WO2004071042A1 - Verfahren sowie einrichtung zum übertragen von daten in einem mehrträgersystem - Google Patents

Verfahren sowie einrichtung zum übertragen von daten in einem mehrträgersystem Download PDF

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Carlos Civeira Munoz
Damian Wisniowski
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/02—Channels characterised by the type of signal
    • H04L5/023—Multiplexing of multicarrier modulation signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/003—Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path
    • H04L5/0044—Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path allocation of payload

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling data connections according to the preamble of claim 1 and a device for controlling data connections according to the preamble of claim 8.
  • a known multi-carrier system is orthogonal frequency division multiplexing (hereinafter referred to as OFDM for short).
  • OFDM orthogonal frequency division multiplexing
  • This system is a multiplex or multiple access method on a transmission channel, in which a digital data stream to be transmitted is divided into several parallel digital data streams which are modulated on orthogonal carriers (frequencies).
  • the frequency spectrum of the transmission channel available for transmission is divided into several sub-frequency ranges, which are assigned to the carriers (also referred to as subcarriers).
  • each carrier is modulated independently of other carriers with the digital data stream assigned to it.
  • digital modulation methods such as QAM (Quadrature Amplitude Modulation), PSK (Phase Shift Keying) or modifications thereof can be used.
  • OFDM is used, for example, in ireless LANs (Local Area Networks) that are based on the HiperLAN / 2 standard of the ETSI (European Telecommunications Standard Institute).
  • HiperLAN stands for High Performance Radio LAN.
  • a total of 52 carrier frequencies are provided, of which 48 are used as useful carrier frequencies and 4 as pilot carrier frequencies.
  • data transmission rates of 6, 12, 27 to 54 Mbit / s can be achieved.
  • ISDB-T OFDM Terrestrial Integrated Services Digital Broadcasting
  • the ISDB-T OFDM spectrum consists of 13 segments in which different services are offered. Each segment contains a complete service and can be received independently of the remaining 12 segments.
  • a disadvantage of such a system is that subscriber stations of the system, which only have to receive part of the transmitted spectrum, are faced with the problem of determining a suitable local oscillator frequency ("local oscillator", LO), since these are located outside of a subtr assigned to the subscriber station concerned group must lie, because otherwise at least one subcarrier will be disturbed.
  • local oscillator LO
  • the object on which the invention is based is to specify a method which enables effective use of resources of a local network which are available for data transmission.
  • This object is achieved on the basis of the method for transmitting data in a multicarrier system according to the preamble of claim 1 by its characterizing features and by the device for transmitting data in a multicarrier system according to claim 8 by its characterizing features.
  • each subscriber having at least one is assigned to the subcarrier groups for the transmission of data and wherein at least one carrier frequency is assigned to the subcarrier group for the transmission of a pilot signal, a first subcarrier group is formed in such a way that a first sequence of consecutive carrier frequencies which has at least one discontinuity is assigned to it, the discontinuity being such that that at least one of the sequentially successive carrier frequencies is assigned to a second subcarrier group and the first subcarrier group is assigned at least one carrier frequency to a second sequence ,
  • the method according to the invention results in the subcarriers or subcarrier groups being interleaved, which results in a position of the individual subcarriers which is very favorable for reception procedures and which, if preferred, selects and / or the number of carrier frequencies of the first subcarrier group the discontinuity so symmetrically is designed so that a local oscillator frequency is placed within the first sequence by a subscriber assigned to the first subcarrier group, allowing sampling at half frequency.
  • the word width required, analog / digital converter is reduced considerably.
  • the structure of a receiver is simplified, but at least the use of inexpensive components is possible, so that the costs of subscriber stations can be reduced.
  • the components, in particular the analog / digital converters consume significantly less energy, which results in an extension of standby times for mobile subscriber stations.
  • the required bandwidth of the filter is reduced in such a way that it only corresponds to the bandwidth of the signal.
  • the method according to the invention also achieves a more precise delimitation of adjacent channels, crosstalk signals from neighboring subcarrier groups being filtered advantageously using a filter device in the subscriber station, so that the signal quality is improved.
  • a low-pass filter is preferably used for this.
  • the degree (the measure) of the discontinuity is scalable, the method is made more flexible, so that, for example, it is possible to react to changing system requirements by simply setting new scaling parameters.
