallelisierten Daten werden dann in dem Modul 120 einer diskreten Fourier- Transformation (DFT) unterzogen. Die so transformierten Werte werden in dem Modul 122 einer inversen Mapping-Operation unterzogen. Nach dem inversen Mapping folgt in dem Modul 124 eine De-Interleaver-Operation. Schliesslich erfolgen in den Modulen 126 und 128 die Kanaldecodierung bzw. die parallel-seriell Wandlung.FIG. 1 also shows a receiver 114 for receiving the analog transmission signal emitted by the transmitter 100. The analog received signal is first converted by the analog-digital converter 116, which is followed by a serial-parallel conversion in the serial-parallel converter 118. The digitized and Parallelized data is then subjected to a discrete Fourier transform (DFT) in module 120. The values transformed in this way are subjected to an inverse mapping operation in module 122. After inverse mapping, a de-interleaver operation follows in module 124. Finally, the modules 126 and 128 are used for channel decoding or parallel-serial conversion.
Bei dem in der Figur 2 gezeigten OFDM-System wird vor dem Aussenden des Sendesignals über den Übertragungskanal ein sog. „Guard-Intervall,, bei der Signalerzeugung als periodische Fortsetzung des komplexen Sendesignals hinzugefügt, um bei der Rekonstruktion des Signals auf der Empfangsseite das durch den Übertragungskanal hervorgerufene Einschwingen kompensieren zu können. Die Hinzufügung des Guard-Intervalls erfolgt in dem Modul 130. Die Abtastwerte des von dem Modul 130 ausgegebenen komplexerzeugten Zeitsignals werden sodann einer Modulation mit zueinander orthogonalen Trägerfunktionen f unterworfen, wobei sowohl die beiden Zeitsignalkomponenten I und Q, als auch die Modulationsergebnisse zueinander orthogonal sind. Bekannterweise führt die Addition oder Subtraktion der modulierten Teilsignale zu einem reellen Bandpasssignal, welches nach entsprechender Verstärkung als Sendesignal dient.In the OFDM system shown in FIG. 2, a so-called “guard interval” is added before the transmission of the transmission signal via the transmission channel during the signal generation as a periodic continuation of the complex transmission signal, in order to ensure that the signal is reconstructed on the reception side to be able to compensate for the settling caused by the transmission channel. The guard interval is added in module 130. The samples of the complex-generated time signal output by module 130 are then subjected to modulation with carrier functions f orthogonal to one another, both the time signal components I and Q and the modulation results being orthogonal to one another. As is known, the addition or subtraction of the modulated partial signals leads to a real bandpass signal which, after appropriate amplification, serves as a transmission signal.
Auf der Empfangsseite wird nach entsprechender Bandpassfilterung zur Störbefreiung und einer Verstärkungsregelung (AGC= Automatic Gain Control) in dem Modul 134 das Bandpassignal durch Rückmodulation mit den orthogonalen Trägerfrequenzen in dem Modulator 136 in wieder zueinander orthogonale Komponenten umgesetzt, die dann einer Fourier-Transformation in dem OFDM- Empfänger unterworfen werden, um daraus wieder die Bildsymbole im Zustandsraum gewinnen zu können.On the receiving side, after appropriate bandpass filtering for interference suppression and a gain control (AGC = Automatic Gain Control) in module 134, the bandpass signal is converted into components that are orthogonal to one another again by modulation with the orthogonal carrier frequencies in the modulator 136, which then undergoes a Fourier transformation in the OFDM receivers are subjected to the image symbols in the state space can be obtained from them again.
Bei diesem bekannten Mehrträgerverfahren sind für die Signalaufbereitung in dem Modulator 132 auf der Senderseite und für die Signalrückgewinnung in dem Modulator 136 empfängerseitig zwei Realisierungsmethoden möglich. Die Modulation mit sin(ωMt) und cos(ωMt) (Mischung) kann sowohl analog, als auch digital durchgeführt werden. Bei der analogen Mischung sind aufwendige Schaltungen zur Multiplikation und Erzeugung der zueinander streng orthogonalen Trägersignale sin(α)Mt) und cos(ωMt) notwendig. Erfolgt dagegen die Mischung digital, müssen die I- und Q-Basisbänder überabgetastet, aufwendig interpoliert, mit den digital erzeugten Trägersignalen multipliziert und anschließend addiert werden. Dieser umfangreiche und intensive Aufwand ist nötig, damit nach der Fourier-Transformation die Datensymbole mit akzeptabler Bitfehlerrate zurückgerechnet werden können.In this known multicarrier method, two implementation methods are possible for signal conditioning in modulator 132 on the transmitter side and for signal recovery in modulator 136 on the receiver side. The modulation with sin (ω M t) and cos (ω M t) (mixture) can be carried out both analog and digital. With analog mixing, complex circuits for multiplying and generating the mutually strictly orthogonal carrier signals sin (α) M t) and cos (ω M t) are necessary. If, on the other hand, the mixing is done digitally, the I and Q basebands must be oversampled, complexly interpolated, multiplied by the digitally generated carrier signals and then added. This extensive and intensive effort is necessary so that the data symbols can be calculated back with an acceptable bit error rate after the Fourier transformation.
