DE10317119A1

DE10317119A1 - Verfahren, Funksende-/Funkempfangsvorrichtung, Mobiles Endgerät sowie Basisstation zur Datenübertragung in einem Mehrträgersystem

Info

Publication number: DE10317119A1
Application number: DE2003117119
Authority: DE
Inventors: Jürgen KOCKMANN; Kalyan Dr. Koora; Elmar Ofenbach; Jürgen SCHÜLING; Damian Wisniowski
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-04-14
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2004-11-18
Also published as: WO2004091162A1; AU2003294870A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Funksende-/Funkempfangsvorrichtung zur Datenübertragung in einem Mehrträgersystem, bei dem eine zu übertragende Information mit Hilfe eines digitalen Modulationsverfahrens auf Subträger derart aufmoduliert werden, dass die Information in zu übertragende Symbole aufgeteilt und für die Übertragung des jeweiligen Symbols zumindest ein Teil der Subträger moduliert wird, wobei die jeweilige Modulation je Träger des Teils der Subträger mit einer ersten Leistung abgestrahlt wird, erfolgt eine Wahl je Symbol für jeden Subträger des Teils der Subträger des Wertes mindestens eines Parameters der Modulation, derart, dass ein Verhältnis eines sich ergebenden maximalen Wertes der ersten Leistung zu einem Mittelwert der ersten Leistung, die "peak to average power ratio", reduziert wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein die Funksende-/Funkempfangsvorrichtung enthaltendes mobiles Endgerät sowie Basisstation.

Description

Verfahren, Funksende-/Funkempfangsvorrichtung, Mobiles Endgerät sowie Basisstation zur Datenübertragung in einem Mehrträgersystem Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenübertragung in einem Mehrträgersystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Funksende-/Funkempfangsvorrichtung zur Datenübertragung in einem Mehrträgersystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10, ein Mobiles Endgerät gemäß Anspruch 11 sowie eine Basisstation gemäß Anspruch 12.

Schnurlose Übertragungssysteme, die eine hohe Bandbreite zur Verfügung stellen, werden häufig als Mehrträger- bzw. Multi-Carrier-Systeme realisiert. Beispiele derartiger Systeme sind "Orthogonal Frequency Devision Multiplex" (OFDM) basierte HiperLAN/2- sowie gemäß dem IEEE 802.11-Standard und Derivaten hierzu funktionierenden Wireless LAN (WLAN) Systeme.

Das zur Übertragung zur Verfügung stehende Frequenzspektrum des Übertragungskanals wird bei OFDM in mehrere Teilfrequenzbereiche aufgeteilt, die den Trägern (auch als Subträger oder Subcarrier bezeichnet) zugeordnet sind. Jeder Träger wird bei OFDM unabhängig von anderen Trägern mit dem ihm zugewiesenen digitalen Datenstrom moduliert.

Diese Systeme zeichnen sich dadurch aus, dass sie für Übertragung mit einer sehr hohen Datenrate ausgelegt sind, einen großen Bandbreitenbedarf aufweisen und somit eine sehr komplexe Verarbeitung im Basisband, wie beispielsweise eine "fast fourier transforamtion" FFT höherer Ordnung oder höhere Abtastraten, erfordern. Gleichzeitig sollen derartige Systeme in der Lage sein, Anwendungen, die eine vergleichsweise niedrige Datenrate, wie sie beispielsweise bei der Sprachdatenübertragung benötigt wird, zu unterstützen.

Ein Nachteil bei solchen Systemen ist eine reduzierte Effizienz des Hochfrequenzleistungsverstärkers von in diesem System betriebenen Endgeräten, welche nicht zuletzt durch die erhöhte Komplexität der Analog-Digital- bzw. Digital-Analog-Wandler der Endgeräte begründet ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Effizienz eines Mehrträgersystems zu steigern.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 ausgehend von dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnenden Merkmale sowie durch die Funksende-/Funkempfangseinrichtung gemäß Anspruch 10 ausgehend von dem Oberbegriff des Anspruchs 10 durch dessen kennzeichnenden Merkmale gelöst. Des Weiteren wird die Aufgabe von dem Mobilen Endgerät gemäß Anspruch 11 sowie der Basisstation gemäß Anspruch 12 gelöst.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Datenübertragung in einem Mehrträgersystem, bei dem eine zu übertragende Information mit Hilfe eines digitalen, die Phase als Umtastgröße ausschließenden, Modulationsverfahrens auf Subträger derart aufmoduliert werden, dass die Information in zu übertragende Symbole aufgeteilt und für die Übertragung des jeweiligen Symbols zumindest ein Teil der Subträger moduliert wird, wobei die jeweilige Modulation je Träger des Teils der Subträger mit einer ersten Leistung abgestrahlt wird, erfolgt eine Wahl je Symbol für jeden Subträger des Teils der Subträger des Wertes mindestens eines Parameters der Modulation derart, dass ein Verhältnis eines sich ergebenden maximalen Werts der ersten Leistung zu einem Mittelwert der ersten Leistung, die "peak to average power ratio" (PAR), reduziert wird.

