DE10325836B4 - Verfahren zur Crestfaktor-Reduzierung - Google Patents
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Abstract
(A) bei dem das zu sendende Datensymbol (X) eine Funktion einer Vielzahl von innerhalb eines vorgegebenen Datenrahmens (20) vorgesehener Signale ist und
(B) bei dem jedes dieser Signale einem Träger zugeordnet ist,
(C) wobei jeder Träger jeweils mindestens eine Frequenz aus einem Sendedatenspektrum belegt,
(D) wobei zumindest ein Träger reserviert ist, der nicht für die Datenübertragung vorgesehen ist, und
(E) wobei der vorgegebene Datenrahmen (20) das Datensymbol (X) und ein zyklisches Präfix (22), welches aus einem Teil des Datensymbols (X) abgeleitet wird, aufweist,
(F) bei dem für die Crestfaktor-Reduzierung auch Spitzenwerte innerhalb des zyklischen Präfix (22) berücksichtigt werden.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Crestfaktor-Reduzierung eines zu sendenden Datensymbols in einem Mehrträger-Datenübertragungssystem, bei dem das zu sendende Datensymbol eine Funktion einer Vielzahl von innerhalb eines vorgegebenen Datenrahmens vorgesehener Signale ist und jedes dieser Signale einem Träger zugeordnet ist, wobei jeder Träger jeweils mindestens eine Frequenz aus einem Sendedatenspektrum belegt, wobei zumindest ein Träger reserviert ist, der nicht für die Datenübertragung vorgesehen ist.
- In der modernen Telekommunikation spielt die hochbitratige Datenübertragung auf einer Teilnehmerleitung eine zunehmend größere Rolle, insbesondere deshalb, da man sich von ihr eine größer nutzbare Bandbreite der zu übertragenden Daten kombiniert mit einer bidirektionalen Datenkommunikation verspricht.
- Eine Technik, die in jüngster Zeit immer mehr an Bedeutung gewinnt, ist die sogenannte Mehrträger-Datenübertragung, die auch als ”Multi-Carrier”-Übertragung, als „Discrete Multitone (DMT)” Übertragung oder als „Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)” Übertragung bekannt ist. Eine solche Datenübertragung wird beispielsweise bei leitergebundenen Systemen, aber auch im Funkbereich, für Broadcast-Systeme und für den Zugang zu Datennetzen verwendet. Solche Systeme zur Übertragung von Daten mit Mehrträgerübertragung verwenden eine Vielzahl von Trägerfrequenzen, wobei für die Datenübertragung der zu übertragende Datenstrom in viele parallele Teilströme zerlegt wird, welche im Frequenzmultiplex unabhängig voneinander übertragen werden. Diese Teilströme werden auch als Einzelträger bezeichnet.
- Ein Vertreter der Mehrträger-Datenübertragung ist die ADSL-Technik, wobei ADSL für „Asymmetric Digital Subscriber Line” steht. Mit ADSL ist eine Technik bezeichnet, die die Übertragung eines hochbitratigen Bitstromes von einer Zentrale zum Teilnehmer und eines niederbitratigen, vom Teilnehmer zu einer Zentrale führenden Bitstromes erlaubt. Bei dieser Technik wird die Telekommunikationsleitung in zumindest einen Kanal für herkömmliche Telefondienste (also Sprachübertragung) und mindestens einen weiteren Kanal für die Datenübertragung unterteilt.
- Wenngleich bereits sehr viele Probleme bei solchen Mehrträger-Datenübertragungssystemen wie ADSL gelöst sind, bleiben immer noch einige Probleme ungelöst.
- Ein mit dieser Mehrträger-Datenübertragung einher gehendes Problem ergibt sich dadurch, dass infolge der Überlagerung sehr vieler Einzelträger sich diese kurzzeitig zu sehr hohen Spitzenwerten im Sendesignal aufaddieren können. Das Verhältnis von Spitzenwert zu Effektivwert wird als Crestfaktor, sein Quadrat als PAR (Peak to Average Ratio) bezeichnet. Speziell bei Mehrträgersystemen wie ADSL kann der Crestfaktor sehr groß – zum Beispiel größer als 6 – werden. Auch wenn diese Spitzenwerte in der sich daraus ergebenden Amplitude sehr selten und typischerweise nur für sehr kurze Zeitdauern vorhanden sind, stellen sie einen großen Nachteil der Mehrträger-Datenübertragung dar.