Das OFDM-Verfahren und Anwendungen desselben sind ferner beschrieben in „Data Transmission by Frequency-Division Multiplexing Using the Discrete Fourier Transform,,, S. B. Weinstein und Paul M. Ebert, IEEE Transactions on Communication Technology, vol. COM-19, No. 5, Seiten 628 bis 634, Oktober 1971, „Performance of an Efficient Parallel Data Transmission System,,, Burton R. Saltzberg, IEEE Transactions on Communication Technology, Vo. COM-15, No. 6, Seiten 805 bis 811, Dezember 1967, und in „Digital Sound Broadcasting to Mobile Receivers,,, Bernhard Le Floch, Roselyne Halbert-Lassalle, Damien Castelain, IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol. 35, No. 3, Seiten 493 bis 503, August 1989, sowie in EP 840 485, EP 932284 und EP 975 097.The OFDM method and its uses are also described in “Data Transmission by Frequency-Division Multiplexing Using the Discrete Fourier Transform ,,, S.B. Weinstein and Paul M. Ebert, IEEE Transactions on Communication Technology, vol. COM-19, No. 5, pages 628 to 634, October 1971, “Performance of an Efficient Parallel Data Transmission System ,,, Burton R. Saltzberg, IEEE Transactions on Communication Technology, Vo. COM-15, No. 6, pages 805 to 811, December 1967, and in “Digital Sound Broadcasting to Mobile Receivers ,,, Bernhard Le Floch, Roselyne Halbert-Lassalle, Damien Castelain, IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol. 35, No. 3, pages 493 to 503, August 1989, and in EP 840 485, EP 932284 and EP 975 097.
Nachteilig bei dem bekannten OFDM-Verfahren ist also der relativ große Realisierungsaufwand für die sender- und empfängerseitigen Mischungen und aufwendigen Signalfilterungen.A disadvantage of the known OFDM method is the relatively large implementation effort for the transmitter and receiver-side mixtures and complex signal filtering.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur orthogonalen Frequenz-Multiplex Modulation zu schaffen, sowie einen darauf basierenden verbesserten Modulator und Demodulator bzw. ein Kommunikationssystem zu schaffen.The invention is therefore based on the object of creating an improved method for orthogonal frequency multiplex modulation, and of creating an improved modulator and demodulator or a communication system based thereon.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche geben bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung an. Die Erfindung erlaubt es, das zu übertragende Mehrfrequenzsignal senderseitig ohne weitere Modulation oder Verschiebung in den Bandpassbereich zu bilden. Dadurch entfällt die sonst erforderliche aufwendige Mischung.The object on which the invention is based is achieved with the features of the independent claims. The dependent claims indicate preferred embodiments of the invention. The invention allows the multi-frequency signal to be transmitted to be formed on the transmitter side without further modulation or shifting into the bandpass range. This eliminates the need for a complex mixture.
Die Erfindung erlaubt es femer, das reelle Sendesignal durch Summation der Real- und Imaginärteile der Fourier-transformierten Datensymbole aus dem Bildbereich zu erzeugen. Alternativ ist auch die Verwendung nur des Realteils bzw. nur des Imaginärteils der transformierten Datensymbole zur Erzeugung des Sendesignals möglich.The invention also makes it possible to generate the real transmission signal from the image area by summing the real and imaginary parts of the Fourier-transformed data symbols. Alternatively, it is also possible to use only the real part or only the imaginary part of the transformed data symbols for generating the transmission signal.
Besonders vorteilhaft ist die Erfindung zur Nutzung eines Übertragungskanals mit mehreren Bandpassbereichen, wobei nur solche Träger, die innerhalb der jeweiligen Bandpassbereiche liegen, für die Anwendung des OFDM-Verfahrens benutzt werden. Die außerhalb der Bandpassbereiche liegenden Frequenzanteile werden zu Null gesetzt. Dadurch ist eine flexible und kostengünstige Nutzung des OFDM- Verfahrens für solche Kanäle ermöglicht.The invention is particularly advantageous for using a transmission channel with a plurality of bandpass areas, only those carriers which lie within the respective bandpass areas being used for the use of the OFDM method. The frequency components outside the bandpass ranges are set to zero. This enables flexible and inexpensive use of the OFDM method for such channels.
Dies erlaubt insbesondere eine kostengünstige Realisierung der sog. Powerline- Technik mit einem Frequenzband von 9 kHz bis 148,5 kHz, bei der ein Energieversorgungsnetz zur Übertragung von Kommunikationsdaten benutzt wird. Dies gilt insbesondere bei einer Erweiterung der Frequenzbänder der Power-Line Technik in den Megahertz-Bereich hinein.This allows, in particular, a cost-effective implementation of the so-called powerline technology with a frequency band from 9 kHz to 148.5 kHz, in which an energy supply network is used for the transmission of communication data. This applies in particular when the frequency bands of the power line technology are expanded into the megahertz range.
Die Erfindung kann jedoch auch bei beliebigen anderen Übertragungskanälen, insbesondere mit Funk-, Lichtwellen- oder Infrarotübertragung, eingesetzt werden.However, the invention can also be used with any other transmission channels, in particular with radio, light wave or infrared transmission.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben:An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below:
Es zeigenShow it
Figur 1 einen OFDM-Sender und Empfänger nach dem Stand der1 shows an OFDM transmitter and receiver according to the state of the
Technik, Figur 2 eine Detailansicht des Senders und Empfängers der Figur 1 ,Technology, FIG. 2 shows a detailed view of the transmitter and receiver of FIG. 1,
Figur 3 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßenFigure 3 is a flow diagram of an inventive
Modulationsverfahrens,Modulation method,
Figur 4 die Frequenzzuordnung nach dem Beispiel der Figur 3,FIG. 4 shows the frequency assignment according to the example in FIG. 3,
Figur 5 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemässen OFDM Senders,FIG. 5 shows a block diagram of an OFDM transmitter according to the invention,
Figur 6 das Betragsspektrum des Sendesignales im Fall eines6 shows the range of magnitudes of the transmission signal in the case of a
Bandpassbereichs,Bandpass range,
Figur 7 das Betragsspektrum des Sendesignals im Fall mehrerer7 shows the magnitude spectrum of the transmission signal in the case of several
Bandpassbereiche undBandpass areas and
Figur 8 das Blockdiagramm eines erfindungsgemässen Empfängers.FIG. 8 shows the block diagram of a receiver according to the invention.
