WO2002028045A1 - Modulationsverfahren für ein multiträgerverfahren mit vorverzerrung - Google Patents

Modulationsverfahren für ein multiträgerverfahren mit vorverzerrung Download PDF

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Ralf Kern
Juergen Kockmann
Theo Kreul
Henrik Wagener
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H04L27/2637—Modulators with direct modulation of individual subcarriers

Definitions

  • the invention is concerned with a modulation method for a multi-carrier method for transmitting transmission signals over a transmission band with several sub-carriers.
  • the known method is very complex and is not able to limit the deterioration of the received signal quality satisfactorily.
  • the object of the present invention is therefore to provide a modulation method for a multi-carrier method for transmitting transmission signals over a transmission band with several sub-carriers, which causes less deterioration in the received signal quality.
  • the object is achieved by a modulation method according to claim 1.
  • Advantageous developments of the method are the subject of the dependent claims.
  • the transmission signal is predistorted on the transmitter side, which depends on the current transmission properties, and this is combined with an adaptive equalizer in the receiver, it is possible to achieve the optimal parameters for each individual subcarrier.
  • the transmission properties include, in particular, signal attenuation, phase changes and a frequency-dependent interference function. No complete predistortion takes place on the transmitter side, but the final equalization takes place in the receiver. This ensures that the transmitter does not have to be constructed too elaborately. Since each individual subcarrier can be individually equalized and the signal can thus be recognized particularly well, the received signal quality is increased once again.
  • the adaptation of the transmitter-side predistortion and the receiver-side equalizer to the current circumstances can be corrected dynamically here, that is only when these conditions change, or periodically, that is to say at predetermined time intervals. Since a correction is already carried out on the transmitter side, in the best case it is no longer necessary in the receiver to equalize the predistorted signals on each subcarrier if the predistortion is just canceled out by the distortion caused by the transmission. As a result, the receiver can be constructed very simply without the need for complex additional devices. Ideally, the receiver side would even do without an equalizer or with a less complex one.
  • the transmitter as the predistorter and the receiver as the equalizer thus share the work of compensating for transmission errors.
  • this quasi-distortion-free reconstruction of the transmission signal in the receiver is made possible by determining an individual manipulated variable for each subcarrier of the transmission band.
  • these are a frequency-selective amplitude and / or phase compensation.
  • phase and group delay are compensated for by the predistortion, since problems with respect to the intersymbol interference can thereby be avoided.
  • a modulation method according to the invention can be implemented in a software solution which contains the above-mentioned method steps.
  • a transmission signal is subjected to an adaptive predistortion, so that the expected distortion during the transmission of the transmission signal is compensated for as well as possible on average.
  • This predistortion is combined with an adaptive equalizer in the receiver, which is used individually for each individual subcarrier.
  • the receiving signal which is distorted during the transmission by the transmission errors so that it corresponds in the best case to the signal to be transmitted, is received by a standard FDM receiver.
  • FDM stands for Frequency Division Multiple Access.
  • the FDM receiver no longer has to carry out equalization of the transmission signal, since this takes place through the combination of predistortion in the transmitter and adaptive equalizer in the receiver.
  • the transmission conditions experience a time-dependent distortion, which leads to different distortions of the subcarriers due to their frequency dependency, particularly in the case of broadband transmission bands, it may be necessary to equalize the individual subcarriers in the receiver.
  • the main predistortion has already taken place in the transmitter, these are only small corrections that have to be made.
  • the described method accordingly leads to a simplified equalization at the receiver. Further details and advantages of the invention are described with reference to the drawing explained below. Show it:
  • FIG. 1 is a block diagram of a transmitter according to the invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of a receiver according to the invention.
  • an output signal in the form of a bit stream 1 in a serial / parallel interface 2 is broken down into a number of sub-streams (3 are shown by way of example).
  • Each individual undercurrent has a certain number of bits (each identified by 1 to m) and is in each case in an encoder 3, one
  • a QPSK mapping can be carried out.
  • the subcurrents correspond to the subcarriers 6 of a frequency band that is used for transmissions of the bit stream 1.
  • each individual undercurrent is subjected to an adaptive predistortion in predistorters 4 which are respectively suitable for this.
  • the individual predistorted undercurrents are then each passed through a pulse filter 5, for example a low-pass filter.
  • the individual subcurrents are then assigned to the frequencies of the subcarriers 6, which are used to transmit the bit stream in the intended frequency band.
  • a sum signal 7 is then formed from the individual sub-signals.
  • the sum signal 7 is modulated onto a carrier wave in a modulator 8 in a known manner.
  • the signal is subjected to a certain amount of noise 9 and is influenced by a channel transmission function 10 which is variable in time. This results in an actually transmitted signal 11.
  • the actually transmitted signal 11 is received in the receiver shown in FIG. 2 and is known by a demodulator 12 demodulated.
  • the individual subcarriers 6 of the frequency band used for transmission are each passed through a filter, for example a matched filter 13. This is followed by a scan 14 of the symbol sequence for each individual undercurrent.
  • Each individual sub-current then passes through a decision-maker / quantizer 15.
  • the individual sub-currents are then equalized by an adaptive equalizer 16, which equalizes each sub-current depending on its distortion.
  • the individual sub-currents each pass through a decoder 17 in which demapping takes place.
  • the individual bit streams are then converted back into a single bit stream 19 in a parallel / serial interface 18. In the optimal case, this bit stream 19 is identical to the originally entered bit stream 1 of the output signal if the predistortion in the transmitter and the transmission errors are exactly canceled by the equalization by the equalizer in the receiver.
  • decoder 18 parallel / serial interface 19 bit stream