- Ein großer Crestfaktor verursacht verschiedene Probleme im Gesamtsystem der Datenübertragung:
Die maximal mögliche Aussteuerung der Digital/Analog-Wandler und der analogen Schaltungsteile, zum Beispiel Filter und Leitungstreiber, müssen in ihrem Aussteuerbereich und ihrer Dynamik bzw. Auflösung für die maximal vorkommenden Spitzenwerte ausgelegt sein. Das bedeutet, diese Schaltungsteile müssen wesentlich größer dimensioniert sein, als die effektive Aussteuerung. Dies geht mit einer entsprechend hohen Betriebsspannung einher, was unmittelbar auch zu einer hohen Verlustleistung führt. Speziell bei Leitungstreibern, die im Allgemeinen eine nicht zu vernachlässigende Nichtlinearität aufweisen, führt dies zu einer Verzerrung des zu sendenden Signals. - Ein weiteres Problem der Datenübertragung bei hohen Crestfaktoren besteht darin, dass ein sehr hoher Spitzenwert im Sendesignal die maximal mögliche Aussteuerung überschreiten kann. In diesem Falle setzt eine Begrenzung des Sendesignals ein – man spricht hier von einem Clipping. In diesen Fällen repräsentiert das Sendesignal aber nicht mehr die ursprüngliche Sendesignalfolge, so dass es zu Übertragungsfehlern kommt.
- Aus diesem Grunde besteht bei Mehrträger-Datenübertragungssystemen der Bedarf, solche Spitzenwerte weitestgehend zu unterdrücken oder zu vermeiden. Dieses Problem ist in der Literatur unter dem Begriff Crestfaktor-Reduzierung oder auch PAR-Reduzierung bekannt. Es existieren hier mehrere Lösungsansätze zur Reduzierung des Crestfaktors:
Bei einem bekannten Verfahren werden einige Träger oder Trägerfrequenzen aus dem Mehrträger-Datenübertragungssystem reserviert (typischerweise etwa 5% des Spektrums). Aus diesen reservierten Trägern wird eine Funktion im Zeitbereich mit möglichst hohem, zeitlich schmalem Spitzenwert erzeugt, die das Korrektursignal bzw. den sogenannten Kernel bildet. Iterativ wird dieser Kernel, der lediglich die reservierten Träger belegt, mit einem Amplitudenfaktor gewichtet, der proportional der Differenz von maximalem Spitzenwert und gewünschtem Maximalwert ist, und im Zeitbereich vom Sendesignal subtrahiert. Dabei wird der Kernel an die Stelle des entsprechenden Spitzenwertes des Sendesignals, der für den überhöhten Crestfaktor verantwortlich ist, zyklisch verschoben. Der Verschiebungssatz der DFT-Transformation stellt sicher, dass auch nach der Verschiebung nur die reservierten Träger belegt werden. - In der internationalen Patentanmeldung
WO 03/026240 A2 - Die oben beschriebenen Verfahren bauen auf der Existenz, Manipulation und iterativer Anwendung von Korrektursignalen im Zeitbereich – den sogenannten Kernels – auf. Diese Verfahren arbeiten lediglich im Zeitbereich und sind daher durch ihre Schnelligkeit und geringe Komplexität gekennzeichnet.
- Für die Mehrträgerdatenübertragung wird das zu sendende reelle, zeit- und wertediskrete (digitale) Signal aus einzelnen Rahmen mit vorgegebener Zeitdauer – den sogenannten Frames – zusammengesetzt. Jeder Rahmen enthält eine feste Anzahl von Teilsignalen, die das Ergebnis einer inversen Fourier-Transformation sind und gewissermaßen die Sendedaten, die beispielsweise über eine Telefonleitung gesendet werden sollen, enthalten. Diese auf einzelne Trägerfrequenzen verteilten Sendedaten innerhalb eines Rahmens bilden das Datensymbol, im Falle von ADSL das ADSL-Symbol. Die letzten Werte eines jeweiligen Datensymbols werden innerhalb des Rahmens jeweils zusätzlich vor dem zu sendenden Datensymbol eingesetzt. Diese Werte bilden ein sogenanntes zyklisches Präfix eines zu sendenden Datensymbols, welches im Falle von ADSL durch den Standard vorgegeben ist.