Bei dem in der Figur 3 dargestellten Verfahren wird eine Anzahl von M Daten pro Zeittakt übertragen, wobei M < N ist. Die M Daten werden zunächst in dem Schritt 300 einem digitalen Modulationsverfahren unterworfen. Es kann dabei eine bekannte Modulationsvorschrift, z.B. xPSK oder xQAM, insbesondere 4PSK, differentielle PSK oder 16 QAM, zur Anwendung kommen. Pro Zeittakt resultieren dann wiederum M durch die Modulation transformierte Datensymbole. Diese aus der Modulation in dem Schritt 300 erzeugten Datensymbole werden durch eine Mapping-Operation bestimmten Trägerfrequenzen zugeordnet:In the method shown in FIG. 3, a number of M data are transmitted per clock cycle, where M <N. The M data is first subjected to a digital modulation method in step 300. A known modulation rule, e.g. xPSK or xQAM, in particular 4PSK, differential PSK or 16 QAM, are used. In turn, M result in data symbols transformed by the modulation. These data symbols generated from the modulation in step 300 are assigned to specific carrier frequencies by a mapping operation:
In dem Schritt 310 wird zunächst das gewünschte Frequenzspektrum des zu erzeugenden Signals definiert. Dieses Frequenzspektrum kann bspw. als die Frequenzcharakteristik des zu verwendenden Übertragungskanals vorgegeben sein. Ein solches Frequenzspektrum ist beispielhaft in dem Schritt 310 dargestellt. Das Frequenzspektrum weist die Bandpassbereiche 312 und 314 auf. Die Abtastfrequenz ist als Frequenz fc auf der Frequenzachse bezeichnet. Durch geeignete Wahl der Anzahl der Frequenzpunkte N, die für das Verfahren verwendet werden sollen, ergibt sich daraus ein Frequenzintervall Δf = fc / N.In step 310, the desired frequency spectrum of the signal to be generated is first defined. This frequency spectrum can be specified, for example, as the frequency characteristic of the transmission channel to be used. Such a frequency spectrum is shown as an example in step 310. The Frequency spectrum has the bandpass regions 312 and 314. The sampling frequency is designated as frequency f c on the frequency axis. A suitable choice of the number of frequency points N to be used for the method results in a frequency interval Δf = f c / N.
Daraus resultiert die Definition von N Frequenzpunkten von der Frequenz Null ausgehend auf der Frequenzachse, welche jeweils um das Frequenzintervall Δf beabstandet sind. Stellvertretend für die N äquidistanten Frequenzpunkte zwischen der Frequenz Null und der Frequenz fc ist der Frequenzpunkt Fj in der Fig. 3 gezeigt, wobei 0<i<N.This results in the definition of N frequency points starting from the frequency zero on the frequency axis, which are spaced apart by the frequency interval Δf. Representing the N equidistant frequency points between the frequency zero and the frequency f c , the frequency point Fj is shown in FIG. 3, where 0 <i <N.
In den Bandpassbereichen 312 und 314 befinden sich die Frequenzpunkte FL> FL+1 und FL+2 bzw. Fκ, Fκ+1 und Fκ+2.The frequency points F L> F L + 1 and F L + 2 or F κ , F κ + 1 and F κ + 2 are located in the bandpass regions 312 and 314.
Eine solche Definition des Frequenzspektrums und Unterteilung in äquidistante Frequenzpunkte ergibt also eine Anzahl m von Frequenzpunkten, die in den jeweiligen Durchlassbereichen liegen - in diesem Beispiel die Frequenzpunkte FL, FL+1, FL+2 und Fκ, Fκ+1 und Fκ+2. Diese Frequenzpunkte in den Bandpassbereichen 312 und 314 bilden also eine Teilmenge aller definierten Frequenzpunkte FjSuch a definition of the frequency spectrum and subdivision into equidistant frequency points results in a number m of frequency points that lie in the respective passband - in this example, the frequency points F L , F L + 1 , F L + 2 and F κ , F κ + 1 and F κ + 2 . These frequency points in the bandpass regions 312 and 314 thus form a subset of all defined frequency points Fj
In dem Schritt 320 werden die in dem Schritt 300 gewonnenen Datensymbole den m Frequenzpunkten in den Bandpassbereichen 312 und 314 zugeordnet. Die außerhalb der Bandpassbereiche liegenden Frequenzpunkte F, werden zu Null gesetzt. Daraus resultiert ein Datenvektor mit einer Anzahl N von Daten, wobei die Daten ausser in den Bandpassbereichen gleich Null sind. In den Bandpassbereichen hingegen werden die Daten dieses Datenvektors durch das Ergebnis des Schrittes 300 und die nachfolgende Zuordnung zu den m Frequenzpunkten definiert. Dies wird im Detail noch in der Figur 4 gezeigt werden.In step 320, the data symbols obtained in step 300 are assigned to the m frequency points in the bandpass areas 312 and 314. The frequency points F, lying outside the bandpass ranges are set to zero. This results in a data vector with a number N of data, the data being zero except in the bandpass areas. In the bandpass areas, however, the data of this data vector are defined by the result of step 300 and the subsequent assignment to the m frequency points. This will be shown in detail in FIG. 4.
