DE602005006218T2

DE602005006218T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Verringerung des Verhältnisses von Spitzen zur Durchschnittsleistung in Mehrträgerkommunikationssystemen

Info

Publication number: DE602005006218T2
Application number: DE602005006218T
Authority: DE
Inventors: Andrey Leonidivich Rog; Aleksandr Yurievich Serpukhov Strashnov; Hyeon-Woo Samsung Electronics Co. Ltd. Lee; Seong-III Samsung Electronics Co. Ltd. Park; Do-Young Samsung Electronics Co. Ltd. Kim
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-11-26
Filing date: 2005-11-28
Publication date: 2009-06-18
Anticipated expiration: 2025-11-29
Also published as: EP1662737A2; US20060115010A1; KR20060059221A; EP1662737A3; ATE393527T1; EP1662737B1; ES2304656T3; DE602005006218D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Wesentlichen ein einen Mehrfachträger einsetzendes Kommunikationssystem, und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Miminieren eines Verhältnisses von maximaler zu mittlerer Leistung (Peak to Average Power Ratio – PAPR) in einem Orthogonal Frequency Division Multiplexing – (OFDM)-Kommunikationssystem.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Ein OFDM-Verfahren wird derzeit aktiv für Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung in drahtgebundenen oder drahtlosen Kanälen erforscht. Das OFDM-Verfahren, welches Daten unter Verwendung mehrerer Träger überträgt, ist ein Spezialtyp eines Multiple Carrier Modulation-(MCM)-Verfahren, in welchem eine serielle Symbolsequenz in parallele Symbolsequenzen umgewandelt wird und die parallelen Symbolsequenzen mit mehreren wechselseitig orthogonalen Hilfsträgern (oder Hilfsträgerkanälen) vor der Übertragung moduliert werden.
Gemäß dem herkömmlichen OFDM-Verfahren werden mehrere Hilfsträger unter gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Orthogonalität zwischen diesem übertragen, um dadurch einen optimalen Übertragungswirkungsgrad in einer Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung zu erzielen. Ferner weist das OFDM-Verfahren einen guten Frequenzausnutzungswirkungsgrad auf und ist gegen Mehrfachpfadschwund robust, so dass es den optimalen Übertragungswirkungsgrad in einer Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung erzielen kann. Ferner kann das OFDM-Verfahren eine Intersymbol-Interferenz (ISI) reduzieren, indem sie ein Schutzintervall verwendet, und kann die Konstruktion des Entzerrers vereinfachen und ist gegenüber Impulsstörungen robust.
Zusätzlich kann das OFDM-Kommunikationssystem ein normales Systemverhalten zeigen, wenn ein Signal mit kleinem PAPR verwendet wird. Insbesondere ist das OFDM-Kommunikationssystem ein Mehrfachträger-Kommunikationssystem unter Verwendung von mehreren Hilfsträgern dergestalt, dass die Orthogonalität zwischen den Hilfsträgern in dem OFDM-Kommunikationssystem wichtig ist. Daher ist die Phase für jeden von den Hilfsträgern unter gleichzeitiger Augrechterhaltung der Orthogonalität zwischen den Hilfsträgern festgelegt. Jedoch können sich, wenn sich die Phase im Verlauf der Signalübertragung über die Hilfsträger verändert, die Hilfsträger einander überlappen. Demzufolge kann das durch die Phasenänderung verursachte Überlappungssignal den linearen Bereich eines Verstärkers in dem OFDM-Kommunikationssystem überschreiten, und es wird unmöglich, eine normale Signalübertragung oder Empfang zu erzielen. Daher ist es für das OFDM-Kommunikationssystem erforderlich, ein Signal mit einem minimalen PAPR zu verwenden.
Da die Minimierung des PAPR ein wichtiger Faktor in der Verbesserung des Verhaltens des OFDM-Kommunikationssystems ist, werden verschiedene Forschungsanstrengungen für die Minimierung des PAPR untersucht. Existierende Verfahren zum Minimieren des PAPR beinhalten ein Beschneidungsverfahren, ein Blockcodierungsverfahren und ein Phasensteuerungsverfahren. Hierin nachstehend werden die Verfahren zum Minimieren des PAPR kurz beschrieben.
Gemäß dem Beschneidungsverfahren wird, wenn ein Signal eine vorbestimmte Größe überschreitet, der die vorbestimmte Größe überschreitende Anteil von dem Signal abgeschnitten, um den PAPR zu reduzieren. Es ist sehr einfach, das Beschneidungsverfahren zu implementieren, da ein einfaches Beschneiden des Signals in einer solchen Weise, dass das beschnittene Signal nicht die vorbestimmte Größe überschreitet, alles ist, was zur Implementation des Beschneidungsverfahrens erforderlich ist. Jedoch erzeugt das Beschneidungsverfahren eine bandinterne Verzerrung aufgrund des nicht-linearen Betriebs, welcher die Bitfehlerrate (BER) erhöht und eine Interferenz zwischen benachbarten Kanälen aufgrund von bandexternen Beschneidungsstörungen ermöglicht.
Bei dem Blockcodierungsverfahren wird ein Codierungsverfahren auf redundante Hilfsträger angewendet, um das PAPR der gesamten Hilfsträger zu reduzieren. Das Blockcodierungsverfahren besitzt eine Fehlerkorrekturfähigkeit, da es das Codierungsverfah ren anwendet. Ferner kann das Blockcodierungsverfahren das PAPR ohne Signalverzerrung verringern. Jedoch weist das Blockcodierungsverfahren einen sehr schlechten Spektrumswirkungsgrad auf, wenn die Anzahl von Hilfsträgern zu groß ist. Ferner erfordert das Blockcodierungsverfahren eine ausnehmend große Verweistabelle oder eine ausnehmend große Erzeugungsmatrix, welche die Komplexität im Betrieb erhöht.