- Da dieses zyklische Präfix ein Abbild eines Teils des Datensymbols ist, können dort auch Spitzenwerte vorkommen. Üblicherweise ist es für die Crestfaktor-Reduzierung ausreichend, Spitzenwerte im Bereich des Datensymbols ohne Berücksichtigung dieses zyklischen Präfixes zu detektieren. Man geht hier davon aus, dass ein Spitzenwert im Bereich des zyklischen Präfixes ebenso eine korrespondierende Spitze im eigentlichen Datensymbol aufweist.
-
1 zeigt eine Kennlinie mit und ohne Crestfaktor-Reduzierung. Die durchgezogene Linie (A) bezeichnet hier die Kennlinie ohne Crestfaktor-Reduzierung und die gestrichelte Linie bezeichnet eine ideale Kennlinie (B) für den Fall, dass eine Crestfaktor-Reduzierung vorgenommen wird. Es hat sich allerdings gezeigt, dass diese ideale Kennlinie nicht oder zumindest sehr schwer erreichbar ist, insbesondere dann wenn für die Crestfaktor-Reduzierung eine Vielzahl von Iterationen vorgesehen sind. Vielmehr ergibt sich bei derzeit verwendeten Verfahren zur Crestfaktor-Reduzierung eine Kennlinie (C), die der punktierten Linie entspricht. Diese punktierte Kennlinie (C) weicht für sehr kleine Clippingwahrscheinlichkeiten zunehmend von der idealen Kennlinie (B) ab. Problematisch daran ist, dass insbesondere für kleine Clippingwahrscheinlichkeiten sich eine Verschlechterung der Leistungsfähigkeit des Verfahrens ergibt. - Die Deutsche Patentanmeldung
DE 198 38295 A1 offenbart ein bekanntes OFDM-Verfahren sowie ein Verfahren zur Crestfaktor-Reduzierung im Falle einer solchen OFDM-Datenübertragung, bei der auch zumindest ein Träger (Subkanal), der nicht für die Datenübertragung vorgesehen ist, für die Crestfaktor-Reduzierung eines zu sendenden Datensignals verwendet wird. Ebenfalls offenbart ist in derDE 198 38 295 A1 , dass innerhalb des Datenrahmens ein zyklischer Bereich (Schutzintervall, Guard-Intervall) vorgesehen ist. - Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein leistungsfähigeres Verfahren zur Crestfaktor-Reduzierung bereitzustellen.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
- Normalerweise ist es ausreichend, für die Crestfaktor-Reduzierung lediglich Spitzenwerte im Bereich des Sendesymbols, also nicht im Bereich des zyklischen Präfixes, zu detektieren, da man davon ausgehen kann, dass ein Spitzenwert im Bereich des zyklischen Präfixes ebenso eine korrespondierende Spitze im eigentlichen Datenrahmen bedingt. Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, dass bei dieser Vorgehensweise Randeffekte, das heißt Einschwingvorgänge, bei der Crestfaktor-Reduzierung vernachlässigt werden. Die Vernachlässigung zusätzlicher, durch diese Einschwingvorgänge verursachter Spitzenwerte innerhalb des zyklischen Präfix, die sich durch die sequentielle Faltung von aufeinanderfolgenden Datensymbolen mit den der Schaltung zur Crestfaktor-Reduzierung nachgeschalteten Filtern oder Filterketten ergeben, führen letztendlich zu einer Verschlechterung der Leistungsfähigkeit der Crestfaktor-Reduzierung. Dies macht sich vor allem dadurch bemerkbar, dass für kleine Clippingwahrscheinlichkeiten bzw. kleine Clippingraten sich die Kennlinie (C) für den Crestfaktor mit zunehmenden Iterationen bei der Crestfaktor-Reduzierung von der idealen Kennlinie (B) abweicht (siehe
1 ). - Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht nun darin, dass für die Crestfaktor-Reduzierung bzw. für die Spitzenwertdetektion auch Spitzenwerte im Bereich des zyklischen Präfixes berücksichtigt werden. Es besteht dadurch zwar die Gefahr, dass durch die Reduktion eines durch Randeffekte verursachten Spitzenwertes eine künstliche Spitze im korrespondierenden Bereich des Datensymbols generiert wird. Es hat sich aber gezeigt, dass eine Berücksichtigung des zyklischen Präfixes gegenüber einem Verfahren, bei der das zyklische Präfix bei der Spitzenwertsuche nicht berücksichtigt wird, deutlich leistungsfähiger und damit qualitativ verbessert ist.
