DE60130853T2

DE60130853T2 - Durchsatzerhöhung bei Mehrträgerfunkvermittlung

Info

Publication number: DE60130853T2
Application number: DE60130853T
Authority: DE
Inventors: Alfonso 28229 Villanueva del Pardillo Fernandez Duran
Original assignee: Alcatel Lucent SAS
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2000-09-21
Filing date: 2001-09-13
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2021-09-14
Also published as: US7206278B2; EP1191734A3; DE60130853D1; IL145437A0; ATE375644T1; US20020034175A1; EP1191734A2; EP1191734B1; IL145437A

Description

AUFGABE DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Funkkommunikationssystem und konkret ein Verfahren und ein System zur Optimierung und zur effizienteren Nutzung der verfügbaren Bandbreite in diesem Funkkommunikationssystem.
Das Funkkommunikationssystem sendet in beiden Übertragungsrichtungen alle Arten von Informationen unabhängig von ihrer Art (Sprache, Daten, Bilder, Video oder andere) über ein orthogonales Frequenz-Multiplexing (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM).
STAND DER TECHNIK
Derzeit gibt es eine wachsende Anzahl von Vorrichtungselementen, die sich direkt in den Geschäftsräumen der Teilnehmer befinden. Die Folge davon ist, dass der Umfang der von den Teilnehmern zu verarbeitenden informationstragenden Daten, unabhängig von ihrer Art (Sprache, Daten, Bilder, Video oder andere), ständig weiter zunimmt.
Als Reaktion auf diese Zunahme beim Umfang der informationstragenden Daten, die in die bzw. aus den Geschäftsräumen der Teilnehmer übertragen werden müssen, verwendet das Funkkommunikationssystem, das zwischen den Teilnehmervorrichtungen und einem Transportnetz wie beispielsweise dem öffentlichen Telefon-Wählnetz (PSTN) angeschlossen ist, einen Code-Mehrfachzugriff (Code Division Multiple Access, CDMA) in Verbindung mit einer quadratischen Amplituden-Modulation (Quadrature Amplitude Modulation, QAM).
Das genannte Verfahren ist aus der US-Patentschrift 5,923,651 , vergeben an Struhsaker, bekannt; es beschreibt ein Verfahren zum Erhöhen des Gesamtumfangs nützlicher Informati onsdaten, die während eines angegebenen oder festgelegten Zeitraums über das Funkkommunikationssystem übertragen werden.
Das Verfahren führt eine Seriell-Parallel-Wandlung (Zuordnung) einer von einem Teilnehmer empfangenen Bit-Sequenz in seine Komponenten Phase I und Quadratur Q durch. Beide Signale I und Q sind einem Modulationsverfahren zugeordnet.
Als Nächstes, bevor die beiden Signale auf den an die Netzwerkseite zu sendenden Funkfrequenz-Teil RF angewandt werden, wird jedes dieser Signale mit einem dem Teilnehmer zugeordneten Code-Mehrfachzugriff (Code Division Multiple Access) codiert, um den von diesem Teilnehmer erzeugten Datenverkehr von dem von anderen Teilnehmern erzeugten Datenverkehr zu unterscheiden.
Dabei ist klar, dass der RF-Teil einen Empfangsabschnitt und einen Sendeabschnitt umfasst, die abwechselnd mit einer Antenne verbunden sind mit dem Ziel, Funksignale über diese Antenne zu empfangen und zu senden.
Die Zunahme beim Umfang der auf einer vom Funkkommunikationssystem genutzten Frequenzbank gesendeten Informationen wird durch die Verwendung der Technik des Code-Mehrfachzugriffs (Code Division Multiple Access, CDMA) erzielt.
Ungeachtet dessen ergeben sich aus der Verwendung der CDMA-Technik einige Nachteile, wie beispielsweise eine höhere Komplexität der Fernvorrichtung und der fixierten Vorrichtung, was nachteilige Auswirkungen auf den Preis dieser Vorrichtungen hat.