Das Phasensteuerungsverfahren kann kurz gesagt in zwei Arten von Verfahren klassifiziert werden, welche ein selektives Selective Mapping (SLM)- und ein Partial Transmit Sequence(PTS)-Verfahren umfassen. Gemäß dem SLM-Verfahren wird eine Anzahl M von statistisch unabhängigen Sequenzen mit einer Länge von N mit identischen Daten mit einer Länge N multipliziert, und die Sequenz, die das niedrigste PAPR von den Sequenzen hat, wird ausgewählt und übertragen. Ferner wird gemäß dem PTS-Verfahren ein Datenblock mit einer Länge von N in eine Anzahl von M Teilblöcken unterteilt, und jeder von den M Teilblöcken wird einer (L + P)-Punkt-IFFT unterworfen. Die Anzahl M von (L + P)-Punkt-IFFT behandelter Teilblöcke wird jeweils mit einem Phasenparameter zur Minimierung des PAPR multipliziert, und die Summe der Produkte der Multiplikationen wird übertragen. Das SLM-Verfahren und das PTS-Verfahren können effizient das PAPR reduzieren. Jedoch erfordern diese zwei Verfahren die IFFT-Operation für jeden der M Teilblöcke und erhöhen dadurch dessen Komplexität.
US 2004/0136314 A1 offenbart eine Signalübertragungsvorrichtung und ein Verfahren zum Minimieren eines Verhältnisses von maximaler zu mittlerer Leistung. Die entsprechende Vorrichtung weist einen Hilfsbandteiler zur Unterteilung von Informationsdaten-Hilfsträgersignalen in Hilfsbandsignale auf. Zusatzinformations-Hilfsträgersignale werden in die Informationsdaten-Hilfsträgersignale eingefügt, welche anzeigen, ob eine Ersatzsequenz eingefügt ist, und ein Adressbit, das eine Position eines Hilfsbandes anzeigt, in welchem die Ersatzsequenz eingefügt ist. Für das Einsetzen einer Ersatzsequenz ist auch eine Ersatzsequenz-Einfügungsvorrichtung vorgesehen. Ein Block für eine inverse schnelle Fourier-Transformation (Inverse Fast Fourier Transform – IFFT) erzeugt ein erstes und zweites OFDM-Symbolsignal und eine Steuereinrichtung ermittelt einen zugewiesenen Bitwert und einen Adressbitwert der zusätzlichen Information. Schließlich überträgt ein Sender wenigstens eines von den ersten und zweiten Signalen, die von den IFFT-Blöcken ausgegeben werden, über die Abwärtsverbindung.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Minimieren eines PAPR in einem breitbandigen drahtlosen Kommunikationssystem bereitzustellen, wobei eine Reduzierung mit einer hohen Übertragungskapazität und ohne einen Signalkorrekturprozess erreicht wird.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden in den Unteransprüchen offenbart.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlicher, in welchen:
1 ein Blockschaltbild ist, das schematisch einen Sender eines herkömmlichen OFDM-Kommunikationssystems darstellt;
2 ein Blockschaltbild ist, das schematisch einen Empfänger eines herkömmlichen OFDM-Kommunikationssystems darstellt;
3 ein Blockschaltbild zur Darstellung eines Betriebs eines Senders mit einer Hilfsträgerredundanz in einem herkömmlichen OFDM-Kommunikationssystem ist;
4 ein Blockschaltbild zur schematischen Darstellung eines Senders gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
5 ein Flussdiagramm zur schematischen Darstellung einer Prozedur einer Signalverarbeitung durch den Sender gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
6 ein Blockschaltbild ist, das schematisch einen Empfänger gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
7 ein Flussdiagramm eines Prozesses zur Signalverarbeitung in dem Empfänger gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
8 ein Blockschaltbild ist, das schematisch einen Empfänger eines OFDM-Kommunikationssystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
9 ein Blockschaltbild ist, das schematisch einen Senders eines OFDM-Kommunikationssystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
10 eine graphische Darstellung ist, die das Verhalten der vorliegenden Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Hierin nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung werden dieselben Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, obwohl sie in unterschiedlichen Zeichnungen dargestellt sind.
Ferner werden verschiedene spezifische Definitionen, die in der nachfolgenden Beschreibung zu finden sind, nur bereitgestellt, um zum allgemeinen Verständnis der vorliegenden Erfindung beizutragen, und es ist für den Fachmann auf diesem Gebiet ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung ohne derartige Definitionen implementiert werden kann. Ferner wird in der nachfolgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung eine detaillierte Beschreibung bekannter Funktionen und Konfigurationen, welche hierin enthalten sind, weggelassen, wenn sie den Gegenstand der vorliegenden Erfindung verdecken können.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Broadband Wireless Access-(BWA)-Kommunikationssystem und schlägt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reduzieren eines PAPR in einem Kommunikationssystem unter Anwendung eines OFDM-Verfahrens (OFDM-Kommunikationssystems) vor. Obwohl sich die nachstehende Beschreibung nur mit dem OFDM-Kommunikationssystem beschäftigt, ist das OFDM-Kommunikationssystem nur ein Beispiel, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf das OFDM-Kommunikationssystem beschränkt. Stattdessen kann die vorliegende Erfindung auf alle drahtlosen Kommunikationssysteme unter Verwendung von Mehrfachträgern angewendet werden, um die Kommunikationsqualität in den drahtlosen Kommunikationssystemen zu verbessern.