- Es wurde erkannt, dass die Ursache für die Verschlechterung des Verfahrens Einschwingvorgänge (Randeffekte) sind, die bei der symbolorientierten Datenübertragung über zeitlich dispersive (streuende) Kanäle bzw. Filter immer mehr oder weniger eine Rolle spielen und daher auch berücksichtigt werden müssen. Die für die Crestfaktor-Reduzierung relevanten Einschwingvorgänge hängen von der Impulsantwort des nachgeschalteten Filters bzw. Filterkette ab. Das zu sendende Datensymbol im Sendepfad weist somit nach der Filterung Einschwingvorgänge auf.
- Indem erfindungsgemäß das zyklische Präfix bei der Spitzenwertsuche mit einbezogen wird, können die Auswirkungen dieser Einschwingvorgänge bei der Crestfaktor-Reduzierung auf ein Mindestmaß reduziert werden. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich somit eine Crestfaktor-Kennlinie realisieren, die etwa der idealen Kennlinie (B) in
1 entspricht. - Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmbar.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt dabei:
-
1 die Crestfaktor-Kennlinie im Falle einer Datenübertragung mit und ohne Crestfaktor-Reduzierung; -
2 ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Crestfaktor-Reduzierung eines Mehrträger-Übertragungssystems; -
3 ein erstes Beispiel zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens; -
4 ein zweites Beispiel zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens; -
5 ein drittes Beispiel zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens; -
6 ein viertes Beispiel zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens; -
7 ein fünftes Beispiel zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens. - In allen Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente, Signale und Funktionen – sofern nichts anderes angegeben ist – gleich bezeichnet worden.
-
2 zeigt das Blockschaltbild einer Schaltung zur Crestfaktor-Reduzierung – nachfolgend als CF-Schaltung bezeichnet – eines Mehrträger-Übertragungssystems. In2 ist lediglich ein Abschnitt des senderseitigen Übertragungspfads5 dargestellt, der zwischen einem nicht dargestellten Sender und einer ebenfalls nicht dargestellten Gabelschaltung, die mit der entsprechenden Telefonleitung verbunden ist, angeordnet ist. - Im Sendepfad
5 des Mehrträger-Datenübertragungssystems sind nacheinander ein IFFT-Modul1 , eine Präfix-Einheit2 , eine CF-Schaltung3 und ein Ausgabefilter4 angeordnet. Dem IFFT-Modul1 wird von dem Sender ein Eingangssignal X0 zugeführt, welches von dem IFFT-Modul1 mittels inverser Fourier-Transformation moduliert wird. Das so modulierte Eingangssignal X, welches im Falle einer ADSL-Datenübertragung eine Abtastfrequenz von 2,208 MHz und im Falle einer ADSL+ Datenübertragung eine Abtastfrequenz von 4,416 MHz aufweist, wird einer nachgeschalteten Präfix-Einheit2 zugeführt. Die Präfix-Einheit2 versieht jedes Datensymbol aus dem zu sendenden IFFT-transformierten Datensignal X0 mit einem zyklischen Präfix. Das so erzeugte modulierte und mit den zyklischen Präfixen versehene Eingangssignal X wird der nachgeschalteten CF-Schaltung3 zugeführt. Die CF-Schaltung3 erzeugt ein Crestfaktor reduziertes Ausgangssignal Z, welches dem nachgeschalteten Ausgabefilter4 (bzw. der Filterkette) zugeführt wird. Nach der Filterung des Crestfaktor reduzierten Ausgangssignals Z gibt das Filter4 ein Signal Z1 aus, welches nach wie vor Crestfaktor reduziert vorliegt. - Die CF-Schaltung