Durch diese Art der Reduktion der PAR wird es möglich, wesentlich weniger komplexe Analog-Digital- bzw. Digital-Analogwandler in den zur Übertragung von Daten eingesetzten Geräten zu verwenden. Neben der Reduktion der Komplexität weiterer Baugruppen dieser Geräte ermöglicht dies zudem auch ein Minimieren von Kosten. Zudem wird durch die Reduktion des PAR die Effizienz von an der Übertragung beteiligten Hochfrequenzleistungsverstärkern gesteigert sowie der Formfaktor gesenkt. Zur Erzielung dieser Vorteile ist gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren weder eine weitere Signalisierung noch die Reservierung von Trägern eigens für die PAR Reduktion notwendig, so dass auch die Ressourcen des Systems im Vergleich zu anderen Verfahren, die eine Reduktion des PAR herbeiführen, effektiv genutzt werden.

Vorzugsweise wird als Umtastgröße des Modulationsverfahrens die Amplitude oder alternativ die Frequenz verwendet, so dass damit eine Amplitudenumtastung ("amplitude shift keeing", ASK) oder eine Frequenzumtastung ("frequency shift keying", FSK) realisiert wird.

Erfolgt die Wahl einer Kombination von Werten des Parameters der Modulation pro Symbol auf Grundlage einer Tabelle, wobei die Tabelle eine Zuordnung von Symbolen zu Werten enthält, ist eine leicht implementierbare Variante der Erfindung gegeben. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Zuordnungen durch Versuche und/oder Simulationen vor Abspeicherung als Tabelle ermittelt werden und bei Durchführung des Verfahrens lediglich die Tabelle ausgehend von dem zu übertragenden Symbol ausgelesen werden müssen. Diese Weiterbildung ermöglicht auch eine schnelle Ausführung des Verfahrens.

Alternativ oder ergänzend erfolgt die Wahl einer Kombination von Werten des Parameters der Modulation pro Symbol auf Grundlage eines Algorithmus. Diese Weiterbildung ermöglicht eine anpassungsfähigere Implementierung des Verfahrens, da Algorithmen im Allgemeinen aktualisiert werden können und so verbesserte Neuerungen auf den das Verfahren ausführenden Geräten leicht installiert werden können. Zudem ermöglicht es auch eine angepasste Durchführung des Verfahrens, da derartige Algorithmen die Werte der Parameter berechnen können und hierzu aktuelle Gegebenheiten des Systems berücksichtigt werden.

Vorzugsweise nutzt hierzu der Algorithmus für die Ermittlung der Kombination der Werte als Eingangsgröße neben dem jeweils zu übertragenden Symbol mindestens eine Eigenschaften des Systems wiedergebende Größe.

Das erfindungsgemäße Verfahren entfaltet seine vorteilhaften Wirkungen in hohem Maße, wenn es in einem Mehrträgersystem implementiert wird, bei dem ein Mehrträgersignal auf OFDM, insbesondere auf HiperLAN/2 oder einem der IEEE 802.11 Standards, basiert.

Insbesondere in einem OFDM-ASK oder OFDM-FSK basierenden Mehrträgersystem lässt sich das PAR unter Beibehaltung der oben genannten Vorteile der Erfindung reduzieren, wenn als ein erster Parameter, der Wert der Phase der Modulation bzw. alternativ oder ergänzend ein zweiter Parameter, der Wert der Frequenz der Modulation gewählt wird.