Gemäß dem durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagenen Verfahren zum Reduzieren eines PAPR in einem OFDM-Kommunikationssystem werden Symbole in Voll-Symbole und Teil-Symbole (z. B. Halb-Symbole) klassifiziert, und ein Spitzenwert für jedes Symbol wird detektiert. Wenn der PAPR-Wert größer als ein in dem System eingestellter vorbestimmter Schwellenwerteinstellpunkt ist, wird das Halb-Symbol übertragen, um das PAPR zu reduzieren.
Zusätzlich kann das OFDM-Kommunikationssystem ein normales Systemverhalten zeigen, wenn ein Signal mit kleinem PAPR verwendet wird.
Wie vorstehend erwähnt, ist das OFDM-Kommunikationssystem ein Mehrfachträger-Kommunikationssystem, das mehrere Hilfsträger verwendet, so dass die Orthogonalität zwischen den Hilfsträgern in dem OFDM-Kommunikationssystem wichtig ist. Daher wird die Phase für jeden Hilfsträger unter gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Orthogonalität zwischen den Hilfsträgern festgelegt. Wenn sich jedoch die Phase im Verlauf der Signalübertragung über die Hilfsträger verändert, können die Hilfsträger einander überlappen. Dann kann das durch die Phasenänderung bewirkte Überlappungssignal den linearen Bereich eines Verstärkers in dem OFDM-Kommunikationssystem überschreiten, und es wird unmöglich, eine normale Signalübertragung/Empfang zu erzielen. Daher ist es für das OFDM-Kommunikationssystem erforderlich, ein Signal mit dem minimalen PAPR zu verwenden.
1 ist eine Blockdarstellung, welche schematisch einen Sender eines herkömmlichen OFDM-Kommunikationssystems darstellt. Insbesondere enthält der in 1 dargestellte Sender einen Vorwärtsfehlerkorrektur- bzw. Forward Error Correction-(FEC)-Codierer 101, eine Verschachtelungs/Zuordnungs- bzw. Interleaving/Mapping-Einrichtung 103, eine Inverse Fourier Transform-(IFFT)-Einheit 105, eine Schutzintervalleinführungseinrichtung 107, einen Funkfrequenz-(FR)-Prozessor 109, und eine Sende-(Tx)-Antenne 111.
Gemäß 1 werden, wenn zu übertragende Daten (einschließlich Benutzerdatenbits und Steuerdatenbits) in dem OFDM-Sender auftreten, die Daten in den FEC-Codierer 101 eingegeben. Hierin nachstehend werden die Benutzerdatenbits und Steuerdatenbits als "Informationsdatenbits" bezeichnet. Der FEC-Codierer 101 codiert die Eingangsinformationsdatenbits gemäß einem vorbestimmten Codierungsverfahren und gibt die codierten Daten an die Interleaving/Mapping-Einrichtung 103 aus. Das Codierungsverfahren kann ein Faltungscodierungsverfahren oder ein Turbocodierungsverfahren mit einer vorbestimmten Codierungsrate sein.
Die Interleaving/Mapping-Einrichtung 103 verschachtelt und moduliert die von dem FEC-Codierer 101 ausgegebenen codierten Bits gemäß einem vorbestimmten Verschachtelungsverfahren und einem vorbestimmte Modulationsverfahren, um dadurch modulierte Symbole zu erzeugen. Dann gibt die Interleaving/Mapping-Einrichtung 103 die erzeugten modulierten Symbole an die IFFT-Einheit 105 aus. Das Modulationsverfahren kann ein QPSK-(Quadrature Phase Shift Keying)-Verfahren, ein 8PSK-(Phase Shift Keying)-Verfahren, QAM (Quadrature Amplitude Modulation) oder ein 16QAM-Verfahren sein.
Die IFFT-Einheit 105 führt eine IFFT an dem Signal aus der Interleaving/Mapping-Einrichtung 103 aus, und gibt das der IFFT unterworfene Signal an die Schutzintervall-Einfügungseinrichtung 107 aus. Die Schutzintervall-Einfügungseinrichtung 107 fügt ein Schutzintervall in das Signal aus der IFFT-Einheit 105 ein und gibt dann das Signal an den RF-Prozessor 109 aus. Das Schutzintervall wird eingefügt, um eine Interferenz zwischen einem zu einer vorherigen OFDM-Symbolzeit übertragenen vorherigen OFDM-Symbol und einem zu einer momentanen OFDM-Symbolzeit übertragenen momentanen OFDM-Symbol in einem OFDM-Kommunikationssystem zu beseitigen.
Um das Schutzintervall einzufügen, kann ein zyklisches Präfix-Verfahren oder ein zyklisches Postfix-Verfahren angewendet werden. In dem zyklischen Präfix-Verfahren wird eine vorbestimmte Anzahl letzter Abtastwerte eines OFDM-Symbols in einem Zeitbereich kopiert und in ein gültiges OFDM-Symbol eingefügt, und in dem zyklischen Postfix-Verfahren wird eine vorbestimmte Anzahl erster Abtastwerte eines OFDM-Symbols in einem Zeitbereich kopiert und in ein gültiges OFDM-Symbol eingefügt.
Der RF-Prozessor 109 verarbeitet das Signal aus der IFFT-Einheit 105 so, dass das Signal über einen tatsächlichen Kanal übertragen werden kann. Dann überträgt der RF-Prozessor 109 das verarbeitete Signal über die Tx-Antenne 111. Der RF-Prozessor 109 enthält normalerweise ein Filter und eine Eingangseinheit für die Durchführung des Betriebs in Bezug auf die RF-Signalumwandlung in dem eine digitale Filterung beinhaltenden RF-Pfad.