3 weist zu diesem Zwecke einen Modellpfad6 auf, der parallel zu einem Abschnitt des Sendepfads5 angeordnet ist. Der Modellpfad6 zweigt am Eingang der CF-Schaltung3 von dem Sendepfad5 ab, so dass dem Modellpfad6 ebenfalls das modulierte, mit dem Präfix versehene Eingangssignal X zugeführt wird. Am Anfang des Modellpfads6 ist ein Überabtastblock11 vorgesehen, der das ursprüngliche, von den Nutzerdaten gebildete Zeitsignal X L-fach, zum Beispiel 4-fach oder 2-fach, überabtastet. - Das L-fach überabgetastete Signal X wird einem nachgeschalteten Modellfilter
12 zugeführt. Bei dem Modellfilter12 handelt es sich um eine möglichst getreue Abbildung des der CF-Schaltung3 nachgeschalteten Filters4 oder Filterkette. Damit wird der Charakteristik des Filters4 und dessen Einfluss auf das zu sendende Signal X Rechnung getragen. Es kann damit sichergestellt werden, dass, obwohl durch das Ausgabefilter4 das Ausgangssignal Z verändert wurde und somit die Möglichkeit einer erneuten Erzeugung eines überhöhten Crestfaktors besteht, das gefilterte Ausgangssignal Z1 dennoch keine überhöhten Spitzenwerte aufweist. - Dem Modellfilter
12 ist eine Recheneinheit13 nachgeschaltet, die aus dem überabgetasteten und gefilterten Signal Y die entsprechenden Spitzenwerte sucht sowie deren Positionen innerhalb des Rahmens bestimmt. Vorteilhafterweise ist die Recheneinheit13 als programmgesteuerte Einheit, insbesondere als Mikroprozessor oder Mikrocontroller, ausgebildet. Die Recheneinheit13 erzeugt im Falle eines Spitzenwertes ein Korrektursignal YCF, und zwar jeweils ein Korrektursignal YCF für den Signalpfad5 und ein Korrektursignal Y*CF für den überabgetasteten Modellpfad6 . Die Korrektursignale YCF, Y*CF sind entsprechend der Amplitude und Position der Spitzenwerte geeignet skaliert und verschoben. Diese Korrektursignale YCF, Y*CF werden zum Beispiel aus dirac-ähnlichen Musterfunktionen, die zum Beispiel in einem Speicher (in2 nicht dargestellt) abgelegt sind, gebildet. Dieser Speicher kann in der Recheneinheit13 implementiert sein oder auch gesondert ausgebildet sein. - Das Korrektursignal YCF wird der Addiereinrichtung
10 zugeführt. In der Addiereinrichtung10 wird das Korrektursignal YCF mit dem zeitlich geeignet verzögerten Sendesignal X des Sendepfades5 überlagert. Die Überlagerung erfolgt zum Beispiel durch Subtraktion des Korrektursignals YCF von dem entsprechenden Teil des Zeitsignals X. Das überabgetastete Korrektursignal Y*CF wird in der Addiereinrichtung16 des Modellpfades6 mit dem zeitlich geeignet verzögerten Signal Y überlagert. - Die Rückkopplungspfade
17 ,18 im Sendepfad5 und Modellpfad6 sowie die entsprechenden Schalter7 ,8 ,14 dienen der iterativen Behandlung der jeweiligen Signale. Dabei zeigt der Sendepfad5 die iterative Veränderung der nicht überabgetasteten Zeitfunktion X, während der Modellpfad6 die zugehörige Modifikation im überabgetasteten Zeitraster des Signals Y durchführt. - Für die iterative Behandlung der Eingangssignale X enthält der Sendepfad
5 einen ersten Schalter7 (Start), einen zweiten Schalter8 (Stop), und einen zwischen diesen Schaltern7 ,8 angeordneten Puffer9 und Additionseinrichtung10 . Die Puffereinrichtung9 dient der Pufferung, d. h. der Verzögerung des eingangsseitig zugeführten Zeitsignals X, um einer Zeitverzögerung im Modellpfad6 Rechnung zu tragen, sowie der Abspeicherung der jeweiligen Zwischenwerte pro Iteration. - Für die iterative Behandlung der überabgetasteten Signale Y im Modellpfad