In dem Schritt 320 wird der so gewonnene Datenvektor einer inversen Fourier- Transformation, in diesem Beispiel einer inversen Fast-Fourier-Transformation, unterzogen. Daraus resultiert ein Datenvektor von 2 N Werten mit einem Frequenzspektrum der Trägerfrequenzen entsprechend des in dem Schritt 310 vorgegebenen Frequenzsspektrums. Diese Werte werden in Ausgabeschritt 340 als Ergebnis der Modulation ausgegeben.In step 320, the data vector obtained in this way is subjected to an inverse Fourier transformation, in this example an inverse Fast Fourier transformation. This results in a data vector of 2 N values with a frequency spectrum of the carrier frequencies corresponding to that in step 310 predetermined frequency spectrum. These values are output in output step 340 as a result of the modulation.
Die Figur 4 zeigt die Zuordnung der M Datensymbole zu den m Frequenzpunkten der Bandpassbereiche.FIG. 4 shows the assignment of the M data symbols to the m frequency points of the bandpass ranges.
Pro Zeittakt steht eine aus den Datensymbolen D0, D^ D2 D5 bestehendeThere is one data symbol D 0 , D ^ D 2 D 5 per time cycle
Datensequenz zur Verarbeitung in dem Schritt 320 an. Zur Durchführung des sogenannten Mappings werden die Elemente des Datenvektors 410 wie folgt definiert:Data sequence for processing in step 320. To carry out the so-called mapping, the elements of the data vector 410 are defined as follows:
Diejenigen Positionen i in dem Datenvektor 410, die Frequenzpunkten F| auf der Frequenzachse außerhalb der Bandpassbereiche 312 und 314 entsprechen, werden zu Null gesetzt. Die Positionen in dem Datenvektor 410, die den Frequenzen FL, FL+1, FL+2 sowie FK) Fκ+1 und Fκ+2 in den Bandpassbereichen 312 und 314 entsprechen, werden mit den entsprechenden Datensymbolen D0 bis D5 beaufschlagt.Those positions i in the data vector 410, the frequency points F | on the frequency axis outside of bandpass ranges 312 and 314 are set to zero. The positions in the data vector 410 which correspond to the frequencies F L , F L + 1 , F L + 2 and F K) F κ + 1 and F κ + 2 in the bandpass areas 312 and 314 are marked with the corresponding data symbols D 0 applied to D 5 .
Aus den N = 14 Frequenzpunkten der Ausführungsbeispiels der Fig. 3 ergibt sich dann ein Datenvektor 410 mit N = 14 Daten. Das äußerst linke Datum in dem Datenvektor 410 entspricht dabei der Frequenz Null; das äußerst rechte Datum entspricht dem Frequenzpunkt F^ d.h. auf der Frequenzskala demjenigen Frequenzpunkt unmittelbar unterhalb der Abtastfrequenz fc Allgemein entspricht also ein Datum i des Datenvektors der Frequenz Fj, wobei 0 <= i < N.A data vector 410 with N = 14 data then results from the N = 14 frequency points of the exemplary embodiment in FIG. 3. The leftmost date in the data vector 410 corresponds to the frequency zero; the rightmost date corresponds to the frequency point F ^, ie on the frequency scale that frequency point immediately below the sampling frequency f c. In general, a date i of the data vector corresponds to the frequency Fj, where 0 <= i <N.
In dem betrachteten Beispiel sind etwa die Daten auf den Vektorpositionen zwischen i=0 und i = 4 gleich Null, da die entsprechenden Frequenzpunkte unterhalb des ersten Bandpassbereichs 312 liegen. Den darauffolgenden Frequenzpunkten FL,In the example under consideration, the data on the vector positions between i = 0 and i = 4 are approximately zero, since the corresponding frequency points lie below the first bandpass range 312. The subsequent frequency points F L ,
(d.h. zwischen i = 5 und i = 7) werden die Daten D0, D1( D2 zugeordnet. Entsprechend wird für die weiteren Vektorpositionen zwischen i= 8 bis i = 13 verfahren. Der daraus resultierende Datenvektor 410 wird dann pro Zeittakt in einen Mikroprozessor 420 eingegeben, der die inverse Fast-Fourier-Transformation durchführt.(ie between i = 5 and i = 7) the data D 0 , D 1 ( D 2) are assigned. The procedure for the other vector positions is between i = 8 to i = 13. The resulting data vector 410 is then input to a microprocessor 420 per clock cycle, which carries out the inverse Fast Fourier transformation.
Figur 5 zeigt einen erfindungsgemässen Sender 500. Die zu übertragenden Daten werden zunächst in dem seriell-parallel Wandler 502 parallelisiert, worauf sie in dem Codierer 504 kodiert werden. Daraus resultiert pro Zeittakt eine Anzahl von M komplexer Datensymbole, die in einen Datenvektor der Länge N gemappt werden (vgl. Schritt 320 der Fig. 3). Dieser wird in den Mikroprozessor 420 zur Durchführung der inversen Fast-Fourier-Transformation der Länge N eingegeben.FIG. 5 shows a transmitter 500 according to the invention. The data to be transmitted are first parallelized in the serial-parallel converter 502, after which they are encoded in the encoder 504. This results in a number of M complex data symbols per time cycle, which are mapped into a data vector of length N (cf. step 320 of FIG. 3). This is input to the microprocessor 420 to perform the inverse Fast Fourier transform of length N.