2 ist eine Blockdarstellung, welche schematisch einen Empfänger eines herkömmlichen OFDM-Kommunikationssystems veranschaulicht. Insbesondere enthält der in 2 dargestellte Empfänger eine Empfangs-(Rx)-Antenne 201, einen RF-Prozessor 203, eine Schutzintervall-Entfernungseinrichtung 205, eine Fast Fourier Transform-(FFT)-Einheit 207, eine Entschachtelungs/Zuordnungsauflösungs- bzw. Deinterleaving/Demapping-Einrichtung 209 und einen FEC-Decoder 211.
Wenn das von dem Sender empfangene Signal über die Rx-Antenne 201 empfangen wird, enthält das empfangene Signal zu dem Signal hinzugefügtes Rauschen, wenn das Signal einen Mehrfachpfadkanal durchlaufen hat. Das über die Rx-Antenne 201 empfangene Signal wird in den RF-Prozessor 203 eingegeben, welcher das Signal in ein Signal mit einer Zwischenfrequenz (IF) herunterwandelt, und dann das herunter gewandelte Signal an die Schutzintervall-Entfernungseinrichtung 205 ausgibt.
Die Schutzintervall-Entfernungseinrichtung 205 empfängt das Signal aus dem RF-Prozessor 203, beseitigt das Schutzintervall aus dem empfangenen Signal und gibt dann das Signal an die FFT-Einheit 207 aus. Die FFT-Einheit 207 führt eine FFT an dem von der Schutzintervall-Entfernungseinrichtung 205 ausgegebenen Signal durch und gibt dann das der FFT unterzogene Signal an die Deinterleaving/Demapping-Einrichtung 209 aus.
Die Einrichtung 209 entschachtelt und demoduliert das Signal aus der FFT-Einheit 207 gemäß Verfahren, die dem in dem Sender verwendeten Verschachtelungsverfahren und dem Modulationsverfahren entsprechen, und gibt es dann an den FEC-Decoder 211 aus. Der FEC-Decoder 211 decodiert das Signal aus der Einrichtung 209 gemäß einem Decodierungsverfahren, das dem in dem Sender verwendeten Codierungsverfahren entspricht, und gibt dann dasselbe Signal wie das der von dem Sender übertragenen Informationsdatenbits aus.
Die in dem Sender durchgeführte IFFT kann durch die nachstehend definierte Gleichung (1) definiert werden.
In der Gleichung (1) bezeichnet X_k eine komplexe Amplitude eines Hilfsträgers.
In dem OFDM-System sind PAPR-Parameter durch die nachstehende Gleichung (2) bestimmt und definiert.
In der Gleichung (2) kann x unterschiedliche Werte annehmen. Daher bezeichnen wir es als außerhalb der Signalwahrscheinlichkeit liegend, wenn PAPR-Größen den als PAPR₀ spezifizierten Wert überschreiten, wie es in der nachstehenden Gleichung (3) dargestellt ist. Pr(PAPR > PAPR0) (3)
Das US Patent Nr.6 424 681 "Peak to Average Power Ratio Reduction" offenbart ein Verfahren einer PAPR-Wertreduzierung durch eine Redundanz von Hilfsträgern. D. h., ein Teil der Hilfsträger wird zur Informationssignalübertragung verwendet, d. h., die Hilfsträger werden mit Informationssymbolen moduliert, und ein weiterer Teil der Hilfsträger wird zur Erzeugung eines Korrektursignals genutzt, das aus dem resultierendem Zeit signal extrahiert wird, das an dem IFFT-Ausgang erhalten wird und zu einer PAPR₀-Wertreduzierung bei ein und demselben Wahrscheinlichkeitswert führt.
Das PAPR-Reduzierungsverfahren gemäß vorstehender Beschreibung wird üblicherweise das "Tone Reservation (TR)"-Verfahren bezeichnet. Gemäß dem TR-Verfahren wird ein Teil der Hilfsträger (d. h., Töne), welche nicht für die Informationssignale verwendet werden, einem von den gesamten Hilfsträgern zugewiesen. In dem Empfänger werden die Töne, die nicht für die Übertragung eines Informationssignals genutzt werden, verworfen, und die Informationssignale werden aus den anderen Tönen wieder hergestellt. Demzufolge kann der Aufbau des Empfängers vereinfacht werden.
Eines von den repräsentativen TR-Verfahren ist der Gradienten-Algorithmus. Der Gradienten-Algorithmus kann erzielt werden, indem das Beschneidungsverfahren auf das TR-Verfahren angewendet wird. Gemäß dem Gradienten-Algorithmus wird ein Signal mit einer Impulseigenschaft unter Verwendung der Töne erzeugt, die nicht für die Informationssignalübertragung verwendet werden, und das Ausgangssignal aus der IFFT-Einheit wird dann der Beschneidung unterworfen, indem das erzeugte Signal mit der Impulseigenschaft verwendet wird. Dann tritt, wenn das erzeugte Signal mit der Impulscharakteristik auf das Ausgangssignal der IFFT-Einheit addiert wird, eine Datenverzerrung nur in den Tönen auf, die nicht für die Informationssignalübertragung verwendet werden, und tritt nicht in dem anderen Frequenzbereich auf.
Der vorstehend beschriebene Prozess kann durch die nachstehenden Gleichungen (4) bis (7) ausgedrückt werden. Insbesondere wird ein Teil der Hilfsträger mit dem Informationssignal X_k moduliert, welches durch die nachstehende Gleichung (4) definiert ist.