  • a further increase in the efficiency of the system is achieved if a pilot signal is assigned to at least the first subcarrier group and the second subcarrier group, since this multiple use enables the frequency spectrum available to the system to be used more efficiently. There- more subscriber stations can be operated and the level of data throughput can be increased.
  • the device for transmitting data in a multi-carrier system is characterized by means for carrying out the method and allows the method to be implemented in subscriber stations.
  • FIG. 1 shows the spectral representation of a subcarrier assignment according to the prior art
  • FIG. 2 shows the spectral representation of a subcarrier assignment using the method according to the invention
  • Figure 3 shows the spectral representation of a subcarrier assignment with multiple use of a pilot signal.
  • FIG. 1 shows an example of the spectrum of a multi-carrier system in which methods for subcarrier assignment known from the prior art are used. For simplicity, it shows subcarrier groups assigned to different subscribers A, B and C (differing groups characterized by different hatching), and pilot signal carriers PILOT1, PILOT2 assigned to the individual groups.
  • a local oscillator frequency assigned by a subscriber must always be outside the subcarriers assigned to the subscriber so that the signals received via it are not destroyed or destroyed. However, this procedure renders at least one carrier outside the respective subcarrier group unusable for the useful signal transmission. If, as assumed in the example shown, subcarrier groups of other subscribers were in the immediate vicinity, filtering with a low-pass filter of high bandwidth would be necessary, so that a higher sampling rate would be necessary.
  • the spectral representation of a subcarrier division according to the method according to the invention clearly shows that by nesting according to the invention and suppressing neighboring subcarriers of other subcarrier groups by means of a low pass, the local oscillator frequency can be set exactly in the middle of a subcarrier group , so that the necessary word width and the sampling rate are reduced.
  • a further increase in efficiency is obtained by multiple use of the pilot signal carriers PILOLT1, PIL0T2.
  • FIG. 3 This solution, which makes effective use of the spectrum even without the subcarrier nesting according to the invention, is shown in FIG. 3 to illustrate the outstanding properties as a spectral representation of a system without the nesting of the subcarriers according to the invention.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum übertragen von Daten in einem Mehrträgersystem mit einer Vielzahl von Teilnehmern und einem dem Mehrträgersystem zugeordnetem Frequenzband, das in eine Vielzahl von Subträgergruppen unterteilt ist, welche durch eine Untermenge der im Frequenzband enthaltenen Trägerfrequenzen bestimmt sind, wobei jedem Teilnehmer zumindest eine der Subträgergruppen zur Übertragung von Daten zugeordnet wird und wobei zumindest eine Trägerfrequenz der Subträgergruppe der Übertragung eines Pilotsignals zugeordnet ist, bei dem eine erste Subträgergruppe derart gebildet wird, dass eine ihr zumindest eine Diskontinuität aufweisende erste Sequenz von aufeinaderfolgenden Trägerfrequenzen zugeordnet wird, wobei die Diskontinuität dergestalt ist, dass zumindest eine der sequentiell aufeinanderfolgenden Trägerfrequenzen einer zweiten Subträgergruppe zugeordnet wird und wobei der ersten Subträgergruppe mindestens eine Trägerfrequenz einer zweiten Sequenz zugeordnet wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Einrichtung zum übertragen von Daten in einem Mehrträgersystem mit Mitteln zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Beschreibung
Verfahren sowie Einrichtung zum Übertragen von Daten in einem Mehrtragersystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Datenverbindungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Einrichtung zur Steuerung von Datenverbindungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Ein bekanntes Mehrtragersystem ist das Orthogonal Frequency Division Multiplexing (im folgenden kurz als OFDM bezeichnet) . Bei diesem System handelt es sich um ein Multiplex- oder Mehrfachzugriffsverfahren auf einen Übertragungskanal, bei dem ein zu übertragender digitaler Datenstrom in mehrere parallele digitale Datenströme aufgeteilt wird, die auf orthogonale Träger (frequenzen) moduliert werden.
Das zur Übertragung zur Verfügung stehende Frequenzspektrum des Übertragungskanals wird bei OFDM in mehrere Teilfrequenzbereiche aufgeteilt, die den Trägern (auch als Subcarrier bezeichnet) zugeordnet sind. Jeder Träger wird bei OFDM unabhängig von anderen Trägern mit dem ihm zugewiesenen digitalen Datenstrom moduliert. Hierzu können beispielsweise digitale Modulationsverfahren wie QAM (Quadrature Amplitude Modulation) , PSK (Phase Shift Keying) oder Abwandlungen davon eingesetzt werden.