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Abstract

Die Erfindung befasst sich mit einem Modulationsverfahren für ein Multiträgerverfahren zum Übertragen von Sendesignalen (1) über ein Übertragungsband mit mehreren Unterträgern (6). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass senderseitig, in Abhängigkeit von den aktuellen Übertragungseigenschaften, für jeden Unterträger (6) des Übertragungsbandes eine Vorverzerrung (4) des Sendesignals (1) erfolgt. Das erhaltene Sendesignal wird auf das Übertragungsband aufmoduliert (8). Empfängerseitig wird das vorverzerrte Sendesignal (11) mit einem adaptiven Equalizer (16), der individuell für jeden Unterträger (6) verwendet wird, entzerrt.

Description

MODULATIONSVERFAHREN FÜR EIN MULTITRÄGERVERFAHREN MIT VORVERZERRUNG
Beschreibung
Modulationsverfahren für ein Multiträgerverfa ren
Die Erfindung befasst sich mit einem Modulationsverfahren für ein Multiträgerverfahren zum Übertragen von Sendesignalen ü- ber ein Ubertragungsband mit mehreren Unterträgern.
Auf Grund der frequenzselektiven Veränderung der Amplituden, das heißt der Signa1dämpfung, und der Phasen, das heißt der Laufzeit, bei der Signalübertragung über breitbandige physikalische Übertragungskanäle, kommt es zu Übertragungsfehlem, die sich durch eine Verschlechterung der Empfangssignalgüte bemerkbar machen. Beispielsweise erhöht sich die Bitfehlerra- te. Es ist bekannt, zur Verminderung der Verschlechterung der Empfangssignalgüte einen einzelnen Equalizer im Empfänger zu verwenden, der alle Unterträger gleich korrigiert. Der Equalizer ist in der Lage, in gewissem Umfang Veränderungen der Amplituden und Phasen auszugleichen. Dies führt dazu, dass ein im Sender schon vorverzerrtes Sendesignal verwendet wird. Da ein Multiträgersystem jedoch sehr breitbandig ist, kann die Phasen- und Amplitudenveränderung der einzelnen Unterträger sehr unterschiedlich sein. Daraus resultiert, dass im Empfänger die einzelnen Unterträger verschieden verzerrt sind. Um dies zu korrigieren, ist es bekannt, im Empfänger jeden einzelnen Unterträger zu entzerren.
Das bekannte Verfahren ist sehr aufwendig und ist nicht in der Lage, die Verschlechterung der Empfangssignalgüte befrie- digend zu begrenzen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Modulationsverfahren für ein Multiträgerverfahren zum Übertragen von Sendesignalen über ein Ubertragungsband mit mehreren Un- terträgern zur Verfügung zu stellen, das eine geringere Verschlechterung der Empfangssignalgüte bewirkt. Die Aufgabe wird durch ein Modulationsverfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Da für jeden Unterträger senderseitig eine Vorverzerrung des Sendesignals erfolgt, die von den aktuellen Übertragungseigenschaften abhängt, und dies im Epfänger mit einem adaptiven Equalizer kombiniert wird, ist es möglich, die optimalen Parameter für jeden einzelnen Unterträger zu erzielen. Zu den Übertragungseigenschaften zählen insbesondere die Signaldämpfung, Phasenänderungen sowie eine frequenzabhängige Störfunktion. Auf der Senderseite uss keine vollständige Vorverzerrung erfolgen, sondern die abschließende Entzerrung erfolgt im Empfänger. Dadurch wird gewährleistet, dass der Sender nicht zu aufwendig konstruiert werden muss. Da jeder einzelne Unterträger individuell entzerrt werden kann und somit das Signal besonders gut erkannt werden kann, wird die Empfangssignalgüte noch einmal gesteigert. Die Anpassung der sender- seitigen Vorverzerrung und des empfängerseitigen Equalizers an die aktuellen Umstände kann hier dynamisch, das heißt nur bei Änderung