Ein gemäß dem Stand der Technik bekanntes Dokument von den Autoren V. Engels et al. mit dem Titel „Differential Modulation Techniques For A 34 Mbit/s Radio Channel Using Orthogonal Frequency Division Multiplexing" (Differenzielle Modulationstechniken für einen 34 Mbit/s Funkkanal unter Verwendung von orthogonalem Frequenz-Multiplexing") in Wireless Personal Communications, Kluwer Academic Publishers, NL, Vol. 2, Nr. 1/2, 1995, Seite 29–44, XP000565934, ISSN: 0929-6212, schlägt die Verwendung einer differenziellen Modulation vor durch gleichzeitige Berücksichtigung der Phase und der Amplitude. Die Autoren gehen davon aus, dass mit dieser Technik eine erhebliche Verbesserung bei Leistung und Effizienz erzielt wird.
Ein weiteres gemäß dem Stand der Technik bekanntes Dokument von den Autoren T. Pollet et al. mit dem Titel „Comparison Of Single-Carrier And Multi-Carrier QAM System Performance In The Presence Of Carrier Phase Jitter" (Vergleich der Einzelträger- und Mehrfachträger-QAM-Systemleistung beim Auftreten von Jitter in der Trägerphase) in Wireless Personal Communications, Kluwer Academic Publishers, NL, Vol. 8, Nr. 2, 1. September 1998, Seite 205–216, XP000765364, ISSN: 0929-6212 bezieht sich auf die Auswirkung von Jitter-Störungen in der Trägerphase eines phasenstarren Oszillators für die Wandlung IF-zu-Basisband bei der Leistung von Einzelträger-QAM (SC-QAM) und Mehrfachträger-QAM (MC-QAM). Die Autoren erläutern, dass für eine bestimmte Jitter-Varianz SC-QAM und MC-QAM den gleichen Leistungsabfall im Verhältnis Signal/Störung bieten. Wenn jedoch die Synchronisierung für MC-QAM aus einem Pilot-Ton abgeleitet wird, ist die resultierende Jitter-Varianz erheblich höher als bei SC-QAM, daher ist der Leistungsabfall bei Ersterem höher als bei Letzterem.
Ein weiteres bekanntes Dokument des Autors A. Czylwik mit dem Titel „Degradation Of Multicarrier And Single Carrier Transmission With Frequency Domain Equalization Due To Pilot-Aided Channel Estimation And Frequency Synchronization" (Leistungsabfall bei Mehrfachträger- und Einzelträger-Übertragung mit Frequenz-Domain-Ausgleich durch pilotgestützte Kanalbeurteilung und Frequenz-Synchronisierung) in Global Telecommunications Conference, 1997, Globcom, 97, IEEE Phoenix, Az, USA, 3.–8. November 1997, New York, NY, USA, IEEE, US, 3. November 1997, Seite 27–31, XP010254576, ISBN: 0-7803-4198-8, ver gleicht die Leistung von Mehrfachträger- und Einzelträger-Modulationsschemata für Breitband-Mobilfunk-Kommunikationssysteme. Die Systeme werden hinsichtlich eines Leistungsabfalls aufgrund einer pilotgestützten Kanalbeurteilung und Trägerfrequenz-Synchronisierung verglichen. Die Autoren gehen davon aus, dass eine Einzelträger-Modulation eine höhere Leistung bietet als OFDM mit einem festen Modulationsschema, dass jedoch ein adaptives OFDM eine Einzelträger-Modulation leistungsmäßig übertrifft.
Keines der genannten Dokumente erläutert jedoch die Möglichkeit zur Steigerung der Übertragungskapazität durch Auswahl eines Modulationsschemas auf der Basis definierter Modulationscluster, bei der die einzelnen Cluster mit verschiedenen Status von gruppierten Bits in Beziehung stehen.
CHARAKTERISIERUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Steigerung des Gesamtumfangs nützlicher Informationen (Durchsatz), die während eines angegebenen oder festgelegten Zeitraums auf mindestens einer von einem Funkkommunikationssystem genutzten Frequenz übertragen werden, mit einer optimierten Nutzung der Bandbreite des Funkkommunikationssystems, da die verfügbare. oder zugeordnete Bandbreite tendenziell belegt ist.
Die Erfindung bietet ein Verfahren zur Steigerung des Gesamtumfangs nützlicher Informationen (Durchsatz), die in einem Funkkommunikationssystem übertragen werden, das Verbindungen zwischen Teilnehmern und einem Telefon-Transportnetz mit orthogonalem Frequenz-Multiplexing (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) nutzt.