6 ist ein erster Schalter14 (Start), eine Puffereinrichtung15 sowie eine Addiereinrichtung16 vorgesehen. Die Recheneinheit13 führt eben das Korrektursignal Y*CF auch der Addiereinrichtung16 zu, in der das Korrektursignal Y*CF von dem Zeitsignal Y im Modellpfad subtrahiert wird. Es ergibt sich somit eine zweite Iterationsschleife. - Hinsichtlich des allgemeinen Aufbaus und der Funktionsweise eines in
2 ausschnittsweise gezeigten Mehrträger-Datenübertragungssystems1 und insbesondere einer CF-Schaltung3 wird auf die bereits eingangs erwähnteWO 03/026240 A2 - Nachfolgend soll das erfindungsgemäße Verfahren zur Crestfaktor-Reduzierung unter Einbeziehung des zyklischen Präfixes anhand der
3 bis7 näher erläutert. - In den
3 –7 bezeichnen die Bezugszeichen20 einen entsprechenden Rahmen für die Datenübertragung. Das zu sendende Datensymbol innerhalb dieses Rahmens ist mit Bezugszeichen21 bezeichnet. Vor jedem Datensymbol21 ist ferner ein zyklisches Präfix22 vorgesehen. In den fünf Ausführungsbeispielen gemäß der3 –7 ist jeweils ein Spitzenwert23 pro Rahmen20 vorgesehen, der jeweils an einer unterschiedlichen Stelle innerhalb des Rahmens20 vorhanden ist. Zur Reduzierung dieses Spitzenwertes23 wird erfindungsgemäß ein Korrektursignal24 aus einer Musterkorrekturfunktion – dem sogenannten Kernel – erzeugt. Nach der Überlagerung des zu sendenden Datensymbols mit dem Korrektursignal24 , insbesondere nach der Überlagerung des Spitzenwertes23 mit diesem Korrektursignal24 , ergibt sich ein Crestfaktor-reduzierter Spitzenwert25 . - Der Einfachheit halber sei eine Datenübertragung gemäß dem ADSL+-Standard angenommen, das heißt sowohl für den Modellpfad
6 als auch für den Sendepfad5 liegt keine Überabtastung vor. Die gleiche Konstellation wäre bei ADSL bei 2-facher Überabtastung gegeben. Ferner sei angenommen, dass die Anzahl der Spitzenwertkorrekturen pro Iteration auf eins begrenzt ist. Es sei angenommen, dass der gesamte Rahmen20 1088 Abtastwerte aufweist, von denen 1024 Abtastwerte für das zu sendende Datensymbol21 und64 Abtastwerte für das zyklische Präfix22 vorgesehen sind. - In den
3 –7 bezeichnet k die Position eines Spitzenwertes23 bzw. eines Abtastwertes bezogen auf den gesamten Rahmen20 , wohingegen k' die relative Position dieses Spitzenwertes23 bezogen auf das Datensymbol20 , also abzüglich des zyklischen Präfixes22 , und damit die vorzunehmende zyklische Verschiebung des Korrektursignals24 bezeichnet. - Im Ausführungsbeispiel der
3 ist der Spitzenwert23 etwa in der Mitte des Rahmens20 sowie des entsprechenden Datensymbols21 angeordnet. Hier ist k = 450 und k' = 386. - Im Fall der
4 ist der detektierte Spitzenwert23 am Ende (k = 1050) des Datenrahmens20 bzw. des Datensymbols21 vorhanden. Gleichzeitig ist ein korrespondierender, geringfügig kleinerer Spitzenwert23' innerhalb des zyklischen Präfixes22 an der Position k = 26 vorhanden. Die zyklische Verschiebung k' ist hier 986. - Im Fall der
5 befindet sich der detektierte Spitzenwert an der Position k = 50 im Bereich des zyklischen Präfixes22 . Gleichzeitig ist am Ende des Rahmens20 an der Position k = 1074 ein korrespondierender, geringfügig kleinerer Spitzenwert23' vorhanden. Die zyklische Verschiebung ergibt sich hier mit k' = 1010. - Im Fall der
6 ist der detektierte Spitzenwert23 mit k = 5 unmittelbar am Anfang des zyklischen Präfixes22 vorhanden. Dieser Spitzenwert23 ergibt sich durch Einschwingvorgänge. An der korrespondierenden Position im Datensymbol21 ist daher kein entsprechender Spitzenwert vorhanden. Die Verschiebung des Kernels ergibt sich hier mit k' = 965. - Im Ausführungsbeispiel der