In der Gleichung (4) zeigt Null an, dass keine Hilfsträger durch die Informationssymbole moduliert werden (d. h., redundant gemacht werden). Die redundanten Hilfsträger werden durch die speziell ausgewählte Bitsequenz moduliert und können durch die nachstehende Gleichung (5) ausgedrückt werden.
Gemäß den Gleichungen (4) und (5) werden die Informationssignale anderen Hilfsträgern als den redundanten Hilfsträgern gemäß Anmerkung aus Gleichung (4) zugeordnet und die Korrektursignale werden anderen redundanten Hilfsträgern als den Hilfsträgern von Gleichung (4) gemäß Anmerkung aus Gleichung (5) zugeordnet. Insbesondere wird von den Informationssignalen ein Signal von (X + C), welches durch Addition eines vorbestimmten Eingangssignals X und einer Korrektursignals C erhalten wird, durch die IFFT-Einheit an den Sender ausgegeben. An dem IFFT-Ausgang kann das erzeugte Signal durch die nachstehende Gleichung (6) ausgedrückt werden. X + C = Q(X + C) (6)
In der Gleichung (6) bezeichnet Q eine IFFT-Matrix, die durch in der Gleichung (1) dargestellten Elemente
erzeugt wird.
Ferner werden C_k-Symbole der Gleichung (5) gewählt, um das PAPR gemäß Darstellung in der nachstehenden Gleichung (7) zu minimieren.
Wenn das Eingangssignal X ein großes PAPR hat, wird ein geeignetes Signal, z. B. das Korrektursignal C gesucht, um das PAPR des gesuchten Eingangssignals X zu reduzieren, und das gefundene Korrektursignal C wird dann auf das Eingangssignal X addiert, um das PAPR des resultierenden Signals (X + C) zu reduzieren.
3 ist eine Blockdarstellung des Betriebs eines Senders mit einer Hilfsträgerredundanz in einem herkömmlichen OFDM-Kommunikationssystem. Insbesondere stellt 3 schematisch einen Mehrfachträgersender unter Verwendung des TR-Verfahrens dar, um das PAPR zu reduzieren.
Gemäß 3 wandelt ein Seriell/Parallel-(S/P)-Wandler 301 Eingangsdaten in parallele Daten um, und gibt dann die umgewandelten parallelen Daten an mehrere Modulatoren mit einem ersten Modulator 303 bis zu einem sechsten Modulator 313 aus. D. h., das Eingangsinformationssignal wird auf mehrere Hilfsträger durch den Seriell/Parallel-Wandler 301 verteilt. Bei der Verteilung des Informationssignals werden einige von den Hilfsträgern nicht genutzt, d. h., sie verbleiben als redundante Hilfsträger.
Jeder von dem ersten Modulator 303 bis zu dem sechsten Modulator 313 empfängt das Signal aus dem Seriell/Parallel-Wandler 301, moduliert das Signal über ein im Voraus in dem System festgelegtes Modulationsverfahren und gibt dann das modulierte Signal an den Demultiplexer 315 aus. Der Demultiplexer 315 multiplexiert die Signale aus dem ersten Modulator 303 bis zu dem sechsten Modulator 313 und gibt dann ein multiplexiertes Signal an die Kernel-Maschine 317 aus. D. h., die modulierten Hilfsträger werden durch den Demultiplexer 315 in nur ein Signal multiplexiert. Die Kernel-Maschine 317 reduziert den PAPR-Wert durch Durchführen einer Signalkorrektur für das Signal aus dem Demultiplexer 315 und gibt das korrigierte Signal aus. D. h., die Kernel-Maschine 317 führt eine Korrektur für die Reduzierung des PAPR-Wertes des von dem Demultiplexer 315 ausgegebenen Signals durch.
Die vorstehend beschriebene Korrektur wird durch Addition auf das Signal X eines Korrektursignals 10 durchgeführt, das ein Ausgangssignal mit einem PAPR-Wert liefert, das den vorbestimmten Schwellenwert PAPR₀ nicht überschreitet.
Die Auswahl der optimalen Werte des Korrektursignals C ist eine ziemlich schwierige mathematische Aufgabe, welche ein erhebliches Zeitbudget und Computerleistung erfordert. Die zusätzliche Kanalübertragungskapazitätsreduktion ist ein weiterer Nachteil des vorstehend erwähnten US Patents aufgrund des Umstands, dass einige Träger nicht für die Informationssymbolübertragung, sondern nur für die Korrektursignalübertragung verwendet werden.
Daher schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Minimieren des PAPR unter gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer hohen Übertragungskapazität aufgrund der fehlenden Korrekturprozedur vor. Insbesondere werden gemäß dem Vorschlag der vorliegenden Erfindung, um einen PAPR in einem OFDM-Kommunikationssystem zu reduzieren, Symbole in Voll-Symbole und Teil-Symbole, wie z. B. Halb-Symbole klassifiziert, und ein Spitzenwert für jedes Symbol detektiert. Wenn ein entsprechender PAPR-Wert größer als ein vorbestimmter in dem System festgelegter Schwellenwert ist, wird das Halb-Symbol übertragen, um das PAPR zu verringern.
Demzufolge enthält der erfindungsgemäße Sender eine zusätzliche IFFT-Einheit und der Empfänger enthält einen Symboldetektor zum Detektieren eines Voll-Symbols oder eines Halb-Symbols und einen zusätzlichen Puffer zum Sammeln des Voll-Symbols.
