WO2005041514A1 - Method for synchronisation on transmission of ofdm signals - Google Patents

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WO2005041514A1 PCT/DE2004/002309 DE2004002309W WO2005041514A1 WO 2005041514 A1 WO2005041514 A1 WO 2005041514A1 DE 2004002309 W DE2004002309 W DE 2004002309W WO 2005041514 A1 WO2005041514 A1 WO 2005041514A1
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Technische Universität Dresden
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00Modulated-carrier systems
    • H04L27/26Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2602Signal structure
    • H04L27/261Details of reference signals
    • H04L27/2613Structure of the reference signals

Definitions

  • the demodulation process can be carried out simply by a Fast Fourier transform followed by a symbol detector. In particular, no complicated channel equalization is necessary.
  • AWGN additive white Gaussian noise
  • ISI inter-symbol interference
  • GI guard interval
  • the OFDM signal When the OFDM signal is transmitted from the low-frequency so-called baseband to the assigned one high-frequency band converted and downmixed back to baseband at the receiver, for example, there is a shift in the spectrum of the OFDM signal, ie the subcarrier, relative to their expected frequency position.
  • the local oscillators used for mixing in the transmitter and receiver do not work at exactly the same frequency. Interference between the signals of the individual subcarriers then occurs at the receiver, as a result of which the orthogonal action of this subcarrier is lost.
  • the usual way to ensure a good synchronization today is to provide the data transmission with a preamble, for example by using more than one fixed or known OFDM symbol [IEEE 802.11].
  • This preamble is designed in such a way that it is possible to achieve very good time and frequency synchronization using simple correlation methods.
  • the synchronization preamble provides a basis for correlation in order to carry out channel measurements and to estimate the channel-induced phase and amplitude changes of each individual carrier.
  • the synchronization symbols are transmitted simultaneously in one symbol cycle.
  • a first synchronization symbol has a change in frequency during its synchronization symbol period T s and a subsequent second synchronization symbol has a change in frequency opposite to the first synchronization symbol in its synchronization symbol period T s having .
  • the transmission with embedded pilots i.e. with individual known data symbols on a single carrier.
  • the method known from the prior art, embedding pilots in the data signal can also be used in addition to the transmission of two known synchronization symbols and can lead to a further simplification or improvement of the synchronization.
  • MIMO Multiple-Input Multiple-Output
  • the method according to the invention can also be used on systems with several antennas. In this case, each known antenna is assigned two known synchronization symbols which have the properties described above, such as, for example, “not fully correlated with one another”.
  • a known synchronization symbol it is possible for a known synchronization symbol to be constructed from two or more known synchronization symbols.
  • One embodiment of the invention provides that a synchronization symbol has a power distribution that is the same as that of the other synchronization symbol.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a data signal which is overlaid by m synchronization symbols
  • FIG. 7 shows the transmission channel 16 from FIG. 5 using the example of a radio channel.
  • the transmission symbol sequence 14 that is to say the signal in the so-called baseband
  • Adaptation of the signal is understood to mean, for example, digital-to-analog conversion, mixing to the required center frequency and high-frequency signal amplification.
  • the signal transmitted via the radio channel first reaches the radio-frequency receiver unit 27 via the receiver antenna 26, which converts the radio-frequency reception signal into a baseband signal, the reception symbol sequence 15.

Abstract

The invention relates to a method for synchronisation on transmission of OFDM signals, whereby an OFDM data symbol is transmitted over a transmission channel with several individual carriers and a synchronisation of the received signals and a channel estimation is carried out in a receiver. A known first synchronisation symbol is transmitted parallel to the OFDM data symbol with the same symbol frequency and in the same frequency band and a synchronisation and a channel estimation are carried out with the known synchronisation symbol. The aim of the invention is to minimise signal superimposition for symbols, or the complexity of the synchronisation and the channel estimation. Said aim is achieved, whereby a second known synchronisation symbol is transmitted, parallel to the transmission of the OFDM data symbols, the first and the second synchronisation symbol are not fully correlated with each other and the synchronisation and the channel estimation are carried out with both synchronisation symbols.

Description

Verfahren zur Synchronisation bei der Übertragung von OFDM- Signalen Synchronization method for the transmission of OFDM signals
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisation bei der Übertragung von OFDM-Signalen, bei dem ein OFDM-Datensymbol über einen Übertragungskanal mit mehreren Einzelträgem übertragen wird, und an einem Empfänger eine Synchronisation aus den empfangenen Signalen und eine KanalSchätzung vorgenommen wird, wobei parallel zu dem OFDM-Datensymbol ein bekanntes erstes Synchronisationssymbol mit dem gleichen Symboltakt und im selben Frequenzband übertragen und mit Hilfe des bekannten SynchronisationsSymbols eine Synchronisation und eine Kanalschätzung vorgenommen wird.The invention relates to a method for synchronization in the transmission of OFDM signals, in which an OFDM data symbol is transmitted via a transmission channel with a plurality of individual carriers, and a synchronization from the received signals and a channel estimation is carried out at a receiver, in parallel with the OFDM data symbol transmit a known first synchronization symbol with the same symbol clock and in the same frequency band and with the aid of the known synchronization symbol a synchronization and a channel estimation is carried out.
Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) ist eine zunehmend beliebte Modulationsmethode für neue drahtgebundene und drahtlose Standards (z.B. ADSL, DAB, DVB-T, iFi wireless LAM) . Diese Modulationsmethode wird auch für neue zukünftig benutzte Standard (z.B. 4G cellular und wireless USB 2.0) diskutiert.Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) is an increasingly popular modulation method for new wired and wireless standards (e.g. ADSL, DAB, DVB-T, iFi wireless LAM). This modulation method is also discussed for new future standards (e.g. 4G cellular and wireless USB 2.0).
Der grundlegende Gedanke von OFDM ist, die Übertragung von Information über einen Satz von vielen parallelen Trägern zu kombinieren, die in der selben Symbolperiode moduliert sind. Durch eine Anordnung der Träger nebeneinander und orthogonal zueinander, kann ein kombiniertes moduliertes Symbol durch eine inverse Fast-Fourier-Transformation erzeugt werden. Dazu kann der Modulationsprozess eines Satzes von N Datensymbolen aN auf N Einzelträgern durch die Erzeugung eines AusgangsSignals yk mit k = [0,...,Ν-1] ausgedrückt werden mitThe basic idea of OFDM is to combine the transmission of information over a set of many parallel carriers that are modulated in the same symbol period. By arranging the carriers next to one another and orthogonally to one another, a combined modulated symbol can be generated by an inverse Fast Fourier transformation. For this purpose, the modulation process of a set of N data symbols a N on N individual carriers can be expressed by generating an output signal y k with k = [0, ..., Ν-1]
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Bei einem Empfänger kann der Demodulationsprozess einfach durch eine Fast-Fourier-Transformation gefolgt durch einen Symboldetektor ausgeführt werden. Insbesondere ist keine komplizierte Kanalentzerrung notwendig.
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For a receiver, the demodulation process can be carried out simply by a Fast Fourier transform followed by a symbol detector. In particular, no complicated channel equalization is necessary.