Gemäß der Erfindung empfängt eine Sendervorrichtung einen Informations-Datenstrom von einem Teilnehmer. Dieser Datenstrom ist unterteilt in mindestens zwei Bitströme, die auf einen ersten Wandler angewandt werden, der eine Bit- Gruppierung in einer Weise durchführt, dass jeder gebildeten Gruppierung ein Status eines Clusters zugewiesen wird. Der Cluster wird entsprechend einem am ersten Wandler empfangenen Auswahlsignal ausgewählt.
Die Komponenten, die den jeweiligen Status festlegen, werden gemäß einer mehrstufigen Modulation gesendet.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine ausführlichere Erläuterung der Erfindung findet sich in der folgenden Beschreibung, basierend auf den beigefügten Zeichnungen, für die gilt:
1 zeigt in schematischer Darstellung ein Funkkommunikationssystem gemäß der Erfindung;
2 zeigt ein Blockdiagramm eines Senders gemäß der Erfindung; und
3 zeigt ein Blockdiagramm eines Empfängers gemäß der Erfindung.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt ein Funkkommunikationssystem, das eine Vielzahl fixierter Einheiten umfasst, von denen nur Einheit 11 dargestellt ist, die eine Schnittstelle umfasst, über die sie die Kommunikation mit mindestens einem Telefon-Transportnetz 12 einrichten kann, beispielsweise mit einem öffentlichen Telefon-Wählnetz („Public Switched Telephone Network", PSTN), dem Internet oder einem vergleichbaren Netz.
Das Funkkommunikationssystem umfasst außerdem ein Set ferner Einheiten, von denen die Einheiten 11-1, 11-2 und 11-3 dargestellt sind, die Funkverbindungen mit der fixierten Einheit 11 mithilfe von Funktechniken wie beispielsweise orthogonalem Frequenz-Multiplexing (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) einrichten können. Jede der fernen Einhei ten und der fixierten Einheiten hat daher jeweils einen Sender-Empfänger.
Der für einen Teilnehmer bestimmte und/oder der von einem Teilnehmer erzeugte Informations-Datenverkehr wird über eine ferne Einheit 11-1 und die fixierte Einheit 11 an das Telefon-Transportnetz 12 kanalisiert.
Der diesem Teilnehmer zugeordnete Informations-Datenstrom wird daher unabhängig von seiner Art (Sprache, Daten, Bilder, Video oder andere) gemäß einem Kommunikationsprotokoll wie beispielsweise dem TCP/IP-Protokoll an das Telefon-Transportnetz 12 gesendet.
Wie in 2 gezeigt, wird der Informations-Datenstrom in einem ersten Verteiler 21 empfangen, der eine Aufteilung der empfangenen Daten ausführt. Dieser erste Verteiler 21 verteilt diesen Informations-Datenstrom auf mindestens zwei Daten-Bitströme (Bit-Sequenzen).
Falls dieser Verteiler mehr als einen Informations-Datenstrom empfängt, müssen diese Datenströme identisch sein, d. h. sie müssen dieselben Merkmale aufweisen.
Jede Bit-Sequenz wird über einen Ausgang des ersten Verteilers 21 jeweils auf den ersten Zuordnungs-Wandler 22 angelegt. Als Ergebnis wird jedem Ausgang ein Eingang des ersten Zuordnungs-Wandlers 22 zugeordnet.
Der erste Zuordnungs-Wandler 22 umfasst eine Anzahl von Ausgängen, die der jeweiligen Anzahl von Eingängen entspricht oder niedriger ist.
Der erste Zuordnungs-Wandler 22 führt eine Gruppierung der über die Eingänge empfangenen Bits durch. Hierzu nimmt er je ein Bit aus jedem Eingang, und jeder auf diese Weise gebildeten Gruppierung ordnet er einen Status zu, der einem Cluster zu einer Modulation entspricht.
Jeder Status des Clusters kann über kartesische Koordinaten (Ordinaten- und Abszissen-Achse) dargestellt werden; jedem Status entspricht daher eine Phasenkomponente I und eine quad ratische Komponente Q. Jeder dieser Komponenten ist jeweils ein Ausgang des ersten Zuordnungs-Wandlers 22 zugeordnet.