Das technische Ergebnis wird durch die Anwendung eines neuen PAPR-Reduzierungsverfahrens auf der Basis des Umstandes erzielt, dass nicht alle Mehrfachträgersymbole eine Signalabtastung mit analogen Amplitudenabweichungen haben. D. h., die überwältigende Mehrheit der Symbole überschreitet nicht den vorbestimmten PAPR₀-Schwellenwert, und erfordert demzufolge keine zusätzliche Reduzierungseinrichtung. Eine relativ unbedeutende Menge von Symbolen enthält anomale Abtastwerte.
Es wird vorgeschlagen, diese Symbole in mehrere Teil-Symbole, beispielsweise in zwei zu unterteilen, wovon jedes die verringerte Anzahl von Hilfsträgern enthält, die durch die Eingangsdaten moduliert werden. Die restlichen Hilfsträger werden nicht verwendet, und sie haben eine Amplitude von Null. Demzufolge haben Teil-Symbole keine anomalen Amplitudenabweichungen, da die Wahrscheinlichkeit einer anomalen Spitzenerzeugung durch die Hilfsträgermengenverringerung reduziert ist.
Der erfindungsgemäße Empfänger detektiert die verringerten Teil-Symbole, führt die Demodulation durch und multiplexiert die Teil-Symbole in ein Signal. Für die Demodulation gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine modifizierte Deinterleaving-Einrichtung verwendet. Ferner wird die Multiplexierung der demodulierten Teil-Symbole in ein Signal in einer solchen Weise ausgeführt, dass das Ergebnis eine Reihe von Informationssignalen ist, die der Sequenz des modulierten vollen Mehrfachträgersymbols entsprechen.
Danach erfolgt eine weitere Verarbeitung (z. B. Decodierung) in einer ähnlichen Weise wie in einem üblichen Empfänger.
4 ist eine Blockdarstellung, welche schematisch einen Sender gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Insbesondere veranschaulicht 4 schematisch einen Mehrfachträgersender, der ein Symbolteilungsverfahren nutzt, um das PAPR zu reduzieren.
Gemäß 4 enthält der erfindungsgemäße Sender einen Symbolteiler 401, mehrere Modulatoren mit einem ersten Modulator 403 bis zu einem sechsten Modulator 413, einen Demultiplexer 415 und einen Spitzendetektor 417.
In dem in 4 dargestellten Sender werden, wenn Informationsdaten zu übertragen sind, die Informationsdaten in dem Symbolteiler 401 eingegeben. Der Symbolteiler 401 teilt die Informationsdaten in Informationssignale, die Hilfsträgern entsprechen auf und gibt dann die Informationssignale an den ersten Modulator 403 bis sechsten Modulator 413. In diesem Falle können die Informationssignale entweder an alle zugänglichen Hilfsträger oder einige von den zugänglichen Hilfsträgern, z. B. an die Hälfte aller zugänglichen Hilfsträger verteilt werden. Wenn die Informationssignale an einige von den zugänglichen Hilfsträgern verteilt werden können, wird das Mehrfachträgersymbol in verschiedenen Stadien gemäß Darstellung in 5 gesendet. Beispielsweise wird im Falle einer Doppelteilung ein erstes Symbolteil in einem ersten Stadium gesendet und ein zweites Symbolteil in einem zweiten Stadium gesendet. Dieser Prozess wird später detaillierter unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
Jeder von den ersten Modulator 403 bis zu dem sechsten Modulator 413 empfängt das Signal, d. h., einen Hilfsträger aus dem Symbolteiler 401, moduliert den Hilfsträger gemäß dem in dem System im Voraus festgelegten Modulationsverfahren und gibt dann den modulierten Hilfsträger an den Demultiplexer 415 aus. Der Demultiplexer 415 multiplexiert die Signale aus dem ersten Modulator 403 bis zu dem sechsen Modulator 413 in nur ein Zeitsymbol und gibt dann das Zeitsymbol an den Spitzendetektor 417 aus. Der Spitzendetektor 417 detektiert einen Spitzenwert für das Symbol aus dem Demultiplexer 415, ermittelt, ob das Symbol geteilt worden ist und ob das Signal eine anomale Amplitudenabweichung besitzt, und gibt dann der Ermittlung entsprechende Daten aus.
5 ist ein Flussdiagramm, um schematisch eine Signalverarbeitung durch einen Sender gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen. Insbesondere stellt 5 eine Symbolunterteilung und Spitzendetektion durch den Sender dar. Es wird jedoch angemerkt, dass, obwohl 5 im Detail den Algorithmus der Symbolunterteilung in zwei Teil-Symbole veranschaulicht, die vorliegende Erfindung nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt ist, sondern angewendet werden kann, sobald das Symbol in mehr als zwei Teil-Symbole unterteilt ist.
Gemäß 5 werden, wenn die Daten im Schritt 501 eingegeben werden, die eingegebenen Daten an den Symbolteiler 401 weitergeleitet. Der Teiler 401 ermittelt, ob das Symbol in Teil-Symbole im Schritt 503 zu unterteilen ist. Im Schritt 503 spielt der Spitzendetektor 417 eine wichtige Rolle bei der Ermittlung, ob das Symbol in Teil-Symbole zu unterteilen ist. D. h., der Spitzendetektor 417 vergleicht den synthetisierten Zeitimpuls mit dem Schwellenwert PAPR₀ und meldet dann das Ergebnis des Vergleichs an den Symbolteiler 401. Danach trifft der Symbolteiler 401 eine Entscheidung über die Teilung in Abhängigkeit von dem gemeldeten Ergebnis.
Insbesondere, wenn das gemeldete Ergebnis aus dem Spitzendetektor zeigt, dass es nicht erforderlich ist, dass der Symbolteiler 401 das Symbol teilt, geht der Ablauf zu dem Schritt 505 über, in welchem der Symbolteiler 401 ein Voll-Symbol erzeugt und ausgibt.