Diese einfache Betrachtung gilt für AWGN-Kanäle (AWGN = additive white Gaussian noise) ohne eine Verzögerungsspreizung. Bei typischen Funkkanälen erreichen den Empfänger jedoch Echos der gesendeten Signale und erzeugen eine Verzögerungsspreizung, was zu Zwischensymbol-Interferenzen (ISI = inter-symbol interference) führt, die eine aufwendige Kanalentzerrung nötig machen. Um dennoch einen einfachen Empfänger benutzen zu können, wird ein so genanntes Schutzintervall (GI = guard intervall) zwischen jeweils zwei aufeinander folgende OFDM- Symbole eingefügt. Seine Länge wird so gewählt, dass die Zwischensymbol-Interferenzen auf dieses Schutzintervall beschränkt sind und dadurch die Abtastwerte der OFDM-Symbole zwischensymbolinterferenzfrei sind. Das Schutzintervall kann verschiedentlich ausgeführt sein, üblich ist beispielsweise die Implementierung als zyklischer Präfix (CP = cyclic prefix) , wobei beispielsweise die letzten L der N Abtastwerte einer Sequenz dieser Sequenz vorangestellt werden. Unter einem OFDM- Symbol soll im folgenden eine Einheit aus den Abtastwerten der eigentlichen Symbolsequenz sowie des Schutzintervalls verstanden werden.This simple consideration applies to AWGN channels (AWGN = additive white Gaussian noise) without a delay spread. In typical radio channels, however, the receiver reaches echoes of the transmitted signals and generates a delay spread, which leads to inter-symbol interference (ISI = inter-symbol interference), which necessitates complex channel equalization. In order to still be able to use a simple receiver, a so-called guard interval (GI = guard interval) is inserted between two successive OFDM symbols. Its length is chosen such that the inter-symbol interference is limited to this protection interval and the sampling values of the OFDM symbols are therefore free of inter-symbol interference. The protection interval can be designed in various ways, for example the implementation as a cyclic prefix (CP = cyclic prefix) is customary, for example the last L of the N samples of a sequence of this sequence being prefixed. In the following, an OFDM symbol is to be understood as a unit consisting of the samples of the actual symbol sequence and the protection interval.
Selbst mit Schutzintervall sind die Abtastwerte der OFDM- Symbole am Empfänger verzerrt durch die frequenzselektivität des Kanals, die eine weitere Folge der Verzögerungsspreizung ist. Bei üblicher Auslegung des Systems wirkt sich die Frequenzselektivität auf jedem Unterträger als multiplikative Verknüpfung des Datensymbols at mit einem Kanalkoeffizienten aus. Zur Entzerrung reicht dann eine Multiplikation der Unterträger mit dem jeweiligen inversen Kanalkoeffizienten aus. Die Kanalkoeffizienten müssen geschätzt werden.Even with a guard interval, the samples of the OFDM symbols on the receiver are distorted by the frequency selectivity of the channel, which is another consequence of the delay spread. In the usual design of the system, the frequency selectivity on each subcarrier acts as a multiplicative link between the data symbol a t and a channel coefficient. A multiplication of the subcarriers by the respective inverse channel coefficient is then sufficient for the equalization. The channel coefficients have to be estimated.
Wird das OFDM-Signal bei der Übertragung aus dem niederfrequenten so genannten Basisband in das zugewiesene hochfrequente Frequenzband umgesetzt und am Empfänger wieder ins Basisband heruntergemischt, so kommt es beispielsweise zu Verschiebungen des Spektrums des OFDM-Signals, d.h. der Unterträger, relativ zu ihrer erwarteten Frequenzlage. Grund dafür ist, dass die zum Mischen verwendeten lokalen Oszillatoren in Sender und Empfänger nicht genau mit gleicher Frequenz arbeiten. Dann treten am Empfänger Interferenzen zwischen den Signalen der einzelnen Unterträger auf, wodurch die Orthogonal!tat dieser Unterträger verloren geht.When the OFDM signal is transmitted from the low-frequency so-called baseband to the assigned one high-frequency band converted and downmixed back to baseband at the receiver, for example, there is a shift in the spectrum of the OFDM signal, ie the subcarrier, relative to their expected frequency position. The reason for this is that the local oscillators used for mixing in the transmitter and receiver do not work at exactly the same frequency. Interference between the signals of the individual subcarriers then occurs at the receiver, as a result of which the orthogonal action of this subcarrier is lost.
Das OFDM Verfahren erfordert eine also genaue Zeit- und Frequenzsynchronisation. Aufgabe der Zeitsynchronisation ist, für jedes OFDM-Symbol eine Gruppe von N aufeinander folgenden Abtastwerten zu finden, welche zu diesem OFDM-Symbol gehören und möglichst frei von Zwischensymbol-Interferenzen sind, um diese dann mittels einer Fast-Fourier-Transformation de odulieren zu können. Aufgabe der Frequenzsynchronisation ist, die spektrale Abweichung zwischen den lokalen Oszillatoren in Sender und Empfänger zu bestimmen, um diese vor der Demodulation kompensieren zu können.The OFDM method therefore requires precise time and frequency synchronization. The task of time synchronization is to find for each OFDM symbol a group of N consecutive samples which belong to this OFDM symbol and which are as free as possible from inter-symbol interference so that they can then be de-coded by means of a Fast Fourier transformation , The task of frequency synchronization is to determine the spectral deviation between the local oscillators in the transmitter and receiver in order to be able to compensate for this before demodulation.
Der heute übliche Weg zur Sicherung einer guten Synchronisation besteht darin, die Datenübertragung mit einer Präambel zu versehen, beispielsweise durch Nutzung von mehr als einem festen oder bekannten OFDM-Symbols [IEEE 802.11]. Diese Präambel ist so gestaltet, dass es mit einfachen Korrelationsmethoden möglich ist, eine sehr gute Zeit- und Frequenzsynchronisation zu erreichen. Außerdem liefert die Synchronisationspräambel eine Korrelationsgrundlage, um Kanalmessungen durchzuführen und die kanalinduzierten Phasen- und Amplitudenveränderungen jedes Einzelträgers zu schätzen.The usual way to ensure a good synchronization today is to provide the data transmission with a preamble, for example by using more than one fixed or known OFDM symbol [IEEE 802.11]. This preamble is designed in such a way that it is possible to achieve very good time and frequency synchronization using simple correlation methods. In addition, the synchronization preamble provides a basis for correlation in order to carry out channel measurements and to estimate the channel-induced phase and amplitude changes of each individual carrier.
Für eine relativ kleine Anzahl von Einzelträgem (z.B. N=lβ oder 64) hat eine Präambel eine Größe von zwei bis vier OFDM- Symbole, gefolgt von einem langen Datenpaket, woraus sich ein kleiner Synchronisationssignal-Überbau der Kanalkapazität, verglichen mit der Kanalkapazität, die für die Datenübertragung vorgesehen ist, ergibt. Wenn aber zukünftige Systeme für sehr hohe Datenraten ausgelegt werden, steigt die Zahl der Einzelträger, wie es heute schon vorgeschlagen wird, auf N=64 oder mehr (z.B. bei den in Vorbereitung befindlichen Standards IEEE 802.15.3A, IEEE 802. lln) . Für den Fall, dass ein kurzes Datensignalpaket auf einer großen Zahl von Einzelträgern übertragen werden soll, passen die Signaldaten dann leicht in ein einzelnes OFDM-Symbol . Ein typisches Beispiel für solch ein *Short Packet" ist die Antwort auf ein Datenpaket durch Senden eines Bestätigungspaketes.For a relatively small number of individual carriers (e.g. N = lβ or 64), a preamble has a size of two to four OFDM symbols, followed by a long data packet, which results in a small synchronization signal superstructure of the channel capacity compared to the channel capacity is provided for data transmission results. But if future systems for very high data rates are designed, the number of individual carriers increases, as is already proposed today, to N = 64 or more (for example in the case of the standards IEEE 802.15.3A, IEEE 802.11n in preparation). In the event that a short data signal packet is to be transmitted on a large number of individual carriers, the signal data then easily fit into a single OFDM symbol. A typical example of such a "short packet" is the response to a data packet by sending an acknowledgment packet.