OFDM wird beispielsweise in ireless LANs (Local Area Net- works) eingesetzt, die auf dem HiperLAN/2-Standard der ETSI (European Teleco munications Standard Institute) basieren. HiperLAN steht für High Performance Radio LAN. Hierbei sind insgesamt 52 Trägerfrequenzen vorgesehen, wovon 48 als Nutzträgerfrequenzen und 4 als Pilotträgerfrequenzen genutzt er- den. Es steht ein Frequenzbereich von 5,15-5,35 und 5,47- 5,725 GHz für die Übertragung zur Verfügung. Abhängig vom Modulationsverfahren der einzelnen Träger können Datenübertragungsraten von 6, 12, 27 bis 54 Mbit/s erzielt werden.
Ein anderes bekanntes OFDM basierendes Übertragungssystem ist der in Japan eingesetzte Rundfunkstandard ISDB-T (Terrestrial Integrated Services Digital Broadcasting) . Das ISDB-T OFDM Spektrum besteht aus 13 Segmenten, in denen unterschiedliche Dienste angeboten werden. Jedes Segment beinhaltet einen vollständigen Dienst und kann unabhängig von den übrigen 12 Segmenten empfangen werden.
Nachteilig bei einem derartigen System ist, dass Teilnehmerstationen des Systems, die nur einen Teil des gesendeten Spektrums empfangen müssen, vor dem Problem stehen, eine geeignete lokale Oszillatorfrequenz ("local oscillator", LO) festzulegen, da diese außerhalb einer der betreffenden Teilnehmerstation zugeordneten Subtr gergruppe liegen muss, weil andernfalls mindestens ein Subträger gestört wird.
Dieses Problem ergibt sich aufgrund der in den Teilnehmerstationen implementierten Empfangsanordnungen bzw. den Empfangsprozeduren, wie beispielsweise einem "direct conversion re- ceiver", da bei derartigen Empfängern ein empfangener Kanal mit Hilfe der LO direkt ins Basisband gemischt wird und sich der LO hierbei nach dem Mischen ins Basisband als ein Gleichspannungsanteil (DC Komponente) im Spektrum wiederfindet, die herausgefiltert werden muss. Aus diesem Grund werden Subträger, die die gleiche HF Frequenz haben wie der LO, zusammen mit dem LO im Basisband herausgefiltert und gehen verloren.
Daher führt bei den heutigen Systemen eine derartige Vorgehensweise dazu, dass eine Verdopplung der empfangenen Bandbreite die Folge ist und im Weiteren auch dazu, dass sich die Störempfindlichkeit des Systems reduziert. Zudem erfordert die doppelte Bandbreite auch eine größere Bandbreite eines hierfür eingesetzten Analog/Digital-Wandlers . Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es, ein Verfahren anzugeben, die eine effektive Nutzung von zur Datenübertragung bereitstehenden Ressourcen eines lokalen Netzes ermöglichen.
