DE4114274A1 - Verfahren und anordnung zur differentiellen modulation von signalen in einem mehrkanal-uebertragungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein digitales Modulationsverfahren und eine Anordnung für ein Mehrkanal-Übertragungssystem, bei dem der Datenstrom auf mehrere Unterträger aufgeteilt wird, die im Frequenzbereich nebeneinander liegen.

Die Erfindung findet u. a. Verwendung bei dem im digitalen Rundfunk eingesetzten COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Verfahren.

Bei einem Mehrkanal-Modulationsverfahren zur digitalen Da­ tenübertragung wird der zu übertragende Datenstrom auf eine Anzahl (z. B. mehrere 100) Unterträger aufgeteilt, die im Frequenzbereich nebeneinander liegen, wobei die Spektren der Unterträger sich auch überlappen können. Durch diese Vorgehensweise wird in jedem Unterträger eine um Größenordnungen niedrigere als die ursprüngliche Daten­ rate übertragen, wodurch die Symboldauer sich entsprechend vergrößert. Dies wirkt sich dann vorteilhaft aus, wenn auf dem Übertragungskanal Echos entstehen. Durch geeignete Festlegung der Anzahl der Unterträger läßt sich ein Mehr­ kanal-Modulationsverfahren stets so auslegen, daß die Symboldauer groß gegen die maximal zu erwartende Echolaufzeit ist.

Der Echoeinfluß läßt sich z. B. dadurch ganz ausschalten, daß die Symbole nicht unmittelbar aufeinander folgend ge­ sendet werden, sondern daß zwischen zwei aufeinanderfol­ genden Symbolen jeweils eine Schutzzeit vorgesehen ist, in der die Echos des zuerst gesendeten Symbols abklingen.

Die technische Ausgestaltung eines Mehrkanal-Modulations­ verfahrens erfolgt z. B. als digitales Verfahren, etwa als Programm auf mindestens einem Mikroprozessor mit dem sen­ derseitig das Sendesignal im komplexen Basisband oder auf einer Zwischenfrequenz berechnet wird. Mit bekannten Ana­ logtechnik-Methoden kann dieses dann in die Trägerfrequenzlage gesetzt werden. Entsprechend wird im Empfänger das Signal zunächst auf analoge Weise empfangen, dann ins Basisband oder auf eine Zwischenfrequenz heruntergesetzt und dann digital weiterverarbeitet.

Das Mehrkanal-Modulationssignal besteht aus Zeit-Frequenz- Schlitzen. Die Zeitschlitze werden durch den diskreten Symboltakt, die Frequenzschlitze durch den Unterträger­ Frequenzabstand gebildet. Wenn Maßnahmen zur Bekämpfung von Echos, z. B. die oben erwähnte Schutzzeit, vorgesehen sind, besteht der Einfluß des Funkkanals in jedem Zeit- Frequenz-Schlitz in einer Dämpfung und Phasendrehung. Dämpfung und Phasendrehung sind in der Regel zeit- und frequenzveränderlich.

Als Modulationsverfahren für einen Unterträger des Mehrka­ nal-Signals wird bevorzugt die bekannte Phasenmodulation verwendet. Dabei werden die verschiedenen Datensymbole auf unterschiedliche Phasenverläufe des Sendesignals abgebil­ det. Für die Demodulation wirkt sich dann die kanalbe­ dingte Phasendrehung als Störgröße aus, die durch ge­ eignete Maßnahmen zu kompensieren ist.

Bekannte Methoden sind die differentielle Demodulation und die differentielle Vorcodierung. Hierbei werden die Daten nicht in der Phase eines Symbols sondern in der Phasendif­ ferenz zweier aufeinanderfolgender Symbole übertragen. Bei einem Mehrkanal-Verfahren wird die differentielle Demodu­ lation und Vorcodierung in jedem Unterträger separat durchgeführt.

Die differentielle Vorcodierung erfolgt im Sender (Fig. 1a) und die differentielle Demodulation erfolgt im Empfän­ ger (Fig. 1b).

Die Multiplikation komplexer Zahlen entspricht einer Addi­ tion ihrer Phasen, die Bildung der konjugiert komplexen Zahl der Inversion des Vorzeichens der Phase. "D" kenn­ zeichnet in Fig. 1a, 1b die Verzögerung um ein Symbol, * bezeichnet den konjugiert komplexen Anteil.

Der differentiellen Demodulation bzw. Vorcodierung liegt die Annahme zugrunde, daß sich die kanalbedingte Phasen­ drehung von einem Symbol zum nachfolgenden nicht ändert. Bei zeitveränderlichen Funkkanälen ist diese Annahme häu­ fig jedoch nicht erfüllt, besonders bei Mehrkanal-Verfah­ ren mit ihrer relativ langen Symboldauer. Dann treten selbst im rauschfreien Zustand Übertragungsfehler auf.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Modulationsverfahren und eine Anordnung für ein Mehrkanal- Übertragungssystem anzugeben, bei dem die Übertragungsqua­ lität der Signale von instationären Funkkanälen verbessert wird.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 bis 4 gelöst. Eine weitere Ausgestaltung ist in Anspruch 5 enthalten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen beschrieben unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen.