7 ist der detektierte Spitzenwert23 an der Position k = 1025 an einer Stelle des Datensymbols21 , die einer Stelle k = 1 am Anfang des zyklischen Präfixes22 entspricht. Allerdings ist an der Stelle k = 1 des zyklischen Präfixes22 aufgrund von Einschwingvorgängen bzw. Randeffekten kein korrespondierender Spitzenwert vorhanden. Die Verschiebung des Kernels ergibt sich mit k' = 961. - Das erfindungsgemäße Verfahren kann dann durch die nachfolgenden Verfahrensschritte unter Berücksichtigung der
3 –7 beispielhaft für ADSL+ beschrieben werden: - 1. Zunächst wird für jeden Datenrahmen
20 die Position eines Spitzenwertes23 bestimmt. Für die Spitzenwertsuche wird dabei der vollständige im Modellfilter12 des Modellpfades6 gefilterte Datenrahmen20 , das heißt sowohl das IFFT-transformierte Datensymbol, als auch das diesem Datensymbol21 vorangestellte zyklische Präfix22 (siehe Teilfiguren (a)), berücksichtigt. - 2. Vornahme einer Modulo-Operation, um die erforderlichen Verschiebungen des dirac-ähnlichen Signals (Kernels) zu bestimmen:
k' = mod(k – 64, 1024) → k' = 0 ... 1023 - 3. Verschiebung und geeignete Skalierung des Kernels
24 (Korrektursignals) im Modellpfad (siehe Teilfiguren (b)). - 4. Verschiebung und geeignete Skalierung des korrespondierenden Kernels für das Up-Date im Signalpfad (in den
3 –7 nicht dargestellt). - 5. Zyklisches Erweiterndes verschobenen, skalierten Kernels, um das Korrektursignal
24 ,24' für den Modellpfad zu erzeugen (siehe Teilfiguren (c)). - 6. Zyklisches Erweitern des korrespondierenden verschobenen, skalierten Kernels, um das Korrektursignal für das Up-Date im Signalpfad zu erzeugen.
- 7. Addition des entsprechenden Korrektursignals
24 ,24' mit den Datensymbolen, insbesondere den Spitzenwerten23 ,23' , im Modellpfad (siehe Teilfiguren (d)) bzw. im Signalpfad zur Bildung eines Crestfaktor reduzierten Spitzenwertes25 ,25' . - Insbesondere ist die Erfindung nicht auf die vorstehenden Datenübertragungssysteme und Verfahren beschränkt, sondern lässt sich zum Zwecke der Crestfaktor-Reduzierung auf sämtliche, auf Multiträger-Datenübertragung basierende Systeme und Verfahren erweitern. Insbesondere sei die Erfindung nicht auf eine ADSL-Datenübertragung beschränkt, sondern lässt sich auf sämtliche xDSL-Datenübertragungen erweitern. Denkbar sind auch mobile Anwendungen wie DAB (= Digital Audio Broadcasting) oder DVB-T (= Digital Video Broadcasting-Terrestrial) oder OFDM-basierte WLAN-Anwendungen (Wireless Local Area Network).
- In den
3 –7 ist das zyklische Präfix jeweils am Anfang eines Rahmens angeordnet. Dieses Präfix kann jedoch zusätzlich oder alternativ auch am Ende oder an einer beliebigen Stelle innerhalb eines Rahmens angeordnet sein. Grundsätzlich kann statt eines zyklischen Präfixes auch eine beliebig andere Redundanz, die auch nicht notwendigerweise zyklisch sein muss, verwendet. Beispielsweise können hier die entsprechenden Träger auch mit Nullen belegt sein. - Auch sei die Erfindung nicht notwendigerweise auf eine 2-fache oder 4-fache Überabtastung des zu sendenden Datensignals beschränkt. Vielmehr kann auch vorgesehen sein, dass hier keine Überabtastung, sogar eine Unterabtastung oder eine beliebig hohe Überabtastung stattfindet.
- Es versteht sich, dass die Elemente der Schaltung zur Crestfaktor-Reduzierung sowie die angegebenen IFFT-Module und Filter herkömmliche Hardware-Komponenten sind, die aber auch Softwaremäßig realisiert werden können.