Beide Ausgangssignale I, Q des ersten Zuordnungs-Wandlers 22 werden auf einen Sendeabschnitt angewandt, der diese Signale I, Q auf einer Funkfrequenz über eine erste Antenne 28 sendet.
Der Sender ist für die fixierte Einheit 11 und die ferne Einheit 11-1 analog. Der Sender umfasst einen zweiten Wandler 23, ein erstes inverses Fast-Fourier-Wandlermodul 24, ein erstes Additionsmodul 25, einen ersten Wellenformungsfilter 26, einen ersten IF/RF-Frequenz-Aufwärtswandler 27 und die erste Antenne 28.
Der Sender ist analog zu dem in Punkt 17.3.8.1 von IEEE P802.11/D3.0 beschriebenen Sender, dessen Arbeitsweise hier nicht beschrieben werden soll; diese Arbeitsweise gilt als gemäß dem Stand der Technik bekannt und wird durch Nennung als hierin aufgenommen betrachtet.
Der erste Zuordnungs-Wandler 22 und der Sender können auf einem breiten Spektrum von Clustern derart verwendet werden, dass jedem Cluster eine Anzahl von Bits zugeordnet wird, die die jeweilige Gruppe bilden. Die Mindestanzahl von Bits, die eine Gruppe bilden können, beträgt zwei.
Die Anzahl der Status eines Clusters hängt von der Anzahl der Eingänge des ersten Zuordnungs-Wandlers 22 ab; die Anzahl der Status beträgt daher 2ⁿ, wobei n die Anzahl der Eingänge des ersten Zuordnungs-Wandlers 22 ist.
Die Ausgangsrate des ersten Zuordnungs-Wandlers 22, nämlich die Symbolrate, ist variabel und hängt von der Anzahl der Status des Clusters ab. Für eine bestimmte Symbolrate kann daher die Datenbitrate vergrößert oder verkleinert werden. Ein Cluster mit einer höheren Anzahl von Status bietet eine gesteigerte Sendekapazität (Durchsatz) für eine bestimmte Bandbreite.
Mit einem Steuersignal ist es daher möglich, die Betriebsgeschwindigkeit des ersten Zuordnungs-Wandlers 22 auszuwählen, d. h. der Cluster, mit dem er arbeitet, wird ausgewählt, und als Ergebnis kann der Durchsatz des Funkkommunikationssystems variiert werden.
3 zeigt eine Empfangsstation der fixierten Einheit 11, die das von der fernen Einheit 11-1 gesendete Funksignal über eine zweite Antenne 37 empfängt. Dieser Empfänger ist für die fixierte Einheit und die ferne Einheit 11-1 analog.
Der Empfänger umfasst die zweite Antenne 37, einen ersten RF/IF-Frequenz-Abwärtswandler 36, einen ersten Extraktor 35, ein Fast-Fourier-Wandlermodul 34, einen ersten Zuordnungs-Aufhebungswandler 33, der als Ausgang die Signale I, Q erzeugt, die an den Ausgängen des ersten Zuordnungswandlers 22 erzeugt werden, die an einem zweiten Zuordnungs-Aufhebungswandler 32 angewandt werden, und er erhält an seinen Ausgängen den vom Teilnehmer erzeugten Informations-Datenstrom, der über das Telefon-Transportnetz an seine Endbestimmung transportiert werden soll.
Der Empfänger ist auch analog zu dem in Punkt 17.3.8.1 von IEEE P802.11/D3.0 beschriebenen Empfänger, dessen Arbeitsweise hier nicht beschrieben werden soll; diese Arbeitsweise gilt als gemäß dem Stand der Technik bekannt.