In einem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind Teile einer sendeseitigen und einer empfangsseitigen Anordnung darge­ stellt mit mehreren Unterträgern ...k-1, k, k+1..., die auf der Senderseite und der Empfängerseite je einen Multi­ plikator enthalten, der jeweils die Daten benachbarter Un­ terträger verknüpft. Im Sender werden beispielsweise die multiplizierten Daten der Unterträger k-1, k dem Multipli­ kator des Unterträgers k+1 zugeführt und mit den Daten des Unterträgers k+1 multipliziert. Auf der Empfängerseite wird dieses Signal, des Unterträgers k+1 mit dem konju­ giert komplexen Signal des Unterträgers k multipliziert. Dieses Verfahren wird als frequenzdifferentielle Modula­ tion bezeichnet.

Dem mit dieser Anordnung realisierten Verfahren liegt die Annahme zugrunde, daß sich die kanalbedingte Phasendrehung von einem Unterträger zum nächsten nicht ändert. Diese An­ nahme ist ähnlich derjenigen bei der bekannten differenti­ ellen Modulation, nur daß an Stelle der Zeitinvarianz die Frequenzinvarianz getreten ist. Gerade bei Mehrkanal-Mo­ dulationsverfahren ist letztere jedoch häufig eher gege­ ben, da der langen Symboldauer ein kleiner Frequenzabstand der Unterträger entspricht.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 wird eine sende- und empfangsseitige Anordnung angegeben, bei der sowohl zeitlich aufeinanderfolgende Datensymbole eines Unterträgers als auch Daten benachbarter Unterträger mit­ einander verknüpft werden. Beispielsweise werden im Unter­ träger k+1 des Senders Daten, die in Phasendifferenz zweier aufeinanderfolgender Datensymbole übertragen wer­ den, mit den multiplizierten Daten der Unterträger k-1, k auf einen Multiplikator gegeben. Im Empfänger wird dieses multiplizierte, komplexe Signal des Unterträgers k+1 mit dem konjugiert komplexen Signal des Unterträgers k multi­ pliziert. Anschließend wird dieses multiplizierte Signal mit dem konjugiert komplexen, zeitlich verzögerten Signal auf einen weiteren Multiplikator gegeben. Mit dieser dop­ pelten differentiellen Modulation werden im Sender die Si­ gnale der Unterträger zuerst differentiell und an­ schließend frequenzdifferentiell vorcodiert und dann im Empfänger zuerst differentiell und anschließend frequenz­ differentiell demoduliert. Die doppelte differentielle Mo­ dulation kann auch sende- wie empfängerseitig zuerst durch eine frequenzdifferentielle und eine anschließende diffe­ rentielle Modulation durchgeführt werden.

Die doppelt differentielle Modulation bietet gegenüber der konventionellen differentiellen Modulation und auch gegen­ über der frequenzdifferentiellen Modulation den entschei­ denden Vorteil, daß sie weder die Annahme einer zeitlichen Invarianz noch einer Frequenzinvarianz der kanalbedingten Phasendrehung benötigt, sondern den Kanalphasenverlauf über der Zeit und Frequenz durch eine Ebene approximiert. Diese Approximation ist bei Funkkanälen deutlich besser als die Approximation durch einen über der Zeit bzw. der Frequenz konstanten Phasenverlauf.

Claims (5)

1. Mehrkanal-Modulationsverfahren, bei dem der Datenstrom auf mehrere Unterträger aufgeteilt wird, die im Frequenz­ bereich nebeneinander liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten in Phasendifferenz benachbarter Unterträger übertragen werden.

2. Mehrkanal-Modulationsverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten in Pha­ sendifferenz benachbarter Unterträger und in Phasendiffe­ renz zeitlich aufeinanderfolgender Datensymbole in dem je­ weiligen Unterträger übertragen werden.

3. Empfänger- und Senderanordnung für ein Mehrkanal-Modu­ lationsverfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß empfangs- und sendeseitig in jedem Unterträger mindestens ein Multiplikator enthalten ist, der die Daten benachbarter Unterträger verknüpft.

4. Empfänger- und Senderanordnung für ein Mehrkanal-Modu­ lationsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

• - daß empfangs- und sendeseitig in jedem Unterträger ein Multiplikator enthalten ist, der die Daten zweier zeitlich aufeinanderfolgender Datensymbole im jeweiligen Unterträger verknüpft und daran an­ schließend ein weiterer Multiplikator angeordnet ist, der die Daten benachbarter Unterträger ver­ knüpft.

5. Empfänger- und Senderanordnung für ein Mehrkanal-Modu­ lationsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß empfangs- und sendeseitig in jedem Unterträger ein Multiplikator enthalten ist, der die Daten benachbarter Unterträger verknüpft und daran anschließend ein weiterer Multiplikator angeordnet ist, der die Daten zweier zeit­ lich aufeinanderfolgender Datensymbole im jeweiligen Un­ terträger verknüpft.