Bei der erfindungsgemäßen Funksende-/Funkempfangsvorrichtung zur Datenübertragung in einem Mehrträgersystem, die insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestaltet ist, bei dem eine zu übertragende Information mit Hilfe eines digitalen, die Phase als Umtastgröße ausschließenden, Modulationsverfahrens auf Subträger derart aufmoduliert werden, dass die Information in zu übertragende Symbole aufgeteilt und für die Übertragung des jeweiligen Symbols zumindest ein Teil der Subträger moduliert wird, wobei die jeweilige Modulation je Träger des Teils der Subträger mit einer ersten Leistung abgestrahlt wird, erfolgt eine Auswahl des Werts mindestens eines Parameters der Modulation für jeden Subträger des Teils der Subträger je Symbol derart, dass ein Verhältnis eines sich ergebenden maximalen Werts der ersten Leistung zu einem Mittelwert der ersten Leistung pro Symbol, "peak to average Power ratio", reduziert wird.

Das erfindungsgemäße Funkesende-/Funkempfangsgerät ermöglicht den Einsatz des Verfahrens in gängige Endgeräte eines Mehrträgersystems und erlaubt eine simple Implementierung und Durchführung zur Erzielung der zum Verfahren genannten Vorteile innerhalb eines bestehenden Mehrträgersystems.

Das erfindungsgemäße mobile Endgerät, welches die erfindungsgemäße Funksende-/Funkempfangseinrichtung beherbergt sowie durch die erfindungsgemäße Basisstation, welches die erfindungsgemäße Funksende-/Funkempfangseinrichtung gleichermaßen beherbergt, leistet einen Beitrag zur Erhöhung der Effizienz des Gesamtsystems.

Weitere Einzelheiten sowie Vorteile der Erfindung werden anhand des in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Dabei zeigt die

FIGUR schematisch die Wirkungsweise der Erfindung.
Die Figur zeigt an einem Beispiel, bei dem ein gemäß OFDM funktionierendes Mehrträgersystem mit sechs Subträgern f₁..f₆ zugrundegelegt wurde, die Wirkungsweise der Erfindung.
Hierbei ist zu erkennen, dass drei f₁, f₄ und f₅ der sechs OFDM Träger f₁..f₆ zur Codierung eines Symbols eingeschaltet sind. Eingeschaltet bedeutet hierbei, dass lediglich diese drei f₁, f₄ und f₅ der sechs Träger f₁..f₆ zur Übertragung des Symbols verwendet werden. Des Weiteren ist schematisch angedeutet, dass das Symbol entweder mittels Amplitudenumtastung OFDM-ASK oder mittels Frequenzumtastung OFDM-FSK digital moduliert wird. Nach einer inversen diskreten Fouriertransformation IDFT lassen sich die Symbole nach In-Phase-I und Quadraturkomponente Q darstellen, wobei der ersten Darstellung D1 eine gemäß dem Stand der Technik bekannte willkürliche Verga be von Phasenwerten bei der Modulation und der zweiten Darstellung D2 eine erfindungsgemäße Wahl der Phasenwerte zugrunde liegt.
Zu erkennen ist, dass der Wert der peak-to-average power PAR P1 der ersten Darstellung D1 größer ist, als der Wert der peak-to-average Power PAR P2 der zweiten Darstellung D2.
Die Wahl der Phasenwerte kann dabei derart erfolgen, dass aufgrund einer Zuordnungstabelle, in der Zuordnungen von Symbolen zu Phasenwerten gespeichert sind, anhand des zu übertragenden Symbols die Phase eines jeden modulierten Trägersignals ausgelesen wird. Alternativ kann dies auch aus den zu übertragenden Symbolen durch einen implementierten Algorithmus berechnet werden, wobei hierzu auch eine Adaption an aktuelle Systemeigenschaften bzw. Übertragungseigenschaften erfolgen kann.
Neben dem Wert der Phase des modulierten Trägersignals, kann auch die Amplitude des Signals anhand der Tabelle gewählt bzw. durch einen Algorithmus ermittelt werden. Die besten Ergebnisse erzielt man, wenn man die Werte beider Modulationsparameter wählt.