Diese Aufgabe wird ausgehend von dem Verfahren zum Übertragen von Daten in einem Mehrtragersystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnenden Merkmale sowie durch die Einrichtung zum Übertragen von Daten in einem Mehrtragersystem gemäß Anspruch 8 durch dessen kennzeichnenden Merkmale gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Übertragen von Daten in einem Mehrtr gersystem mit einer Vielzahl von Teilnehmern und einem dem Mehrtragersystem zugeordnetem Frequenzband, das in eine Vielzahl von Subträgergruppen unterteilt ist, welche durch eine Untermenge der im Frequenzband enthaltenen Trägerfrequenzen bestimmt sind, wobei jedem Teilnehmer zumindest eine der Subträgergruppen zur Übertragung von Daten zugeordnet wird und wobei zumindest eine Trägerfrequenz der Subtragergruppe der Übertragung eines Pilotsignals zugeordnet ist, wird eine erste Subtragergruppe derart gebildet, dass eine ihr zumindest eine Diskontinuität aufweisende erste Sequenz von aufeinaderfolgenden Trägerfrequenzen zugeordnet wird, wobei die Diskontinuität dergestalt ist, dass zumindest eine der sequentiell aufeinanderfolgenden Trägerfrequenzen einer zweiten Subtragergruppe zugeordnet wird und wobei der ersten Subtragergruppe mindestens eine Trägerfrequenz einer zweiten Sequenz zugeordnet wird.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sich eine Ver- schachtelung der Subträger bzw. der Subträgergruppen, die eine für Empfangsprozeduren sehr günstige Lage der einzelnen Subträger zur Folge hat, die, wenn in bevorzugter Weise, die Anzahl der Trägerfrequenzen der ersten Subtragergruppe derart gewählt und/oder die Diskontinuität derart symmetrisch aus- gestaltet wird, dass durch einen der ersten Subtragergruppe zugeordneter Teilnehmer eine lokale Oszillatorfrequenz innerhalb der ersten Sequenz gelegt wird, eine Abtastung mit halber Frequenz erlaubt. Dadurch wird die Wortbreite erforderli- eher Analog-/Digitalwandler erheblich reduziert. Die Struktur eines Empfängers wird vereinfacht, zumindest jedoch wird der Einsatz kostengünstiger Komponenten möglich, so dass die Kosten von Teilnehmerstationen reduziert werden können. Zudem wird von den Komponenten, insbesondere den Analog-/Digital- Wandlern deutlich weniger Energie verbraucht, was eine Verlängerung von Stand-by Zeiten von mobilen Teilnehmerstationen bewirkt .
Wird die lokale Oszillatorfrequenz genau in der Mitte der ersten Sequenz gelegt, wird die erforderliche Bandbreite des Filters derart reduziert, dass es lediglich der Bandbreite des Signals entspricht.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird auch eine präzisere Abgrenzung von benachbarten Kanälen erreicht, wobei vorteilhafter Weise durch Einsatz einer Filtereinrichtung in der Teilnehmerstation übersprechende Signale benachbarter Subträgergruppen gefiltert werden, so dass die Signalqualität verbessert wird. Vorzugsweise wird hierzu ein Tiefpassfilter verwendet.
Ist der Grad (das Maß) der Diskontinuität skalierbar, wird eine Flexibilisierung des Verfahrens erreicht, so dass beispielsweise auf sich ändernde Systemvoraussetzungen durch simple Einstellung von neuen Skalierungsparametern reagiert werden kann.
Eine weitere Steigerung der Effizienz des Systems wird erreicht, wenn ein Pilotsignal zumindest der ersten Subträger- gruppe und der zweiten Subtragergruppe zugeordnet ist, denn diese Mehrfachnutzung ermöglicht eine effizientere Nutzung des dem System zur Verfügung stehenden Frequenzspektrums. Da- durch können mehr Teilnehmerstationen bedient werden und das Maß des Datendurchsatzes kann erhöht werden.
Die Einrichtung zum Übertragen von Daten in einem Mehrträger- system zeichnet sich durch Mittel zur Durchführung des Verfahrens aus und erlaubt die Implementierung des Verfahrens in Teilnehmerstationen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand von in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Darstellungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Davon zeigt
Figur 1 die spektrale Darstellung einer Subträgerzuordnung nach dem Stand der Technik,
Figur 2 die spektrale Darstellung einer Subträgerzuordnung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,
Figur 3 die spektrale Darstellung einer Subträgerzuordnung bei Mehrfachnutzung eines Pilotsignals .
In Figur 1 ist beispielhaft das Spektrum eines Mehrträgersystems dargestellt, bei dem aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zu Subträgerzuordnung zum Einsatz kommen. Es zeigt vereinfachend verschiedenen Teilnehmern A, B und C zugeordnete Subträgergruppen (sich unterscheidende Gruppen durch unterschiedliche Schraffuren gekennzeichnet) , sowie in den einzelnen Gruppen zugeordneten Pilotsignalträger PILOT1, PILOT2.
Des Weiteren sind mögliche Positionen von für Empfangsprozeduren benötigten lokalen Oszillatorfrequenzen L01..L05. Eine von einem Teilnehmer zugeordnete lokale Oszillatorfrequenz muss sich immer außerhalb der dem Teilnehmer zugeordneten Subträger befinden, damit die hierüber empfangenen Signale nicht ge- bzw. zerstört werden. Durch diese Vorgehensweise wird jedoch zumindest ein außerhalb der jeweiligen Subtragergruppe liegender Träger für die Nutzsignalübertragung unbrauchbar. Würden, wie in dem dargestellten Beispiel angenommen, Subträgergruppen anderer Teil- nehmer in unmittelbarer Nachbarschaft liegen, wäre eine Filterung mit einem Tiefpass hoher Bandbreite erforderlich, so dass eine höhere Abtastrate notwendig wäre.