Allerdings ist es notwendig, diesem kurzen Datensignalpaket mehrere OFDM Symbole zur Synchronisation und zur Kanalschätzung voran zu stellen. Dies kann leicht den größten Teil der Kanalverbindungskapazität in Anspruch nehmen. Ebenso wird die meiste Signalübertragungsenergie für Synchronisationssignale genutzt.However, it is necessary to prepend this short data signal packet with several OFDM symbols for synchronization and for channel estimation. This can easily take up most of the channel connection capacity. Most of the signal transmission energy is also used for synchronization signals.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, den Signalüberbau von Symbolen oder den Aufwand für die Synchronisierung und die KanalSchätzung zu minimieren.The object of the invention is now to minimize the signal superimposition of symbols or the effort for the synchronization and the channel estimation.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einem Verfahren zur Synchronisation bei der Übertragung von OFDM-Signalen der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass parallel zur Übertragung der OFDM-Datensymbole ein bekanntes zweites Synchronisationssymbol übertragen wird, dass das erste und das zweite Synchronisationssymbol zueinander nicht voll korreliert sind und die Synchronisation und die Kanalschätzung mit Hilfe der beiden SynchronisationsSymbole vorgenommen wird.According to the invention, the object is achieved in a method for synchronization in the transmission of OFDM signals of the type mentioned at the outset in that a known second synchronization symbol is transmitted in parallel with the transmission of the OFDM data symbols in that the first and the second synchronization symbols are not full to one another are correlated and the synchronization and the channel estimation is carried out using the two synchronization symbols.
Erfindungsgemäß werden parallel zu einem OFDM-Datensymbol, beispielsweise zeitlich synchron zu diesem, ein bekanntes erstes und zweites Synchronisationssymbol übertragen. Durch eine Versorgung der Synchronisationssymbole mit genügend Signalenergie, kann die Kanalschätzung und die Synchronisation zuerst ausgeführt werden. Das OFDM-Datensymbol wird dabei als kleines Rauschen erkannt, wenn die gemeinsame Energie des Synchronisationssymbols, gespreizt über alle Einzelträger mit bekannten Datensymbolen, für den Synchronisationsvorgang gebündelt werden kann.According to the invention, a known first and second synchronization symbol are transmitted in parallel with an OFDM data symbol, for example in synchronism with it. By supplying the synchronization symbols with sufficient signal energy, the channel estimation and synchronization can be carried out first. The OFDM data symbol is recognized as a small noise when the common energy of the synchronization symbol spreads across all individual carriers known data symbols for which the synchronization process can be bundled.
Nach der Synchronisation und der KanalSchätzung können die bekannten SynchronisationsSymbole von dem abgetasteten Signal wieder subtrahiert werden, wodurch einem Demodulator im Prinzip ein interferenzfreies OFDM-Datensymbol zur Demodulation überlassen wird.After the synchronization and the channel estimation, the known synchronization symbols can be subtracted from the sampled signal again, which in principle leaves an interference-free OFDM data symbol for demodulation to a demodulator.
Die zeitliche Folge der Datensymbole bildet das Datensignal, die zeitliche Folge der bekannten ersten Synchronisationssymbole bildet das erste Synchronisationssignal und die zeitliche Folge der bekannten zweiten Synchronisationssymbole das zweite Synchronisationssignal. Dabei ist es auch möglich neben den bekannten ersten und zweiten Synchronisationssymbolen ein bekanntes drittes und/oder viertes Synchronisationssymbol zu übertragen, wobei auch ein drittes und/oder viertes Synchronisationssignal gebildet wird. Durch diese zusätzlichen Synchronisationssymbole wird es möglich, weitere Parameter wie beispielsweise Kanalkoeffizienten, nichtlineare Verzerrungen, hervorgerufen durch Sender- und/oder Empfängerbaugruppen ( eitungs erstärker) , und I-Q-Imbalancen zu schätzen.The chronological sequence of the data symbols forms the data signal, the chronological sequence of the known first synchronization symbols forms the first synchronization signal and the chronological sequence of the known second synchronization symbols forms the second synchronization signal. In addition to the known first and second synchronization symbols, it is also possible to transmit a known third and / or fourth synchronization symbol, a third and / or fourth synchronization signal also being formed. These additional synchronization symbols make it possible to estimate further parameters such as, for example, channel coefficients, nonlinear distortions, caused by transmitter and / or receiver modules (amplifier), and I-Q imbalances.
Innerhalb einer Datensymbol-Periodendauer T ist es möglich, ein oder mehrere Synchronisationssymbole mit der Synchronisationssymbol-Periodendauer Ts in einemWithin a data symbol period T it is possible to have one or more synchronization symbols with the synchronization symbol period T s in one
Synchronisationssignal zu übertragen, wobei Ts ein ganzzahligesTransfer synchronization signal, where T s is an integer
Vielfaches von T oder umgekehrt ist und mit diesem zeitlich synchronisiert sein kann.Is a multiple of T or vice versa and can be synchronized with it in time.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das eine Synchronisationssymbol ein Korrelationsmaximum in der Zeit und das andere Synchronisationssymbol ein Korrelationsmaximum in der Frequenz aufweist.One embodiment of the invention provides that one synchronization symbol has a correlation maximum in time and the other synchronization symbol has a correlation maximum in frequency.
Durch diese Synchronisationssymboleigenschaften wird der Aufwand zur Synchronisation und KanalSchätzung verringert.These synchronization symbol properties make the Synchronization and channel estimation effort reduced.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Synchronisationssymbole zueinander orthogonal sind.In a further embodiment of the invention it is provided that the synchronization symbols are orthogonal to one another.
In einer besonderen Form der Anforderung an die Synchronisationssymbole, dass das erste und das zweite Synchronisationssymbol zueinander nicht voll korreliert sind, ist es auch möglich, dass diese orthogonal zueinander sind.In a special form of the requirement for the synchronization symbols that the first and the second synchronization symbols are not fully correlated to one another, it is also possible that these are orthogonal to one another.
In einer besonderen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Synchronisationssymbole gleichzeitig in einem Symboltakt übertragen werden.In a special embodiment of the invention it is provided that the synchronization symbols are transmitted simultaneously in one symbol cycle.
In einer Ausgestaltungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Synchronisationssymbole unabhängig voneinander in verschiedenen Symboltakten übertragen werden.In one embodiment of the invention, it is provided that the synchronization symbols are transmitted independently of one another in different symbol cycles.
Erfindungsgemäß ist es möglich, das bekannte erste und das bekannte zweite Synchronisationssymbol, welches jeweils eine eigene Synchronisationssymbol-Periodendauer Ts aufweist, zeitgleich zueinander und zum Datensymbol zu übertragen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die beiden bekannten Synchronisationssymbole in verschiedenen Symboltakten, also in unmittelbar oder mittelbar aufeinanderfolgenden Datensymbol- Periodendauern T zu übertragen. Darüber hinaus ist es auch möglich in einem oder mehreren Synchronisationssignalen innerhalb einer Datensymbol-Periodendauer T mehrere Synchronisationssymbol-Periodendauer Ts anzuordnen. Dabei kann jedes Synchronisationssignal für jede beschriebene Variante sowohl aus einer stetigen Folge von Synchronisationssymbolen bestehen als auch Synchronisationssymbol-Lücken aufweisen.According to the invention, it is possible to transmit the known first and the known second synchronization symbol, which each have its own synchronization symbol period T s , at the same time to one another and to the data symbol. Another possibility is to transmit the two known synchronization symbols in different symbol cycles, that is to say in directly or indirectly successive data symbol periods T. Furthermore, it is also possible to arrange a plurality of synchronization symbol period T s in one or more synchronization signals within one data symbol period T. Each synchronization signal for each variant described can consist of a continuous sequence of synchronization symbols and also have synchronization symbol gaps.