Die daraus resultierenden 2-N Werte pro Zeittakt werden wiederum in dem parallelseriell Wandler 506 in ein reelles und ein imaginäres serielles Signal xR(k) bzw. x,(k) transformiert. Je nachdem, ob die Schalter S1 und S2 geschlossen oder geöffnet sind, werden die Real- und die Imaginäranteile in dem Summierer 508 summiert oder es wird im weiteren nur eine der beiden Komponenten für die Übertragung verwendet. Je nach Schalterstellung ist also das Ausgangssignal x (k) des Summierers 508 entweder gleich dem Realteil xR oder gleich dem Imaginärteil x, oder der Summe aus Real- und Imaginäranteilen. Das Signal x(k) wird sodann digital-analog gewandelt sowie gefiltert und verstärkt, so dass das Sendesignal y(t) resultiert.The resulting 2-N values per clock cycle are in turn transformed in the parallel-serial converter 506 into a real and an imaginary serial signal x R (k) or x, (k). Depending on whether switches S1 and S2 are closed or open, the real and imaginary components are summed in summer 508 or only one of the two components is used for the transmission. Depending on the switch position, the output signal x (k) of the summer 508 is either equal to the real part x R or equal to the imaginary part x, or the sum of real and imaginary parts. The signal x (k) is then digital-analog converted, filtered and amplified, so that the transmission signal y (t) results.
Je nach Belegung der Eingänge des IFFT-Blocks sind die beiden seriellen Zeitsignale von der FormDepending on the assignment of the inputs of the IFFT block, the two serial time signals are of the form
μ -cos(ju- Gr0 -k-Tc) mit n = Anzahl der Frequenzlinien
Figure imgf000010_0001
und
μ -cos (ju- Gr 0 -kT c ) with n = number of frequency lines
Figure imgf000010_0001
and
A, -sinCα- ar0. Ä -2 )
Figure imgf000010_0002
d.h. die berechneten harmonischen Signale treten nur im ganzzahligen Raster (Orthogonalität) auf.
A , -sinCα- ar 0 . Ä -2)
Figure imgf000010_0002
ie the calculated harmonic signals only appear in the integer grid (orthogonality).
Die weitere Verarbeitung erfolgt nun ohne aufwendige Modulation und ohne weitere Signalfilterung entweder dadurch, dass (vgl. Fig. 5) a) nur der Realteil xR(k) (nur Schalter S1 geschlossen), oder auch nur der Imaginärteil (nur Schalter S2 geschlossen), einer D/A-Wandlung, analogen Nachfilterung (Rekonstruktionsfilter) und Verstärkung unterzogen wird. b) Realteil xR(k) und Imaginärteil x,(k) summiert und entsprechend a) weiterverarbeitet werden (beide Schalter S1, S2 geschlossen).The further processing now takes place without complex modulation and without further signal filtering either by (see FIG. 5) a) only the real part x R (k) (only switch S1 closed), or only the imaginary part (only switch S2 closed), is subjected to a D / A conversion, analog post-filtering (reconstruction filter) and amplification. b) the real part x R (k) and the imaginary part x, (k) are summed and further processed according to a) (both switches S1, S2 closed).
Bei der Summation (Fall b)) entsteht aus den Realteil- und Imaginärteilabtastwerten durch eine trigonometrische Umformung das folgende diskrete Signal:In summation (case b)), the following discrete signal arises from the real part and imaginary part samples by trigonometric conversion:
x(k) =xR(k)+xI(k)x (k) = x R (k) + x I (k)
Figure imgf000011_0001
Figure imgf000011_0001
L+n-l . . x(k) - ^ - cosltf- βτ0 -k -Tcμ ±π) μ=LL + nl. , x (k) - ^ - cosltf- βτ 0 -k -T cμ ± π) μ = L
Bei der Summation wird also wieder eine Sinusschwingung mit anderer Amplitude cμ und einer Phasenverschiebung φμ pro generierter Trägerfrequenz ωμμ=μ-ω0) erzeugt.During the summation, a sinusoidal oscillation with a different amplitude c μ and a phase shift φ μ per generated carrier frequency ω μμ = μ-ω 0 ) is generated again.
Die Summation hat den Vorteil einer höheren Signalenergie. Eine zusätzlich entstehende Phasenverschiebung wirkt sich durch das übliche differentielle Verfahren nicht nachteilig aus.The summation has the advantage of a higher signal energy. An additional phase shift that arises does not have a disadvantageous effect due to the usual differential method.