Das von dem Symbolteiler 401 ausgegebene Voll-Symbol wird unter Verwendung von Hilfsträgern durch den ersten Modulator 403 bis zu dem sechsten Modulator 413 im Schritt 511 moduliert. Dann werden im Schritt 513 die Voll-Symbole aus den Modulatoren in ein Zeit-Symbol über eine serielle Umwandlung und die IFFT in dem Demultiplexer 415 umgewandelt. Danach wird das Zeitsymbol in den Spitzendetektor 417 eingegeben, und der Spitzendetektor 417 detektiert eine Spitze des Zeit-Symbols im Schritt 515.
Im Schritt 517 vergleicht der Spitzendetektor 417 die Spitzenleistung des Zeitsymbols mit dem im Voraus in dem System festgelegten vorbestimmten Schwellenwert PAPR₀. Wenn die detektierte Spitzenleistung des Zeitsymbols den Schwellenwert PAPR₀ nicht überschreitet, wird das Zeitsymbol an den Ausgang im Schritt 519 gesendet. Wenn je doch die detektierte Spitzenleistung des Zeitsymbols den Schwellenwert überschreitet, d. h., wenn eine anomale Spitze für das Symbol detektiert wird, werden die Voll-Symbole nicht an den Ausgang übertragen. D. h., wenn eine anomale Spitze für das Symbol detektiert wird, meldet der Spitzendetektor 417 die Detektion an den Symbolteiler 401. Danach teilt der Symbolteiler 401 das Voll-Symbol auf der Basis der Meldung aus dem Spitzendetektor 417.
Wie vorstehend angegeben, entspricht 5 dem Falle, wenn jedes Voll-Symbol in zwei Teil-Symbole (Halb-Symbole) unterteilt ist. D. h., wenn ermittelt wird, dass eine Symbolteilung im Schritt 503 erforderlich ist, teilt der Symbolteiler 401 das Voll-Symbol in zwei Teil-Symbole, sendet ein erstes Teil-Symbol (einen halben Teil des Voll-Symbols) in dem ersten Stadium im Schritt 507 und sendet dann eine zweites Teil-Symbol (die andere Hälfte des Voll-Symbols) in dem zweiten Stadium im Schritt 509.
Danach wird jedes der von dem Symbolteiler 401 ausgegebenen zwei Teil-Symbole unter Verwendung von Hilfsträgern über den ersten Modulator 403 bis zu dem sechsten Modulator 413 im Schritt 511 moduliert. Im Schritt 513 werden die Teil-Symbole aus den Modulatoren in nur ein Zeitsymbol durch eine Seriellumwandlung und IFFT in dem Demultiplexer 415 umgewandelt. In diesem Falle wird, da nur die Hälfte der Hilfsträger für die Erzeugung des Zeitsymbols verwendet wird, keine Schwellenwertüberschreitung im Schritt 517 detektiert. Daher werden gemäß der vorliegenden Erfindung zwei den Schwellenwert nicht überschreitende Halb-Symbole seriell an den Ausgang anstelle eines vollen Hilfsträgersymbols mit anomaler Schwellenwertüberschreitung übertragen.
Der vorstehende Ablauf kann zu einer Informationsrahmenübertragungsdauerverlängerung führen. Da jedoch das Prozentsatzverhältnis von anomalen Symbolen zu ... fehlende Satzfortsetzung!
Um die Mehrfachträger-Symbolerzeugung zu beschleunigen, müssen die Modulation und Umwandlung eines Voll-Symbols und dessen ersten Teils aus dem Frequenzbereich in den Zeitbereich gleichzeitig ausgeführt werden. Daher wird das erste Symbolteil aus dem Ausgangssignal im Falle einer anomalen Spitzenfestlegung in dem Spitzendetektor 417 extrahiert.
6 ist eine Blockdarstellung, welche schematisch einen Empfänger gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Insbesondere veranschaulicht 6 eine schematischen Aufbau eines Mehrfachträgerempfängers unter Verwendung eines Symbolteilungsverfahrens, um das PAPR zu reduzieren.
Wie in 6 dargestellt, enthält der Empfänger gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Seriell/Parallel-Wandler (FFT-Einheit) 601, einen Symboldetektor 603, einen Demodulator 605 und eine Deleaving-Einrichtung 607. Der Seriell/Parallel-Wandler (FFT-Einheit) 601 wandelt Eingangsdaten eines Zeitbereichs in Parallelsymbole eines Frequenzbereichs um und gibt die umgewandelten Symbole an den Symboldetektor 603 aus. Der Symboldetektor 603 prüft, ob jedes von den Symbolen aus dem Seriell/Parallel-Wandler (FTT-Einheit) 601 ein Voll-Symbol ist. Da Frequenzen für eine Informationssymbolübertragung für die Teilung bekannt (fest) sind, analysiert der Symboldetektor 603 die Signalamplitude auf Hilfsträgern, die nicht moduliert sind, d. h., die eine Null-Amplitude in dem Falle einer Symbolteilung in Teil-Symbole haben. Beispielsweise ist es möglich, die Ankunft eines nicht vollen Halb-Symbols durch Vergleich einer Signalamplitudensumme (z. B. komplexes Hüllkurvenmodul) auf diesen Hilfsträgern oder eine Amplitudenquadratsumme mit dem Schwellenwert R₀ zu diagnostizieren.