In einer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass jedem OFDM-Datensymbol in jeder Symbolperiode die gleichen Synchronisationssymbole überlagert werden. Die zu einem Datensymbol, einer Datensymbol-Periodendauer T , zugeordneten Synchronisationssymbole können die Gleichen sein, welche einer nachfolgenden Datensymbol-Periodendauer T zugeordnet werden. Somit ergibt sich in den Synchronisationssignalen eine jeweils unveränderte Folge von aufeinanderfolgenden Synchronisationssymbolen.One embodiment of the invention provides that the same synchronization symbols are superimposed on each OFDM data symbol in each symbol period. The synchronization symbols assigned to a data symbol, a data symbol period T, can be the same as those which are assigned to a subsequent data symbol period T. This results in an unchanged sequence of successive synchronization symbols in the synchronization signals.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Synchronisationssymbol während seiner Synchronisationssymbol- Periodendauer Ts eine Änderung der Frequenz aufweist.In one embodiment of the invention it is provided that a synchronization symbol has a change in frequency during its synchronization symbol period T s .
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass jedes Synchronisationssymbol eine zum jeweils anderen Synchronisationssymbol des gleichen Symboltakts entgegengesetzte Änderung der Frequenz in seiner Synchronisationssymbol-Periodendauer Ts aufweist.In a special embodiment of the invention, it is provided that each synchronization symbol has a change in frequency in its synchronization symbol period T s that is opposite to the other synchronization symbol of the same symbol clock.
Die zu übertragenden bekannten Synchronisationssymbole können innerhalb ihrer Synchronisationssymbol-Periodendauer Ts eine Änderung des Parameters Frequenz aufweisen. Diese Änderung kann eine Änderung der Frequenz von einer unteren zu einer oberen Frequenz oder der umgekehrte Fall, eine Änderung der Frequenz von einer oberen zu einer unteren Frequenz, sein. Dabei kann diese Änderung nach einer linearen oder nichtlinearen Funktion erfolgen. In einer besonderen Ausgestaltungsform weisen die beiden bekannten, zeitgleich zu einer Datensymbol- Periodendauern T übertragenen, Synchronisationssymbole eine unterschiedliche und/oder entgegengesetzte Änderung des Parameters Frequenz auf .The known synchronization symbols to be transmitted can have a change in the frequency parameter within their synchronization symbol period T s . This change may be a change in frequency from a lower to an upper frequency, or the reverse, a change in frequency from an upper to a lower frequency. This change can take place according to a linear or non-linear function. In a special embodiment, the two known synchronization symbols transmitted at the same time as a data symbol period T have a different and / or opposite change in the frequency parameter.
In einer anderen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein erstes Synchronisationssymbol eine Änderung der Frequenz während seiner Synchronisationssymbol-Periodendauer Ts aufweist und ein nachfolgendes zweites Synchronisationssymbol eine zum ersten Synchronisationssymbol entgegengesetzte Änderung der Frequenz in seiner Synchronisationssymbol-Periodendauer Ts aufweist .In another embodiment of the invention it is provided that a first synchronization symbol has a change in frequency during its synchronization symbol period T s and a subsequent second synchronization symbol has a change in frequency opposite to the first synchronization symbol in its synchronization symbol period T s having .
Die beiden bekannten Synchronisationssymbole, welche innerhalb ihrer Synchronisationssybol-Periodendauer Ts eine unterschiedliche und/oder entgegengesetzte Änderung des Parameters Frequenz aufweisen, können in der gleichen oder in verschiedenen Datensymbol-Periodendauern T übertragen werden.The two known synchronization symbols that include within their Synchronisationssybol s-period T, a different and / or opposite change of the parameter frequency may be transmitted in the same or in different data symbol periods T.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Übertragung mit eingebetteten Piloten, d.h. mit einzelnen bekannten Datensymbolen auf je einem Einzelträger erfolgt.In a further embodiment of the invention it is provided that the transmission with embedded pilots, i.e. with individual known data symbols on a single carrier.
Auch die aus dem Stand der Technik bekannte Methode, der Einbettung von Piloten in das Datensignal, kann neben der Übertragung zweier bekannter Synchronisationssymbole genutzt werden und zu einer weiteren Vereinfachung oder Verbesserung der Synchronisation führen.The method known from the prior art, embedding pilots in the data signal, can also be used in addition to the transmission of two known synchronization symbols and can lead to a further simplification or improvement of the synchronization.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass in einem Empfänger nach der Synchronisation und KanalSchätzung das erste, das zweite oder beide Synchronisationssymbole von dem OFDM-Datensymbol subtrahiert werden.Another embodiment of the invention provides that the first, the second or both synchronization symbols are subtracted from the OFDM data symbol in a receiver after the synchronization and channel estimation.
Nach der erfolgten Synchronisation und Kanalschätzung können die bekannten SynchronisationsSymbole von dem abgetasteten Signal wieder subtrahiert werden, wodurch einem Demodulator im Prinzip ein interferenzfreies OFDM-Datensymbol zur Demodulation überlassen wird.After the synchronization and channel estimation have taken place, the known synchronization symbols can be subtracted from the sampled signal again, which in principle leaves an interference-free OFDM data symbol for demodulation to a demodulator.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass bei der Übertragung von OFDM-Datensymbolen über Mehrantennensysteme, so genannte MIMO-Systeme (MIMO = Multiple-Input Multiple-Output) , je Antenne zwei Synchronisationssymbole, welche zumindest teilweise dekorreliert zueinander sind, übertragen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch auf Systemen mit mehreren Antennen genutzt werden. Für diesen Fall werden jeder genutzten Antenne jeweils zwei bekannte Synchronisationssymbole, die die oben beschriebenen Eigenschaften wie beispielsweise „zueinander nicht voll korreliert" aufweisen, zugeordnet.Another embodiment of the invention provides that when OFDM data symbols are transmitted via multi-antenna systems, so-called MIMO systems (MIMO = Multiple-Input Multiple-Output), two synchronization symbols, which are at least partially decorrelated to one another, are transmitted per antenna , The method according to the invention can also be used on systems with several antennas. In this case, each known antenna is assigned two known synchronization symbols which have the properties described above, such as, for example, “not fully correlated with one another”.
In einer speziellen Ausgestaltungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Synchronisationssymbol seinerseits aus zwei SynchronisationsSymbolen besteht.In a special embodiment of the invention it is provided that a synchronization symbol in turn consists of two synchronization symbols.
Erfindungsgemäß ist es möglich, dass ein bekanntes Synchronisationssymbol aus zwei oder mehreren bekannten Synchronisationssymbolen aufgebaut ist.According to the invention, it is possible for a known synchronization symbol to be constructed from two or more known synchronization symbols.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Synchronisationssymbole eine dem Funkkanal relativ zu den Datensignalen angepasste Leistungsverteilung erhalten.In a special embodiment of the invention, it is provided that the synchronization symbols receive a power distribution that is adapted to the radio channel relative to the data signals.
In einer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Synchronisationssymbol eine zu dem jeweils anderen Synchronisationssymbol gleiche Leistungsverteilung aufweist.One embodiment of the invention provides that a synchronization symbol has a power distribution that is the same as that of the other synchronization symbol.