- Statt einer IFFT-Transformation lassen sich auch beliebig andere, für Mehrträgerübertragung geeignete Transformationen verwenden.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- IFFT-Modul
- 2
- Präfix-Einheit
- 3
- Schaltung zur Crestfaktor-Reduzierung, CF-Schaltung
- 4
- Ausgabefilter, Filterkette
- 5
- Sendepfad
- 6
- Modellpfad
- 7
- Schalter
- 8
- Schalter
- 9
- Puffereinrichtung, Speicher
- 10
- Addiereinrichtung
- 11
- Block zur Überabtastung
- 12
- Modellfilter
- 13
- Recheneinheit
- 14
- Schalter
- 15
- Puffereinrichtung, Speicher
- 16
- Addiereinrichtung
- 17
- Iterationspfad
- 18
- Iterationspfad
- 20
- vorgegebener (ADSL-)Rahmen, Frame
- 21
- zu sendendes Datensymbol
- 22
- zyklisches Präfix
- 23, 23'
- Spitzenwerte
- 24, 24'
- dirac-ähnliches Korrektursignal, Kernel
- 25, 25'
- Crestfaktor-reduzierter Spitzenwerte
- X0
- Eingangssignal
- X
- (IFFT moduliertes) Eingangssignal
- X'
- (überabgetastetes, moduliertes) Eingangssignal
- Y
- gefiltertes Signal
- YCF
- Korrektursignal für den Signalpfad
- Y*CF
- überabgetastetes Korrektursignal für den Modellpfad
- Z
- Ausgangssignal
- Z1
- gefiltertes Ausgangssignal
Claims (7)
- Verfahren zur Crestfaktor-Reduzierung eines zu sendenden Datensymbols (X) in einem Mehrträger-Datenübertragungssystem, (A) bei dem das zu sendende Datensymbol (X) eine Funktion einer Vielzahl von innerhalb eines vorgegebenen Datenrahmens (
20 ) vorgesehener Signale ist und (B) bei dem jedes dieser Signale einem Träger zugeordnet ist, (C) wobei jeder Träger jeweils mindestens eine Frequenz aus einem Sendedatenspektrum belegt, (D) wobei zumindest ein Träger reserviert ist, der nicht für die Datenübertragung vorgesehen ist, und (E) wobei der vorgegebene Datenrahmen (20 ) das Datensymbol (X) und ein zyklisches Präfix (22 ), welches aus einem Teil des Datensymbols (X) abgeleitet wird, aufweist, (F) bei dem für die Crestfaktor-Reduzierung auch Spitzenwerte innerhalb des zyklischen Präfix (22 ) berücksichtigt werden. - Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte (a) Bereitstellen eines Datenrahmens (
20 ) mit einem zu sendenden Datensymbol (X) sowie einem Präfix (22 ); (b) Filtern des Datensymbols (X) einschließlich des Präfix (22 ) über dem Datenrahmen (20 ); (c) Überprüfen, ob die Zeitfunktion des Datensymbols (X) und des Präfix (22 ) innerhalb des Datenrahmens (20 ) zumindest einen Spitzenwert (23 ) aufweist, welcher betragsmäßig eine erste Schwelle überschreitet; (d) Bestimmen der Amplitude des jeweiligen Spitzenwertes (23 ) und der zugehörigen Position innerhalb des Datenrahmens (20 ); (e) Erzeugen einer Korrekturfunktion (YCF) durch Skalieren und Verschieben einer Musterkorrekturfunktion abhängig von der Amplitude und Position des Spitzenwertes (23 ); (f) Modifizieren des zu sendenden Datensymbols (X) durch Überlagern der Korrekturfunktion (YCF). - Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte (c)–(f) solange wiederholt werden, bis das Datensymbol (X) keine Spitzenwerte (
23 ) oberhalb einer ersten Schwelle mehr aufweist und/oder eine vorgegebene Anzahl von Iterationsschritten erreicht ist. - Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verfahrensschritt (c) ein Abtasten, insbesondere ein Überabtasten des zu sendenden Datensymbols (X) vorgenommen wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Musterkorrekturfunktion eine dirac-ähnliche Funktion vorgesehen ist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt (f) das zu sendende Datensymbol (X) durch Subtrahieren der Korrekturfunktion (YCF) modifiziert wird.
- Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zu sendende Datensymbol (X) zumindest einen Träger aufweist, der nicht für die Datenübertragung zur Verfügung steht und der für die Erzeugung einer Musterkorrekturfunktion im Zeitbereich genutzt wird, welche nach der Filterung dirac-ähnliche Eigenschaften für die Crestfaktor-Reduzierung des zu sendenden Datensymbols (X) aufweist.
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---|---|---|---|
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