Die Figur 6 zeigt beispielhaft das Betragsspektrum des Sendesignals für den Fall, dass der Übertragungskanal eine Bandpasscharakteristik zwischen den Frequenzen fL und fL+n_., aufweist. In dem Betragsspektrum des Sendesignals der Figur 7 ist ein weiterer Bandpassbereich vorhanden. Wie bereits unter Bezugnahme auf Figur 3 erläutert, kann auch eine solche Übertragungscharakteristik ohne zusätzlichen Aufwand durch das erfindungsgemäße Modulationsverfahren optimal genutzt werden. Sollen, wie es beispielsweise in der Powerline-Technik nötig ist, Bandpasssignale für das Sendesignal erzeugt werden, so ist wie folgt vorzugehen:FIG. 6 shows an example of the magnitude spectrum of the transmission signal in the event that the transmission channel has a bandpass characteristic between the frequencies f L and f L + n _. A further bandpass range is present in the magnitude spectrum of the transmission signal in FIG. 7. As already explained with reference to FIG. 3, such a transmission characteristic can also be optimally used without additional effort by the modulation method according to the invention. If, as is necessary, for example, in powerline technology, bandpass signals are to be generated for the transmission signal, proceed as follows:
Der Nutzbandbereich liegt beispielsweise im Bereich von fL=100kHz bis ca. f^^ = 120kHz. Die Wahl der Abtastfrequenz mit fc=307,2kHz und der Festlegung der IFFT- Länge mit N=256 führt auf einen Abstand von Δf=307,2kHz/256 = 1200Hz jeweils zueinander orthogonaler Trägerfrequenzen. Die ersten 84 Werte bei der Berechnung der IFFT werden Null gesetzt, vom 85. Wert bis zum 100. Wert werden M=16 Frequenzen mit einem bekannten digitalen Modulationsverfahren (4PSK, 8PSK, usw. ) beaufschlagt. Die Werte von 101 bis 256 werden wieder Null gesetzt. Damit entsteht ein Bandpasssignal im Bereich von fL=100,8kHz bis ^+„.,=118,8kHz, d.h. mit 18kHz Bandbreite. Die Symbolzeit ist Ts = N-1/fc = 833,33μs. Zur Übertragung über einen realen Kanal ist für das Einschwingen die Guard-Intervallzeit zu addieren, sodass für dieses Beispiel etwa mit Ts * » 1ms zu rechnen ist. Bei Einsatz einer 4- PSK-Modulation pro Träger im Nutzband lässt sich somit eine Datenrate von 16-2- 1/ms « 32kbit/s erzielen. Dabei ist 2=k die Ordnungszahl für die Modulationsart 4 PSK mit 2k = 4, der Faktor 16 stellt die Anzahl der Träger dar. Das entstehende Zeitsignal für den Sender ist rauschähnlich und wird ohne weitere Modulation, also ohne sin(ωMt) und cos(ωMt) (vgl. Fig. 2) erzeugt.The useful band range is, for example, in the range from f L = 100 kHz to approx. F ^^ = 120 kHz. The choice of the sampling frequency with fc = 307.2kHz and the determination of the IFFT length with N = 256 leads to a distance of Δf = 307.2kHz / 256 = 1200Hz in each case orthogonal carrier frequencies. The first 84 values in the calculation of the IFFT are set to zero, from the 85th value to the 100th value, M = 16 frequencies are applied with a known digital modulation method (4PSK, 8PSK, etc.). The values from 101 to 256 are reset to zero. This results in a bandpass signal in the range from f L = 100.8 kHz to ^ + "., = 118.8 kHz, ie with a bandwidth of 18 kHz. The symbol time is T s = N-1 / fc = 833.33μs. For the transmission via a real channel, the guard interval time has to be added for the transient response, so that for this example, T s * »1ms can be expected. When using a 4 PSK modulation per carrier in the useful band, a data rate of 16-2-1 / ms «32kbit / s can be achieved. 2 = k is the ordinal number for the modulation type 4 PSK with 2 k = 4, the factor 16 represents the number of carriers. The resulting time signal for the transmitter is similar to noise and is without further modulation, i.e. without sin (ω M t) and cos (ω M t) (see FIG. 2).
Ein Vorteil des Verfahrens ist es, dass nur durch Softwareänderung leicht ein Multiband-Signal erzeugt werden kann, wie es in Figur 7 dargestellt ist, und zwar auch ohne orthogonale Modulation, ohne die sonst erforderliche Vorfilterung des Sendesignales und ohne aufwendige Tiefpassfilterung des rückmodulierten Empfangssignales wie sonst im Stand der Technik erforderlich (vgl. Fig. 2).One advantage of the method is that a multiband signal, as shown in FIG. 7, can easily be generated only by software change, and also without orthogonal modulation, without the otherwise required pre-filtering of the transmission signal and without complex low-pass filtering of the back-modulated reception signal such as otherwise required in the prior art (see FIG. 2).
Durch Nullsetzen bzw. Belegen von Frequenzen mit üblichen digitalen Modulationsverfahren (PSK, QAM, etc.) lassen sich vorteilhaft erlaubte Bereiche in einem vorgegebenen Übertragungskanal, beispielsweise in der Powerline-Technik nach zur Zeit gültigen Normen (EN50065-1) innerhalb eines Bandes bis zur halben Abtastfrequenz fc ausnutzen. Alternativ kann das Sendesignal auch durch Fouriersynthese aus den einzelnen Trägerfrequenzen, mit den entsprechenden Startphasen, gewonnen werden. Die Trägerfrequenzen können dabei aus einem Speicher (Sinustabelle) gelesen werden oder auch z.B. mittels Goertzel-Algorithmus erzeugt werden.By zeroing or assigning frequencies using conventional digital modulation methods (PSK, QAM, etc.), it is possible to advantageously allow permitted ranges in a given transmission channel, for example in powerline technology according to the currently applicable standards (EN50065-1) within a band up to exploit half the sampling frequency fc. Alternatively, the transmit signal can also be obtained by Fourier synthesis from the individual carrier frequencies with the corresponding start phases. The carrier frequencies can be read from a memory (sine table) or can also be generated using the Goertzel algorithm, for example.