In einer besonderen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Synchronisationssymbol eine zu dem jeweils anderen Synchronisationssymbol verschiedene LeistungsVerteilung aufweist .In a special embodiment of the invention, it is provided that a synchronization symbol has a power distribution that differs from the respective other synchronization symbol.
Die im Sender zur Verfügung stehende Sendeleistung kann zwischen dem zu übertragenden Datensignal, welches die OFDM- Datensymbole enthält, und den zu übertragenden SynchronisationsSignalen, welche die bekannten Synchronisationssymbole enthalten, aufgeteilt werden. Diese Anpassung der Leistung kann derart erfolgen, dass die zu sendenden Signale einen jeweils gleichen oder verschiedenen Anteil an der Gesamtleistung erhalten.The transmission power available in the transmitter can be divided between the data signal to be transmitted, which contains the OFDM data symbols, and the synchronization signals, which contain the known synchronization symbols, to be transmitted. This adjustment of the power can take place in such a way that the signals to be transmitted each receive an identical or different share of the total power.
Dabei kann es für eine Verbesserung des Synchronisationsvorgangs im Empfänger vorteilhaft sein, die Synchronisationssignale mit mehr Signalenergie als das Datensignal zu übertragen.It can help improve the Synchronization process in the receiver may be advantageous to transmit the synchronization signals with more signal energy than the data signal.
Auch eine sich an den aktuellen Zustand eines Funkkanals anpassende abhängige Leistungsverteilung ist möglich und verbessert die Qualität der Synchronisation.A dependent power distribution that adapts to the current state of a radio channel is also possible and improves the quality of the synchronization.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungs- beispiels näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigtThe invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawings
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Datensignals, welches von m Synchronisationssymbolen überlagert ist,1 shows a schematic diagram of a data signal which is overlaid by m synchronization symbols,
Fig. 2 eine Darstellung verschiedener Kombinationsmöglichkeiten der Zuordnung von zwei Synchronisationssymbolen zu einem Datensymbol,2 shows a representation of different possible combinations of the assignment of two synchronization symbols to one data symbol,
Fig. 3 eine Darstellung verschiedener Strukturie- rungsmöglichkeiten der Synchronisationssymbole,3 shows various structuring options for the synchronization symbols,
Fig. 4 eine Darstellung eines Synchronisationssymbols, welches sich im zeitlichen Verlauf in seinem Parameter Frequenz ändert,4 shows a representation of a synchronization symbol which changes in its frequency parameter over time,
Fig. 5 eine Auszug einer Darstellung von Sender- und Empfängerbaugruppen zur Umsetzung des Verfahrens,5 is an extract of a representation of transmitter and receiver assemblies for implementing the method,
Fig. 6 eine Prinzipdarstellung einer Basisbandeinheit zur Umsetzung des Verfahrens,6 shows a basic illustration of a baseband unit for implementing the method,
Fig. 7 eine Prinzipdarstellung eines Funkübertragungskanals aus Fig. 6,7 shows a schematic diagram of a radio transmission channel from FIG. 6,
Fig. 8 eine Prinzipdarstellung eines Empfängers mit Interferenzbereinigung,Fig. 8 shows a schematic diagram of a receiver with Interference cleanup
Fig. 9 eine Prinzipdarstellung einer SenderStruktur für Sender mit mehreren Antennen undFig. 9 is a schematic diagram of a transmitter structure for transmitters with multiple antennas and
Fig. 10 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Senderstruktur für Sender mit mehreren Antennen.10 shows a basic illustration of a further transmitter structure for transmitters with several antennas.
In der Figur 1 ist das Prinzip der Überlagerung eines aus Datensymbolen 1 bestehenden Datensignals 2 mit mehreren Synchronisationssymbolen 3 dargestellt. Die Darstellung erstreckt sich über eine Zeit von zwei Datensymbol- Periodendauern T 5 des Datensignals 2. Dabei ist ein Datensymbol 1 in diesem Fall ein OFDM-Datensymbol mit N verwendeten Unterträgern 7. Die Synchronisationssignale 1, 2, ... m 4 sind Folgen von Synchronisationssymbolen 3 , deren Periodendauern Ts 6 hier gleich der Datensymbol-Periodendauer1 shows the principle of superimposing a data signal 2 consisting of data symbols 1 with a plurality of synchronization symbols 3. The representation extends over a time of two data symbol periods T 5 of the data signal 2. In this case, a data symbol 1 is an OFDM data symbol with N subcarriers 7. The synchronization signals 1, 2,... M 4 are sequences of Synchronization symbols 3, the period T s 6 here equal to the data symbol period
T 5 sind und die die gleiche Bandbreite wie das Datensignal 2 belegen. In Synchronisationssignal 1 folgt das Synchronisationssymbol B auf das Synchronis tionssymbol A, in Synchronisationssignal 2 folgt D auf C und in Synchronisationssignal m folgt F auf E. Die Symbole sind derart unterschiedlich, dass sie nicht völlig korreliert miteinander sind. Dies gilt sowohl zwischen den verschiedenen SynchronisationsSignalen 4, wie auch innerhalb eines Synchronisationssignals 4.T 5 are and occupy the same bandwidth as the data signal 2. In synchronization signal 1, the synchronization symbol B follows the synchronization symbol A, in synchronization signal 2 D follows C and in synchronization signal m follows F E. The symbols are so different that they are not completely correlated with one another. This applies both between the different synchronization signals 4 and within a synchronization signal 4.
In der Figur 2 ist dargestellt, dass sich einzelne Synchronisationssymbole 3 beispielsweise innerhalb eines Synchronisationssignals 4 wiederholen können. Dies ist in einem ersten Beispiel für das Synchronisationssymbol A innerhalb des Synchronisationssignals 1 und in einem zweiten Beispiel für das Synchronisationssymbol C innerhalb des Synchronisations- signals 2 gezeigt. Darüber hinaus ist es auch möglich, Synchronisationssymbole 3 aus einem ersten Synchronisations- signal 4 zu einem anderen Zeitpunkt in einem anderen Synchronisationssignal 4 zu wiederholen, wie beispielsweise für das Synchronisationssymbol B in Fig. 2 dargestellt.FIG. 2 shows that individual synchronization symbols 3 can be repeated within a synchronization signal 4, for example. This is shown in a first example for the synchronization symbol A within the synchronization signal 1 and in a second example for the synchronization symbol C within the synchronization signal 2. In addition, it is also possible to repeat synchronization symbols 3 from a first synchronization signal 4 at another time in another synchronization signal 4, for example for the synchronization symbol B shown in Fig. 2.
Eine weitere Möglichkeit für die erfindungsgemäße Übertragung von zwei Synchronisationssymbolen 3 ist in der Figur 3 dargestellt. Hier ist gezeigt, dass die Synchronisationssymbole A und C der Synchronisationssignale 1 und 2 nicht die gesamte Bandbreite des Datensignals 2 belegen und sich gegenseitig in der Frequenz nur teilweise oder nicht überlagern. Weiterhin ist gezeigt, dass das Synchronisationssymbol B des SynchronisationsSignals 1 teilweise einen Frequenzbereich außerhalb des Frequenzbereichs des Datensignals 2 belegt . Ebenso möglich ist es, dass ein Synchronisationssignal 4 nicht die ganze Zeit über gesendet wird, wie am Beispiel des Synchronisationssignals 3 in der Fig. 3 gezeigt ist. Am Beispiel des Synchronisationssymbols A ist außerdem dargestellt, dass sich das Synchronisationssymbol 3 zu einem anderen Zeitpunkt in einem anderen Synchronisationssignal 4 in einem anderen Frequenzbereich wiederholen kann.Another possibility for the transmission of two synchronization symbols 3 according to the invention is shown in FIG. It is shown here that the synchronization symbols A and C of the synchronization signals 1 and 2 do not occupy the entire bandwidth of the data signal 2 and only partially or not superimpose one another on the frequency. Furthermore, it is shown that the synchronization symbol B of the synchronization signal 1 partially occupies a frequency range outside the frequency range of the data signal 2. It is also possible that a synchronization signal 4 is not sent all the time, as shown in the example of the synchronization signal 3 in FIG. 3. The example of the synchronization symbol A also shows that the synchronization symbol 3 can be repeated at another time in another synchronization signal 4 in a different frequency range.