An dem in der Figur 2 dargestellten spektralen Darstellung einer Subträgeraufteilung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird deutlich, dass durch eine erfindungsgemäße Ver- schachtelung und einer Unterdrückung benachbarter Subträger anderer Subträgergruppen durch einen Tiefpass, die lokale Oszillatorfrequenz genau in der Mitte einer Subtragergruppe ge- legt werden kann, so dass sich die notwendige Wortbreite und die Abtastrate reduziert.
Diese effiziente Ausnutzung des Spektrums lässt sich noch weiter vervollkommnen, in dem man Subträgerzuordnung skalier- bar ausgestaltet.
Eine weitere Effizienzsteigerung erhält man durch Mehrfachausnutzung der Pilotsignalträger PILOLT1, PIL0T2.
Diese auch ohne die erfindungsgemäße Subträgerverschachtelung bereits eine effektive Ausnutzung des Spektrums herbeiführende Lösung, ist in Figur 3 zur Verdeutlichung der herausragenden Eigenschaften als spektrale Darstellung eines Systems ohne das erfindungsgemäße Verschachteln der Subträger darge- stellt.
Aus der Darstellung ist sofort erkennbar, dass durch geschickte Platzierung eines Pilotträgers PILOT1, PIL0T2 zwischen aufeinanderfolgende Subträgergruppen (durch unter- schiedliche Schraffüren gekennzeichnet) , die unterschiedlichen Teilnehmern A, B, C und D zugeordnet sind, und Nutzung der Pilotträger PILOT1, PILOT2 durch jeweils zwei benachbarte Subträgergruppen, lediglich zwei statt wie sonst üblich vier Subträger als Pilotsignalträger notwendig sind. Die damit frei gewordenen Subträger stehen für die Übertragung von Nutzdatensignalen zur Verfügung und erlauben somit eine Erhöhung des Datendurchsatzes.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Übertragen von Daten in einem Mehrtragersystem mit einer Vielzahl von Teilnehmern und einem dem Mehrtragersystem zugeordnetem Frequenzband, das in eine Vielzahl von Subträgergruppen unterteilt ist, welche durch eine Untermenge der im Frequenzband enthaltenen Trägerfrequenzen bestimmt sind, wobei jedem Teilnehmer zumindest eine der Subträgergruppen zur Übertragung von Daten zugeordnet wird und wobei zumindest eine Trägerfrequenz der Subtragergruppe der Übertragung eines Pilotsignals zugeordnet ist, dadurch ge ennzeichnet, dass eine erste Subtragergruppe derart gebildet wird, dass eine ihr zumindest eine Diskontinuität aufweisende erste Sequenz von aufeinaderfolgenden Trägerfrequenzen zugeordnet wird, wobei die Diskontinuität dergestalt ist, dass zumindest eine der sequentiell aufeinanderfolgenden Trägerfrequenzen einer zweiten Subtragergruppe zugeordnet wird und wobei der ersten Subtragergruppe mindestens eine Trägerfrequenz einer zweiten Sequenz zugeordnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Trägerfrequenzen der ersten Subtragergruppe derart gewählt und/oder die Diskontinuität der- art symmetrisch ausgestaltet wird, dass durch einen der ersten Subtragergruppe zugeordneter Teilnehmer eine lokale Oszillatorfrequenz innerhalb der ersten Sequenz gelegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Oszillatorfrequenz genau in der Mitte der ersten Sequenz gelegt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch geken zeichnet, dass der Teilnehmer übersprechende Signale benachbarter Subträgergruppen durch eine Filtereinrichtung filtert.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Filterung ein Tiefpassfilter verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Maß der Diskontinuität skalierbar ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pilotsignal zu zumindest der ersten Subtragergruppe und der zweiten Subtragergruppe zugeordnet ist.
8. Einrichtung zum Übertragen von Daten in einem Mehrtragersystem, gekennzeichnet durch Mittel zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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