dieser Zustände, oder periodisch, das heißt in vorgegebenen Zeitabständen, korrigiert werden. Da eine Korrektur schon senderseitig erfolgt, ist es im günstigsten Falle im Empfänger nicht mehr nötig, die vorverzerrten Signale auf jedem Unterträger zu entzerren, wenn sich die Vorverzerrung mit der durch die Übertragung erfolgten Verzerrung gerade aufhebt. Dadurch kann der Empfänger sehr einfach aufgebaut sein, ohne dass aufwendige Zusatzvorrichtungen vorhanden sein müssen. Im Idealfall käme die Empfängerseite sogar ohne einen Equalizer bzw. mit einem weniger aufwendigen aus. Der Sender als Vorverzerrer und der Empfänger als Entzerrer teilen sich somit die Arbeit der Kompensation von Übertragungsfehlern.
Insbesondere wird diese quasi-verzerrungsfreie Rekonstruktion des Sendesignals im Empfänger dadurch möglich, dass für jeden Unterträger des Übertragungsbandes ein individueller Stellwert ermittelt wird. Insbesondere handelt es sich hierbei um eine frequenzselektive Amplituden- und/oder Phasenkompensation.
Vorteilhaft ist es, wenn durch die Vorverzerrung die Phasen- und die Gruppenlaufzeit kompensiert werden, da dadurch sinnvollerweise Probleme hinsichtlich der Intersymbolinterferenz vermieden werden können.
Ein erfindungsgemäßes Modulationsverfahren kann in einer Softwarelösung, die die oben genannten Verfahrensschritte beinhaltet, realisiert werden. In einem Sender wird ein Sendesignal einer adaptiven Vorverzerrung unterzogen, so dass die voraussichtliche Verzerrung während der Übertragung des Sendesignals im Mittel so gut wie möglich kompensiert wird. Kom- biniert wird diese Vorverzerrung mit einem adaptiven Equalizer im Empfänger, der individuell für jeden einzelnen Unterträger verwendet wird. Das empfangende Signal, das während der Übertragung durch die Übertragungsfehler so verzerrt wird, dass es im günstigsten Falle dem zu übertragenden Sig- nal entspricht, wird von einem Standard FDM-Empfänger empfangen. FDM steht hier für Frequency Division Multiple Access. Der FDM-Empfänger muss im Falle, dass sich die Übertragungsbedingungen während der Übertragung nicht geändert haben, keine Entzerrung des Sendesignals mehr vornehmen, da dies durch die Kombination von Vorverzerrung im Sender und adapti- vem Equalizer im Empfänger geschieht. Da jedoch die Übertragungsbedingungen eine zeitabhängige Verzerrung erfahren, die insbesondere bei breitbandigen Übertragungsbändern auf Grund ihrer Frequenzabhängigkeit zu unterschiedlichen Verzerrungen der Unterträger führt, kann es nötig sein, im Empfänger die einzelnen Unterträger zu entzerren. Nachdem jedoch schon im Sender die hauptsächliche Vorverzerrung stattgefunden hat, handelt es sich hierbei nur um kleine Korrekturen, die vorgenommen werden müssen. Das beschriebene Verfahren führt dem- nach zu einem vereinfachten Entzerren beim Empfänger. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachstehend erläuterten Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 Ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Senders und
Figur 2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Empfängers.
In dem in Fig.l gezeigten Sender wird ein AusgangsSignal in Form eines Bitstroms 1 in einer Seriell/Parallel-Schnitt- stelle 2 in eine Anzahl von Unterströmen (es sind beispielhaft 3 gezeigt) zerlegt. Jeder einzelne Unterstrom weist dabei eine bestimmte Anzahl von Bits (jeweils durch 1 bis m ge- kennzeichnet) und wird jeweils in einem Codierer 3, einem