In der Figur 4 ist ein Beispiel für eine Änderung des Synchronisationssymbolparameters Frequenz über zwei Synchronisationssymbol-Periodendauern Ts 6 innerhalb eines Synchronisationssignals 4 dargestellt. Hierbei weist das erste Synchronisationssymbol A innerhalb seiner Periodendauer Ts eine Änderung der Frequenz von unteren Frequenz f0 zu einer oberen Frequenz f0 linear mit der Zeit auf. Das nachfolgende Symbol B erfährt innerhalb seiner Periodendauer Ts eine umgekehrte lineare Änderung der Frequenz von einer oberen Frequenz f0 zu einer unteren Frequenz fυ . Die Zeit der Periodendauer Ts kann dabei gleich oder verschieden zu der Datensymbol-Periodendauer T eines Datensymbols sein. Der Frequenzverlauf innerhalb oder über die Datensymbol-Periodendauer T hinweg kann kontinuierlich oder diskontinuierlich verlaufen.FIG. 4 shows an example of a change in the synchronization symbol parameter frequency over two synchronization symbol period durations T s 6 within a synchronization signal 4. Here, the first synchronization symbol A has a change in frequency from lower frequency f 0 to an upper frequency f 0 linearly with time within its period T s . The following symbol B experiences a reverse linear change in frequency from an upper frequency f 0 to a lower frequency f υ within its period T s . The time of the period T s can be the same or different from the data symbol period T of a data symbol. The frequency profile within or over the data symbol period T can run continuously or discontinuously.
In der Figur 5 ist ein Beispiel für eine Sender-Anordnung zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In dieser wird die bereitgestellte Datenfolge 8 zunächst durch eine Basisbandeinheit 9, welche beispielsweise Baugruppen zur Codierung und Modulation enthält, in eine Folge von Datensymbolen 1, also in ein Datensignal 2, gewandelt. Jedes dieser Datensymbole 1 kann beispielsweise wiederum aus OFDM- Symbolen bestehen. In den Synchronisationssignal-Generatoren 10 werden die verschiedenen Synchronisationssignale 4, welche durch eine Folge von SynchronisationsSymbolen 3 gebildet werden, derart erzeugt, dass die Synchronisationsεymbole 3 nicht voll miteinander korreliert sind. Verschiedene Möglichkeiten zur Erzeugung der Synchronisationssignale 4 wurden bereits in den Figuren 1 bis 4 gezeigt. Der zeitliche Ablauf der Signalverarbeitung in den Einheiten 9 und 10 wird durch ein Taktsignal, welches von einem Taktgenerator 11 erzeugt wird, gesteuert. Es ist jedoch auch möglich, dass die Einheiten 9 und 10 durch jeweils verschiedene Taktsignale angesteuert werden.FIG. 5 shows an example of a transmitter arrangement for implementing the method according to the invention. In this, the data sequence 8 provided is initially carried out a baseband unit 9, which contains, for example, modules for coding and modulation, is converted into a sequence of data symbols 1, that is to say into a data signal 2. Each of these data symbols 1 can in turn consist of OFDM symbols, for example. The various synchronization signals 4, which are formed by a sequence of synchronization symbols 3, are generated in the synchronization signal generators 10 in such a way that the synchronization symbols 3 are not fully correlated with one another. Various possibilities for generating the synchronization signals 4 have already been shown in FIGS. 1 to 4. The timing of the signal processing in units 9 and 10 is controlled by a clock signal which is generated by a clock generator 11. However, it is also possible for the units 9 and 10 to be controlled by different clock signals in each case.
Das Datensignal 2 und die Synchronisationssignale 4 werden jeweils von Verstärkeranordnungen 12 verstärkt und am Summierglied 13 zur Sendesymbolfolge 14 addiert. Die Verstärkungsfaktoren a, b und c der Verstärker 12 können verschieden voneinander sein. Es ist vorteilhaft, a, b und c an den aktuellen Zustand des Funkkanals so anzupassen, dass dadurch die Datenübertragung in hoher Qualität oder mit geringer Sendeleistung erfolgen kann.The data signal 2 and the synchronization signals 4 are each amplified by amplifier arrangements 12 and added to the transmission symbol sequence 14 on the summing element 13. The amplification factors a, b and c of the amplifiers 12 can be different from one another. It is advantageous to adapt a, b and c to the current state of the radio channel in such a way that the data can be transmitted in high quality or with low transmission power.
Die Sendesymbolfolge gelangt über einen Übertragungskanal 16 zu einem Empfänger 17.The transmission symbol sequence reaches a receiver 17 via a transmission channel 16.
Ein Beispiel für eine Basisbandeinheit 9 zur Erzeugung von OFDM-Symbolen ist in der Figur 6 dargestellt. Die Eingangs- Datenfolge 8 wird zunächst von einem Kodierer 18 kodiert, punktiert, verwürfelt und dann im nachgeschalteten Modulator 19 beispielsweise durch eine Phasenumtastung (PSK = Phase Shift Keying) oder eine Quadratur-Aplituden-Modulation (QAM) moduliert. Aus einer Anzahl von M derart modulierten Symbolen formt der Seriell-Parallel-Wandler 20 eine Signal-Gruppe, welche das OFDM-Symbol darstellt. Diese werden nachfolgend von einer N-Punkte-IFFT-Einheit 21 mit N • M, einem nachgeschaltetem Parallel-Seriell-Wandler 22 zu einer für die Weiterverarbeitung geeigneten Form verarbeitet, wobei auch ein Einfügen eines zyklischen Präfixes durch die Anordnung 23 möglich ist.An example of a baseband unit 9 for generating OFDM symbols is shown in FIG. 6. The input data sequence 8 is first encoded, punctured, scrambled by an encoder 18 and then modulated in the downstream modulator 19, for example by phase shift keying (PSK = phase shift keying) or quadrature amplitude modulation (QAM). The serial-to-parallel converter 20 forms a signal group, which represents the OFDM symbol, from a number of M symbols modulated in this way. These are subsequently from an N-point IFFT unit 21 with N • M, a downstream parallel-serial converter 22 processed into a form suitable for further processing, it also being possible to insert a cyclic prefix through the arrangement 23.
Weiterhin möglich ist auch, eine spektrale Spreizung der AusgangsSymbole des Modulators vorzunehmen. Dabei wird die Energie der Symbole, die am Ausgang des Modulators 19 eine Bandbreite B belegen, auf einen Frequenzbereich verteilt also gespreizt, der größer als die Bandbreite B ist. Dies kann beispielsweise durch das Mehrträger-Spreizverfahren MCSS (MCSS = Multi-carrier Spread-Spectrum) erfolgen.It is also possible to spectrally spread the output symbols of the modulator. The energy of the symbols that occupy a bandwidth B at the output of the modulator 19 is spread over a frequency range that is greater than the bandwidth B. This can be done, for example, using the MCSS (Multi-Carrier Spread Spectrum) spreading method.