Claims

Verfahren zur Steigerung der Gesamtmenge der in einem Funkkommunikationssystem übertragenen nützlichen Informationen oder des Durchsatzes, das mindestens eine fixierte Einheit (11) umfasst, die Funkverbindungen mit mindestens einer fernen Einheit (11-1) einrichtet, um Verbindungen zwischen einem Teilnehmer und einem Telefon-Transportnetz (12) mithilfe des orthogonalen Frequenz-Multiplexing (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) zu ermöglichen, wobei die fixierte Einheit (11) und die mindestens eine ferne Einheit (11-1) entsprechende Sender (23–28) analoger Typen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Empfang mindestens eines Informations-Datenstroms von mindestens einem Teilnehmer durch einen Verteiler (21), b) Aufteilung dieses Datenstroms durch diesen Verteiler (21) in mindestens zwei Bit-Datenströme und Ausgabe dieser Bitströme an einen ersten Zuordnungswandler (22), c) Gruppieren mithilfe der Auswahl von mindestens einem Bit aus jedem dieser Bitströme zur Bildung einer Gruppe durch diesen ersten Zuordnungswandler (22), d) Zuordnen eines Status zu einer Gruppe, sodass einem Status eine Phasenkomponente (I) und eine quadratische Komponente (Q) entspricht und jede dieser Komponenten einem Ausgang des ersten Zuordnungswandlers (22) zur Eingabe an den Sender (23–28) zugeordnet ist, e) Zuordnen des einer Gruppe zugeordneten Status zu einem bestimmten Cluster der Modulation, und f) Auswahl eines Clusters, dem eine größere Anzahl von Status entspricht, mithilfe eines Steuersignals, das an den ersten Zuordnungs-Wandler (22) angelegt wird, und dadurch Erweiterung der Sendekapazität für eine bestimmte Bandbreite.
System zum Erhöhen des Gesamtumfangs nützlicher Informationsdaten bzw. des Durchsatzes in einem Funkkommunikationssystem, das mindestens eine fixierte Einheit (11) umfasst, die so angepasst wurde, dass sie Funkverbindungen mit mindestens einer fernen Einheit (11-1) einrichtet, um Verbindungen zwischen einem Teilnehmer und einem Telefon-Transportnetz (12) mithilfe eines orthogonalen Frequenz-Multiplexing (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens einen ersten Verteiler (21) umfasst, der so angepasst wurde, dass er mindestens einen Informations-Datenstrom von mindestens einem Teilnehmer empfängt und an jedem seiner Ausgänge einen Bitstrom erzeugt; und einen ersten Zuordnungs-Wandler (22), der so angepasst ist, dass er diese Bit-Datenströme empfängt und die folgenden Funktionen ausführt: a) Gruppieren mithilfe der Auswahl von mindestens einem Bit aus jedem dieser Bitströme zur Bildung einer Gruppe, b) Zuordnen eines Status zu einer Gruppe, sodass einem Status eine Phasenkomponente (I) und eine quadratische Komponente (Q) entspricht und jede dieser Komponenten einem Ausgang des ersten Zuordnungswandlers (22) zur Eingabe an den Sender (23–28) zugeordnet ist, c) Zuordnen des einer Gruppe zugeordneten Status zu einem bestimmten Cluster der Modulation, und d) Auswahl eines Clusters, dem eine größere Anzahl von Status entspricht, mithilfe eines Steuersignals, das an den ersten Zuordnungs-Wandler (22) angelegt wird, und dadurch Erweiterung der Sendekapazität für eine bestimmte Bandbreite.
Vorrichtung zum Erhöhen des Gesamtumfangs nützlicher Informationsdaten bzw. des Durchsatzes in einem Funkkommunikationssystem, dadurch gekennzeichnet, dass diese Vorrichtung einen ersten Verteiler (21) umfasst, der so angepasst ist, dass er mindestens einen Informations-Datenstrom von mindestens einem Teilnehmer empfängt und an jedem seiner Ausgänge einen Bitstrom erzeugt; und einen ersten Zuordnungs-Wandler (22), der so angepasst ist, dass er diese Bitströme empfängt und die folgenden Funktionen ausführt: a) Gruppieren mithilfe der Auswahl von mindestens einem Bit aus jedem dieser Bitströme zur Bildung einer Gruppe, b) Zuordnen eines Status zu einer Gruppe, sodass einem Status eine Phasenkomponente (I) und eine quadratische Komponente (Q) entspricht und jede dieser Komponenten einem Ausgang des ersten Zuordnungswandlers (22) zur Eingabe an den Sender (23–28) zugeordnet ist, c) Zuordnen des einer Gruppe zugeordneten Status zu einem bestimmten Cluster der Modulation, und d) Auswahl eines Clusters, dem eine größere Anzahl von Status entspricht, mithilfe eines Steuersignals, das an den ersten Zuordnungs-Wandler (22) angelegt wird, und dadurch Erweiterung der Sendekapazität für eine bestimmte Bandbreite.