Die Figur 8 zeigt einen erfindungsgemässen Empfänger 800. Das nach dem erfindungsgemässen Verfahren erzeugte Signal x(t) wird zunächst in dem analogdigital Umsetzer 802 gewandelt; am Ausgang des nachgeschalteten seriell-parallel Wandlers 804 liegen dann wieder die Werte xRoder x, oder xR+x, vor -je nach der Stellung der Schalter S1 und S2, die in dem Sender 500 geschaltet sind (vgl. Fig. 5). Durch die darauffolgende Fast-Fourier-Transformation dieser Werte in dem Mikroprozessor 806 werden die komplexen Symbole X wiedergewonnen. Nach deren Decodierung in dem Modul 808 und parallel-seriell Wandlung in dem Wandler 810 werden die empfangenen Daten von dem Entscheider 812 erkannt und ausgegeben.FIG. 8 shows a receiver 800 according to the invention. The signal x (t) generated according to the method according to the invention is first converted in the analog-digital converter 802; At the output of the downstream serial-parallel converter 804 there are again the values x R or x, or x R + x, before-depending on the position of the switches S1 and S2, which are connected in the transmitter 500 (cf. FIG. 5 ). The complex symbols X are recovered by the subsequent Fast Fourier transformation of these values in the microprocessor 806. After their decoding in module 808 and parallel-serial conversion in converter 810, the received data are recognized and output by decision maker 812.
Das am Empfänger ankommende Signal wird durch die Eigenschaft des Übertragungskanals verzerrt und weist additive Störsignale wie Rauschen, Impulsstörer und Sinusstörer auf. Für ein solches Signal ist ein Korrelationsempfänger optimal. Wie leicht gezeigt werden kann, ist eine FFT- Filterbank (FFT = Fast Fourier Transform) mit der bekannten Rechenzeit gleich der Symbolzeit Ts bzw. Ts * ein solcher Korrelationsempfänger. Die Komponenten Realteil xR(k) und Imaginärteil x,(k) des Sendesignales, die sendeseitig addiert wurden, oder nur als Realteil, bzw. Imaginärteil vorliegen, müssen wieder in die orthogonalen Komponenten für die FFT zerlegt werden.The signal arriving at the receiver is distorted by the properties of the transmission channel and has additive interference signals such as noise, pulse interference and sine interference. A correlation receiver is optimal for such a signal. As can easily be shown, an FFT filter bank (FFT = Fast Fourier Transform) with the known computing time equal to the symbol time T s or T s * is such a correlation receiver. The components real part x R (k) and imaginary part x, (k) of the transmission signal, which were added on the transmission side, or are only available as real parts or imaginary parts, have to be broken down again into the orthogonal components for the FFT.
Ein wesentlicher erfindungsgemäße Vorteil ist die Möglichkeit der Rückgewinnung der Datensignale mit einer FFT über Symboltakt Ts bzw. Ts\ wie es in Figur 8 dargestellt ist.An essential advantage according to the invention is the possibility of recovering the data signals with an FFT via symbol clock T s or T s \ as shown in FIG.
Im weiteren wird vereinfacht vorausgesetzt, dass das ungestörte Sendesignal i+n-l x(k)= aμ -cos( /- σ0 -k-Tc)+j-bμ -cos(jU-aτ0 -k-Tc) der Fast-Fourier-Transformation μ=L unterworfen wird. Es entstehen die Signale X(μ), die dem Bildbereich der ursprünglichen codierten Datensignale entsprechen.In the further simplified it is assumed that the undisturbed transmission signal i + nl x (k) = a μ -cos (/ - σ 0 -kT c ) + jb μ -cos (jU-aτ 0 -kT c ) the Fast Fourier Transformation μ = L is subjected. The signals X (μ) arise which correspond to the image area of the original coded data signals.
Mit den Abkürzungen der einzelnen Argumente ωμ c-k = Ωμ k der harmonischen Funktionen gilt für die FFT, wenn das Summensignal als Realteil interpretiert wird:With the abbreviations of the individual arguments ω μ c -k = Ω μ k of the harmonic functions, the following applies to the FFT if the sum signal is interpreted as a real part:
ΛΓ-I .2Λ-ΛΓ-I .2Λ-
X(μ) =∑χ(k) - e-J^k k=0X (μ) = ∑χ (k) - e - J ^ k k = 0
N-l L+n-lN-L L + N-L
=∑ (at, -cosΩ- v-k+by -smΩ- v-k)-(cosΩ.- -k-jsmΩ-jU-k) i=0 μ=L mit Ω = 2π/N. Ω-v sind die im ganzzahligen Raster v gesendeten Frequenzen und Ω- μ sind die Vergleichsfrequenzen für die als Korrelatorbank wirkende FFT. Die Koeffizienten av und bv repräsentieren die am Empfangsort ankommenden ehemaligen Sendesignalamplituden aμ und bμ.= ∑ (a t , -cosΩ- v-k + b y -smΩ- vk) - (cosΩ.- -k-jsmΩ-jU-k) i = 0 μ = L with Ω = 2π / N. Ω-v are the frequencies transmitted in the integer grid v and Ω- μ are the comparison frequencies for the FFT acting as a correlator bank. The coefficients a v and bv represent the former transmission signal amplitudes a μ and b μ arriving at the receiving location .