Claims

Verfahren zur Datenübertragung in einem Mehrträgersystem (OFDM), bei dem eine zu übertragende Information mit Hilfe eines digitalen Modulationsverfahrens (OFDM-ASK, OFDM-FSK) auf Subträger (f₁..f₆) derart aufmoduliert werden, dass die Information in zu übertragende Symbole aufgeteilt und für die Übertragung des jeweiligen Symbols zumindest ein Teil der Subträger (f₁, f₄, f₅) moduliert wird, wobei die jeweilige Modulation (OFDM-ASK, OFDM-FSK) je Träger des Teils der Subträger (f₁, f₄, f₅) mit einer ersten Leistung abgestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet , dass je Symbol für jeden Subträger des Teils der Subträger (f₁, f₄, f₅) der Wert mindestens eines Parameters der Modulation (OFDM-ASK, OFDM-FSK) derart gewählt wird, dass ein Verhältnis eines sich ergebenden maximalen Werts der ersten Leistung zu einem Mittelwert der ersten Leistung, die "peak to average power ratio" (PAR P2), reduziert wird.
Verfahren zur Datenübertragung in einem Mehrträgersystem (OFDM) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Umtastgröße des Modulationsverfahrens (OFDM-ASK, OFDM-FSK) die Amplitude (OFDM-ASK) verwendet wird.
Verfahren zur Datenübertragung in einem Mehrträgersystem (OFDM) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Umtastgröße des Modulationsverfahrens (OFDM-ASK, OFDM-FSK) die Frequenz (OFDM-FSK) verwendet wird.
Verfahren zur Datenübertragung in einem Mehrträgersystem (OFDM) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wahl einer Kombination von Werten des Parameters der Modulation (OFDM-ASK, OFDM-FSK) pro Symbol auf Grundlage einer Tabelle erfolgt, wobei die Tabelle eine Zuordnung von Symbolen zu Werten enthält.
Verfahren zur Datenübertragung in einem Mehrträgersystem (OFDM) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wahl einer Kombination von Werten des Parameters der Modulation (OFDM-ASK, OFDM-FSK) pro Symbol auf Grundlage eines Algorithmus erfolgt.
Verfahren zur Datenübertragung in einem Mehrträgersystem (OFDM) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Algorithmus für die Ermittlung der Kombination der Werte als Eingangsgröße neben dem jeweils zu übertragenden Symbol mindestens eine, Eigenschaften des Systems wiedergebende Größe, nutzt.
Verfahren zur Datenübertragung in einem Mehrträgersystem (OFDM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrträgersignal auf OFDM, insbesondere auf HiperLAN/2 oder einem der IEEE 802.11 Standards, basiert.
Verfahren zur Datenübertragung in einem Mehrträgersystem (OFDM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als ein erster Parameter der Wert der Phase der Modulation (OFDM-ASK, OFDM-FSK) gewählt wird.
Verfahren zur Datenübertragung in einem Mehrträgersystem (OFDM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das s als ein zweiter Parameter der Wert der Frequenz der Modulation (OFDM-ASK, OFDM-FSK) gewählt wird .
Funksende-/Funkempfangsvorrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, zur Datenübertragung in einem Mehrträgersystem (OFDM), bei dem eine zu übertragende Information mit Hilfe eines digitalen Modulationsverfahrens (OFDM-ASK, OFDM-FSK) auf Subträger (f₁..f₆) derart aufmoduliert werden, dass die Information in zu übertragende Symbole aufgeteilt und für die Übertragung des jeweiligen Symbols zumindest ein Teil der Subträger (f₁, f₄, f₅) moduliert wird, wobei die jeweilige Modulation (OFDM-ASK, OFDM-FSK) je Träger des Teils der Subträger (f₁, f₄, f₅) mit einer ersten Leistung abgestrahlt wird, gekennzeichnet durch Mittel zur Auswahl des Werts mindestens eines Parameters der Modulation (OFDM-ASK, OFDM-FSK) für jeden Subträger des Teils der Subträger (f₁, f₄, f₅) je Symbol derart, dass ein Verhältnis eines sich ergebenden maximalen Werts der ersten Leistung zu einem Mittelwert der ersten Leistung pro Symbol, "peak to average power ratio" (PAR P2), reduziert wird.
Mobiles Endgerät, gekennzeichnet durch die Funksende-/Funkempfangseinrichtung nach Anspruch 10.
Basisstation, gekennzeichnet durch die Funksende-/Funkempfangseinrichtung nach Anspruch 10.