Mapping unterzogen. Beispielsweise kann ein QPSK-Mapping vorgenommen werden. Die Unterströme entsprechen dabei gerade den Unterträgern 6 eines Frequenzbandes, das zu Übertragungen des Bitstroms 1 benutzt wird. Im Anschluss daran wird jeder ein- zelne Unterstrom einer adaptiven Vorverzerrung in dazu jeweils geeigneten Vorverzerrern 4 unterzogen. Danach werden die einzelnen vorverzerrten Unterströme jeweils durch ein Impulsfilter 5, beispielsweise ein low-pass-filter geschickt. Im Anschluss daran werden die einzelnen Unterströme den Fre- quenzen der Unterträger 6 zugeordnet, die zur Übertragung des Bitstroms im vorgesehenen Frequenzband benutzt werden. Anschließend wird aus den einzelnen Untersignalen ein Summensignal 7 gebildet. Das Summensignal 7 wird in einem Modulator 8 in bekannter Weise einer Trägerwelle aufmoduliert. Das Sig- nal wird bei der Übertragung über einen Übertragugnskanal mit einem gewissen Rauschen 9 beaufschlagt und durch eine Kanalübertragungsfunktion 10 beeinflusst, die variabel in der Zeit ist. Somit ergibt sich ein tatsächlich übertragenes Signal 11.
In dem in Figur 2 gezeigten Empfänger wird das tatsächlich übertragene Signal 11 empfangen und von einem an sich bekann- ten Demodulator 12 demoduliert. Die einzelnen Unterträger 6 des zur Übertragung verwendeten Frequenzbandes werden jeweils durch ein Filter, beispielsweise ein matched filter 13, geschickt. Daran schließt sich für jeden einzelnen Unterstrom eine Abtastung 14 der Symbolfolge an. Jeder einzelne Unterstrom durchläuft danach einen Entscheider/Quantisierer 15. Im Anschluss daran erfolgt die Entzerrung der einzelnen Unterströme durch einen adaptiven Equalizer 16, der jeden Unterstrom abhängig von seiner Verzerrung entzerrt. Daran an- schließend durchlaufen die einzelnen Unterströme jeweils einen Decoder 17, in dem ein Demapping erfolgt. Die einzelnen Bitströme werden dann in einer parallel/seriell-Sc nittstelle 18 wieder in einen einzigen Bitstrom 19 umgewandelt. Dieser Bitstrom 19 ist im optimalen Fall identisch mit dem ursprüng- lieh eingegebenen Bitstrom 1 des Ausgangssignals, wenn die Vorverzerrung im Sender und die Übertragungsfehler genau durch die Entzerrung durch den Equalizer im Empfänger aufgehoben werden.
Bezugszeichenliste
1 Bitstrom
2 seriell/parallel-Schnittstelle 3 Codierer
4 Vorverzerrer
5 Impulsfilter
6 Unterträger
7 Summensignal 8 Modulator
9 Rauschen
10 Kanalübertragungsfunktion
11 übertragenes Signal
12 Demodulator 13 matched filter
14 Abtastung
15 Entscheider/Quantisierer
16 Equalizer
17 Decoder 18 parallel/seriell-Schnittstelle 19 Bitstrom

Claims

Patentansprüche
1. Modulationsverfahren für ein Multiträgerverfahren zum Übertragen von Sendesignalen (1) über ein Ubertragungsband mit mehreren Unterträgern (6), dadurch ge ennzeichnet, dass senderseitig, in Abhängigkeit von den aktuellen Übertragungseigenschaften, für jeden Unterträger (6) des Übertragungsbandes eine adaptive Vorverzerrung (4) des Sendesignals (1) er- folgt, das erhaltene Sendesignal auf das Ubertragungsband aufmoduliert wird (8) und empfängerseitig mit einem adaptiven Equalizer (16), der individuell für jeden Unterträger (6) verwendet wird, eine Entzerrung des empfangenen vorverzerrten Sendesignals (11) erfolgt.
2. Modulationsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Unterträger (6) des Übertragungsbandes ein individueller Stellwert ermittelt wird, insbesondere für eine fre- quenzselektive Amplituden- und/oder eine Phasenkompensation.
3. Modulationsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge ennzeichnet, dass durch die Vorverzerrung (4) die Phasen- und die Gruppenlauf- zeit kompensiert werden.
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