Durch trigonometrische Umformung werden folgende Teilterme erhalten:The following partial terms are obtained by trigonometric conversion:
Figure imgf000014_0001
Figure imgf000014_0001
Bei der Korrelation über die Symbolzeit reduziert sich die gesamte Beziehung aufWith the correlation over the symbol time, the entire relationship is reduced to
Figure imgf000014_0002
d.h. am Korrelatorausgang (nach der FFT) werden in aufsteigender Folge mit μ die in den Senderträgerfrequenzen enthaltene Information av und bv zurückgewonnen. Die einzige Voraussetzung ist die Synchronisation des Empfängers auf die Folge x(k), was mit verschiedenen bekannten Methoden durchgeführt werden kann. Eine weitere sonst erforderliche Synchronisation auf die Kreisfrequenz und die Phase von orthogonalen Modulations- und Demodulationsfrequenzen ist nicht erforderlich, da diese bei dem erfindungsgemässen Verfahren gar nicht benötigt werden.
Figure imgf000014_0002
that is, at the correlator output (according to the FFT), the information a v and bv contained in the transmitter carrier frequencies are recovered with μ in ascending order. The only requirement is the synchronization of the receiver to the sequence x (k), which can be carried out using various known methods. A further otherwise necessary synchronization to the angular frequency and the phase of orthogonal modulation and demodulation frequencies is not necessary, since these are not required at all in the method according to the invention.
Senderseitig kann das Verfahren z.B. durch geeignete Programmierung eines Motorola 56002 digitalen Signalprozessors (DSP) realisiert werden, empfängerseitig mittels Motorola 56303 DSP. On the transmitter side, the method can e.g. by suitable programming of a Motorola 56002 digital signal processor (DSP), on the receiver side using Motorola 56303 DSP.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur orthogonalen Frequenz-Multiplex Modulation (OFDM) dadurch gekennzeichnet, dass nur solche Trägerfrequenzen für die Modulation verwendet werden, die in einem Durchlassbereich (312, 314) eines Kanals liegen.1. A method for orthogonal frequency division multiplex modulation (OFDM), characterized in that only those carrier frequencies are used for the modulation that are in a pass band (312, 314) of a channel.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass2. The method according to claim 1, characterized in that
(a) eine zu modulierende Datensequenz eine erste Anzahl (M) von Daten pro Zeittakt beinhaltet,(a) a data sequence to be modulated contains a first number (M) of data per time cycle,
(b) eine zweite Anzahl (N) äquidistanter Frequenzpunkte zwischen der Frequenz Null und der Grenzfrequenz definiert sind, wobei eine dritte Anzahl (m) von Frequenzpunkten als Teilmenge der zweiten Anzahl der Frequenzpunkte in einem Durchlassbereich des Kanals liegen,(b) a second number (N) of equidistant frequency points are defined between the frequency zero and the cut-off frequency, a third number (m) of frequency points lying as a subset of the second number of frequency points in a pass band of the channel,
(c) die Daten jeweils einem der Frequenzpunkte der Teilmenge zugeordnet werden.(c) the data are each assigned to one of the frequency points of the subset.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal zwei oder mehrere Bandpassbereiche aufweist, wobei in einem oder mehrerer der Bandpassbereiche Frequenzpunkte der Teilmenge liegen, denen Daten zugeordnet werden.3. The method according to claim 2, characterized in that the channel has two or more bandpass areas, wherein in one or more of the bandpass areas there are frequency points of the subset to which data are assigned.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass pro Zeittakt eine inverse Fourier-Transformation, vorzugsweise eine IFFT durchgeführt wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that an inverse Fourier transformation, preferably an IFFT, is carried out per time cycle.
5. Verfahren nach Anspruch 4 wobei nur die Realanteile oder nur die Imaginäranteile oder die Summe aus den Real- und Imaginäranteilen der aus der inversen Fourier-Transformation resultierenden Koeffizienten für die Erzeugung eines Sendesignals verwendet werden. 5. The method according to claim 4, wherein only the real components or only the imaginary components or the sum of the real and imaginary components of the coefficients resulting from the inverse Fourier transformation are used for generating a transmission signal.
6. Modulator zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem Mikroprozessor, vorzugsweise einem digitalen Signalprozessor, zur Durchführung der Zuordnung der Trägerfrequenzen.6. modulator for performing the method according to one of claims 1 to 5 with a microprocessor, preferably a digital signal processor, for performing the assignment of the carrier frequencies.
7. Verfahren zur Demodulation eines nach einem Verfahren eines der Ansprüche 1 bis 5 modulierten Signals, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal einer Fourier-Transformation unterzogen wird und die Daten durch Korrelation über die Symbolzeit erkannt werden, wobei das Verfahren synchron mit der Datensequenz durchgeführt wird.7. A method for demodulating a signal modulated according to a method of one of claims 1 to 5, characterized in that the signal is subjected to a Fourier transformation and the data are recognized by correlation over the symbol time, the method being carried out synchronously with the data sequence ,
8. Demodulator zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 7 mit einem Mikroprozessor, vorzugsweise einem digitalen Signalprozessor, zur Durchführung der Fourier-Transformation.8. Demodulator for performing the method according to claim 7 with a microprocessor, preferably a digital signal processor, for performing the Fourier transformation.
9. Kommunikationssystem mit zumindest einem Modulator nach Anspruch 6 und einem Demodulator nach Anspruch 8, wobei der Modulator und der Demodulator über einen Kanal miteinander verbindbar sind, wobei es sich bei dem Kanal vorzugsweise um ein Netzwerk zur elektrischen Energieversorgung handelt.9. Communication system with at least one modulator according to claim 6 and a demodulator according to claim 8, wherein the modulator and the demodulator can be connected to one another via a channel, the channel preferably being a network for electrical energy supply.
10. Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und/oder nach Anspruch 7. 10. Computer program for performing a method according to one of claims 1 to 5 and / or according to claim 7.
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