In der Figur 7 ist der Übertragungskanal 16 aus Figur 5 am Beispiel eines Funkkanals dargestellt. In diesem Fall wird die Sendesymbolfolge 14, also das Signal im so genannten Basisband, in einer Hochfrequenz-Sendeeinheit 24 an die Übertragung über diesen Kanal angepasst und von einer Sendeantenne 25 abgestrahlt. Unter einer Anpassung des Signals wird dabei beispielsweise eine Digital-Analog-Wandlung, eine Mischung auf die erforderliche Mittenfrequenz und eine Hochfrequenz- Signalverstärkung verstanden. Am Empfänger gelangt das über den Funkkanal übertragene Signal über die Empfängerantenne 26 zunächst an die Hochfrequenz-Empfängereinheit 27, die das hochfrequente Empfangssignal in ein Basisband-Signal, die Empfangssymbolfolge 15 umsetzt.FIG. 7 shows the transmission channel 16 from FIG. 5 using the example of a radio channel. In this case, the transmission symbol sequence 14, that is to say the signal in the so-called baseband, is adapted in a high-frequency transmission unit 24 to the transmission via this channel and is emitted by a transmission antenna 25. Adaptation of the signal is understood to mean, for example, digital-to-analog conversion, mixing to the required center frequency and high-frequency signal amplification. At the receiver, the signal transmitted via the radio channel first reaches the radio-frequency receiver unit 27 via the receiver antenna 26, which converts the radio-frequency reception signal into a baseband signal, the reception symbol sequence 15.
Ein Ausführungsbeispiel für den in der Figur 5 gezeigten Empfänger 17 zeigt Figur 8. Die Empfangssymbolfolge 15 gelangt zunächst in eine Auswerteeinheit 28, die mit Hilfe der übertragenen SynchronisationsSymbole 3 Schätzwerte des Symboltaktes und des Frequenzversatzes zwischen Sender und Empfänger ermittelt und an ihrem Ausgang zur Verfügung stellt. Mit einer Kanalschätzeinheit 29 können zusätzlich, auf der Basis des Empfangssignals, Schätzwerte für den Einfluss des Kanals auf das übertragene Signal erhalten werden. Diese Kanalschätzung kann beispielsweise vorteilhaft unter Einbezug der übertragenen Synchronisationssymbole 3 erfolgen. Die Schätzwerte für Symboltakt, Frequenzversatz und Kanaleinfluss können in einer Berechnungseinheit 30 dafür verwendet werden, die SynchronisationsSymbole 3 inklusive ihrer durch den Kanal aufgeprägten Verzerrungen zu regenerieren. Vorteilhaft ist dabei, wenn dem Empfänger die jeweils vom Sender verwendeten Synchronisationssymbole 3 bekannt sind und dieses Wissen in den Einheiten 28, 29 und 30 mit verwendet wird. Steht dieses Wissen nicht zur Verfügung, müssen so genannte blinde Schätzverfahren zum Einsatz kommen. Die regenerierten Synchronisationssignale 4 werden mit einem Summierglied 31 von der Empfangssymbolfolge 15 abgezogen. Dadurch entsteht eine interferenzbereinigte Empfangssymbolfolge 32, die einer Demodulationseinheit 33 zur Rückgewinnung des Datensignals 2 bzw. zur Ermittlung von Schätzwerten der Datenfolge zugeführt werden kann.An exemplary embodiment for the receiver 17 shown in FIG. 5 is shown in FIG. 8. The received symbol sequence 15 first arrives in an evaluation unit 28, which uses the transmitted synchronization symbols 3 to determine estimated values of the symbol clock and the frequency offset between the transmitter and receiver and to make them available at their output , With a channel estimation unit 29, it is additionally possible, based on the received signal, to obtain estimated values for the influence of the channel on the transmitted signal. This channel estimate can advantageously be included, for example of the transmitted synchronization symbols 3. The estimated values for symbol clock, frequency offset and channel influence can be used in a calculation unit 30 to regenerate the synchronization symbols 3 including their distortions impressed by the channel. It is advantageous if the receiver knows the synchronization symbols 3 used by the transmitter and this knowledge is also used in the units 28, 29 and 30. If this knowledge is not available, so-called blind estimation methods must be used. The regenerated synchronization signals 4 are subtracted from the received symbol sequence 15 using a summing element 31. This creates an interference-cleaned reception symbol sequence 32, which can be supplied to a demodulation unit 33 for recovering the data signal 2 or for determining estimated values of the data sequence.
In der Figur 9 ist ein aus zwei Antennen 25 bestehendes Mehrfach-Antennen-System mit einer zugehörigen Senderanordnung dargestellt. Pro Antenne 25 werden je ein Datensignal 2 und mindestens je zwei Synchronisationssignale 4 ausgestrahlt, jeweils unter der Voraussetzung, dass jedes beliebige Paar aus den SynchronisationsSignalen 4 aller Antennen 25 nicht völlig korreliert ist. Die Signalstrukturen können, wie bereits oben am Beispielen mit m Synchronisationssignalen 4 bei einer Sendeantenne 25 beschrieben, gewählt werden.FIG. 9 shows a multiple antenna system consisting of two antennas 25 with an associated transmitter arrangement. For each antenna 25, one data signal 2 and at least two synchronization signals 4 each are broadcast, provided that any pair of the synchronization signals 4 of all antennas 25 is not completely correlated. The signal structures can be selected, as already described above using the example of m synchronization signals 4 for a transmitting antenna 25.
Dabei können die Datensignale 2 und die Synchronisationssignale 4 für jede Sendeantenne 25 unabhängig von den Signalen der anderen Sendeantenne 25 erzeugt werden, wie in der Abbildung 9 gezeigt wird, oder auch von einer gemeinsamen Sendeeinheit für mehrere oder alle Sendeantennen 25, wie in Figur 10 dargestellt. So sind beispielsweise für die Erzeugung der Datensignale 2 für mehrere Sendeantennen 25 eine Vielzahl von sogenannten MIMO-Techniken (MIMO = multiple input multiple Output) bekannt. Zu diesen bekannten Verfahren gehört beispielsweise VBLAST (Vertical Bell Labs Layered Space Time) oder STC (Space-Ti e-Coding) . Dieses gezeigte Prinzip lässt sich auf eine beliebige Anzahl von Sendeantennen 25 erweitern. Verfahren zur Synchronisation bei der Übertragung von OFDM- SignalenThe data signals 2 and the synchronization signals 4 for each transmission antenna 25 can be generated independently of the signals of the other transmission antenna 25, as shown in FIG. 9, or also from a common transmission unit for several or all transmission antennas 25, as shown in FIG. 10 , For example, a large number of so-called MIMO techniques (MIMO = multiple input multiple output) are known for generating the data signals 2 for a plurality of transmit antennas 25. These known methods include, for example, VBLAST (Vertical Bell Labs Layered Space Time) or STC (Space-Ti e-Coding). This principle shown can be extended to any number of transmission antennas 25. Synchronization method for the transmission of OFDM signals
Bezugzeichenliste 1 Datensyr bol 2 Datensignal 3 Synchronisationssymbol 4 Synchronisationssignal 5 Datensymbol-Periodendauer T 6 Synchronisationssymbol-Periodendauer ^ 7 Unterträger 8 Datenfolge 9 Basisbandeinheit 10 Synchronisationssignal-Generator 11 Taktgenerator 12 Verstärker 13 Summierglied 14 Sendesymbolfolge 15 Empfangssymbolfolge 16 Übertragungskanal 17 Empfänger 18 Kodierer 19 Modulator 20 Seriell-Parallel-Wandler 21 N-Punkte-IFFT-Einheit 22 Parallel-Seriell-Wandler 23 zyklischer Präfix 24 Hochfrequenz-Sendeeinheit 25 Sendeantenne 26 Empfängerantenne 27 Hochfrequenz-Empfängereinheit Auswerteeinheit Kanalschätzeinheit Berechnungseinheit Summierglied interferenzbereinigte Empfangssymbolfolge Demodulationseinheit List of reference symbols 1 data symbol 2 data signal 3 synchronization symbol 4 synchronization signal 5 data symbol period T 6 synchronization symbol period ^ 7 subcarrier 8 data sequence 9 baseband unit 10 synchronization signal generator 11 clock generator 12 amplifier 13 summing element 14 transmission symbol sequence 15 reception symbol sequence 16 transmission channel 17 receiver 18 encoder 19 modulator 20 serial -Parallel converter 21 N-point IFFT unit 22 Parallel-serial converter 23 Cyclic prefix 24 Radio frequency transmitter unit 25 Transmitter antenna 26 Receiver antenna 27 Radio frequency receiver unit Evaluation unit, channel estimation unit, calculation unit, summing element, interference-adjusted reception symbol sequence, demodulation unit

Claims

Verfahren zur Synchronisation bei der Übertragung von OFDM- SignalenSynchronization method for the transmission of OFDM signals
Patentansprüche 1. Verfahren zur Synchronisation bei der Übertragung von OFDM-Signalen, bei dem ein OFDM-Datensymbol über einen Übertragungskanal mit mehreren Einzelträgem übertragen wird, und an einem Empfänger eine Synchronisation aus den empfangenen Signalen und eine KanalSchätzung vorgenommen wird, wobei parallel zu dem OFDM-Datensymbol ein bekanntes erstes Synchronisationssymbol mit dem gleichen Symboltakt und im selben Frequenzband übertragen und mit Hilfe des bekannten Synchronisationssymbols eine Synchronisation und eine Kanalschätzung vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Übertragung der OFDM-Datensymbole (1) ein bekanntes zweites Synchronisationssymbol (3) übertragen wird, dass das erste und das zweite Synchronisationssymbol (3) zueinander nicht voll korreliert sind und die Synchronisation und die KanalSchätzung mit Hilfe der beiden SynchronisationsSymbole (3) vorgenommen wird.1. A method for synchronization in the transmission of OFDM signals, in which an OFDM data symbol is transmitted over a transmission channel with several individual carriers, and a synchronization of the received signals and a channel estimate is carried out at a receiver, parallel to the OFDM -Data symbol a known first synchronization symbol with the same symbol clock and in the same frequency band is transmitted and with the aid of the known synchronization symbol a synchronization and a channel estimation is carried out, characterized in that a known second synchronization symbol (3) is transmitted in parallel with the transmission of the OFDM data symbols (1). is transmitted that the first and the second synchronization symbol (3) are not fully correlated with each other and the synchronization and the channel estimation is carried out using the two synchronization symbols (3).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Synchronisationssymbol (3) ein Korrelationsmaximum in der Zeit und das andere Synchronisationssymbol (3) ein Korrelationsmaximum in der Frequenz aufweist.2. The method according to claim 1, characterized in that the one synchronization symbol (3) has a correlation maximum in time and the other synchronization symbol (3) has a correlation maximum in frequency.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die SynchronisationsSymbole (3) zueinander orthogonal sind.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the synchronization symbols (3) to each other are orthogonal.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationssymbole (3) gleichzeitig in einem Symboltakt übertragen werden.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the synchronization symbols (3) are transmitted simultaneously in one symbol cycle.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationssymbole (3) unabhängig voneinander in verschiedenen Symboltakten übertragen werden.5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the synchronization symbols (3) are transmitted independently of one another in different symbol cycles.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedem OFDM-Datensymbol (1) in jeder Symbolperiode die gleichen Synchronisationssymbole (3) überlagert werden.6. The method according to claim 4, characterized in that the same synchronization symbols (3) are superimposed on each OFDM data symbol (1) in each symbol period.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Synchronisationssymbol (3) während seiner Synchronisationssymbol-Periodendauer Ts (6) eine Änderung der Frequenz aufweist.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that a synchronization symbol (3) has a change in frequency during its synchronization symbol period T s (6).
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , dadurch gekennzeichnet, dass jedes Synchronisationssymbol (3) eine zum jeweils anderen Synchronisationssymbol (3) des gleichen Symboltakts entgegengesetzte Änderung der Frequenz in seiner Synchronisationssymbol-Periodendauer Ts (6) aufweist.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that each synchronization symbol (3) to the other synchronization symbol (3) of the same symbol clock opposite change in frequency in its synchronization symbol period T s (6).
9. Verfahren nach Anspruch 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Synchronisationssymbol (3) eine Änderung der Frequenz während seiner Synchronisationssymbol- Periodendauer Ts (6) aufweist und ein nachfolgendes zweites Synchronisationssymbol (3) eine zum ersten Synchronisationssymbol (3) entgegengesetzte Änderung der Frequenz in seiner Synchronisationssymbol-Periodendauer Tv (6) aufweist.9. The method according to claim 5 and 8, characterized in that a first synchronization symbol (3) a change the frequency during its synchronization symbol period T s (6) and a subsequent second synchronization symbol (3) has a change in frequency opposite to the first synchronization symbol (3) in its synchronization symbol period T v (6).
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung mit eingebetteten Piloten, d.h. mit einzelnen bekannten Datensymbolen auf je einem Einzelträger erfolgt.10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the transmission with embedded pilots, i.e. with individual known data symbols on a single carrier.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Empfänger nach der Synchronisation und KanalSchätzung das erste, das zweite oder beide Synchronisationssymbole (3) von dem OFDM- Datensymbol (1) subtrahiert werden.11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that in a receiver after the synchronization and channel estimation the first, the second or both synchronization symbols (3) are subtracted from the OFDM data symbol (1).
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Übertragung von OFDM- Datensymbolen (1) über Mehrantennensysteme, so genannte MIMO-Syste e (MIMO = Multiple-Input Multiple-Output) , je Antenne (25) zwei Synchronisationssymbole (3), welche zumindest teilweise dekorreliert zueinander sind, übertragen werden.12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that in the transmission of OFDM data symbols (1) via multiple antenna systems, so-called MIMO systems (MIMO = multiple-input multiple-output), per antenna (25) two synchronization symbols (3), which are at least partially decorrelated to one another, are transmitted.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Synchronisationssymbol (3) seinerseits aus zwei Synchronisationssymbolen (3) besteht. 13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that a synchronization symbol (3) in turn consists of two synchronization symbols (3).
14. Verfahren nach der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationssymbole (3) eine dem Funkkanal (16) relativ zu den Datensignalen (2) angepasste Leistungsverteilung erhalten.14. The method according to claims 1 to 13, characterized in that the synchronization symbols (3) receive a power distribution adapted to the radio channel (16) relative to the data signals (2).
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Synchronisationssymbol (3) eine zu dem jeweils anderen Synchronisationssymbol (3) gleiche Leistungsverteilung aufweist.15. The method according to claim 14, characterized in that a synchronization symbol (3) has the same power distribution as the respective other synchronization symbol (3).
16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Synchronisationssymbol (3) eine zu dem jeweils anderen Synchronisationssymbol (3) verschiedene Leistungsverteilung aufweist. 16. The method according to claim 14, characterized in that a synchronization symbol (3) has a different power distribution than the other synchronization symbol (3).
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