Wenn ein Nicht-Voll-Symbol detektiert wird, demoduliert der Demodulator 605 nur die Hilfsträger, auf welchen Informationssymbole übertragen werden. Demzufolge wandelt die Deleaving-Einrichtung 607 auf den ausgewählten Hilfsträgern übertragene Symbole in eine Zeitsymbolsequenz um. Daher erfolgt die Umwandlung in einer solchen Weise, dass die Zeitsequenz dieselbe wie während einer Voll-Symbolübertragung bleibt.
Wenn die Verarbeitung des ersten Halb-Symbols ausgeführt ist, verarbeitet der Empfänger das zweite Halb-Symbol. Daher besteht eine Notwendigkeit, die Ankunft des Nicht-Voll-Signals zu detektieren, da es offensichtlich ist, dass das zweite Halb-Symbol dem ersten zu folgen hat.
7 ist ein Flussdiagramm einer Signalverarbeitung in dem Empfänger gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Insbesondere veranschaulicht 7 eine Verarbeitungsalgorithmus in einem Mehrfachträgersignal mit einer Unterteilung in Teil-Symbole. Es sei jedoch angemerkt, dass, obwohl der in 7 dargestellte Algorithmus für eine Symbolteilung in zwei Teil-Symbole dient, die vorliegende Erfindung nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt ist, sondern auch angewendet werden kann, wenn das Symbol in mehr als zwei Teil-Symbole unterteilt wird.
Gemäß 7 werden Daten im Schritt 701 eingegeben. Ob ein Eingangssignal für die eingegebenen Daten ein Voll-Symbol oder ein Halb-Symbol ist, wird in den Schritten 703 und 705 ermittelt. Wenn das Eingangssignal ein Halb-Symbol ist, kehrt der Ablauf zu dem Schritt 701 zurück, in welchem ein weiteres Halb-Symbol empfangen wird. Wenn jedoch das Eingangssignal ein Voll-Symbol ist, geht der Ablauf zu dem Schritt 707 über, in welchem die Daten ausgegeben werden.
8 ist eine Blockdarstellung, welche schematisch einen Empfänger eines OFDM-Kommunikationssystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Insbesondere enthält der Empfänger des in 8 dargestellt OFDM-Kommunikationssystems eine Empfangs-(Rx)-Antenne 801, einen RF-Prozessor 803, eine Schutzintervall-Entfernungseinrichtung 805, eine FFT-Einheit 807, einen Symboldetektor 809, eine Deleaving/Demapping-Einheit 811 und einen FEC-Decoder 813.
Wenn das von einem Sender übertragene Signal über die Rx-Antenne 801 empfangen wird, enthält das empfangene Signal dem Signal während des Durchlaufs des Mehrpfadkanals hinzugefügtes Rauschen. Das durch die Rx-Antenne 801 empfangene Signal wird in den RF-Prozessor 803 eingegeben, und der RF-Prozessor 803 setzt das über die Rx-Antenne empfangene Signal auf ein Signal einer Zwischenfrequenz (IF) herunter und gibt dann das abwärts umgesetzte Signal an die Schutzintervall-Entfernungseinrichtung 805 aus.
Die Schutzintervall-Entfernungseinrichtung 805 empfängt das Signal aus dem RF-Prozessor 803, entfernt das Schutzintervall aus dem empfangenen Signal und gibt dann das Signal an die FFT-Einheit 807 aus. Die FFT-Einheit 807 führt eine FFT an dem von der Schutzintervall-Entfernungseinrichtung 805 ausgegebenen Signal aus und gibt dann das mittels FFT verarbeitete Signal an den Symboldetektor 809 aus.
Der Symboldetektor 809 detektiert das Vorliegen eines Nicht-Voll-Symbols, indem er beispielsweise das Vorliegen eines Symbols Detektorelement detektiert, in welchem nur die Hälfte der Hilfsträger durch das Informationssignal moduliert sind und der restliche Teil eine Amplitude von Null hat, d. h., abwesend ist. Dann gibt der Symboldetektor 809 das detektierte Symbol an die Deleaving/Demapping-Einheit 811 aus.
Nach der Detektion eines Nicht-Voll-Symbols führt die Deleaving/Demapping-Einheit 811 eine solche Demodulation eines Nicht-Voll-Symbols wie vorstehend beschrieben durch, welche berücksichtigt, dass nicht alle Hilfsträger für die Informationsübertragung verwendet werden.
Nach der Demodulation aller Teil-Symbole, welche das ursprüngliche Voll-Symbol bilden, werden die Teil-Symbole in einen Ausgangsinformationsstrom in einer solchen Weise multiplexiert, dass die demodulierte Symbolreihenfolge der Symbolreihenfolge des ursprünglichen Informationsflusses entspricht, der an den FEC-Decoder 813 weitergeleitet wird.
9 ist eine Blockdarstellung, welche schematisch einen Sender eines OFDM-Kommunikationssystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Gemäß 9 enthält der Sender einen FEC-Codierer 901, eine Interleaving/Mapping-Einrichtung 903, einen Symbolteiler 905, mehrere IFFT-Einheiten 907 bis 909, einen Spitzendetektor 911, eine Schutzintervall-Einfügungseinrichtung 913, einen RF-Prozessor 915 und eine Tx-Antenne 917.
Wenn zu übertragende Daten (einschließlich Benutzerdatenbits und Steuerdatenbits) in dem OFDM-Sender auftreten, werden die Daten in den FEC-Codierer 901 eingegeben. Wie vorstehend angegeben, werden die Benutzerdatenbits und die Steuerdatenbits hierin als "Informationsdatenbits" bezeichnet.
Der FEC-Codierer 901 codiert die Eingangsinformationsdatenbits gemäß einem vorbestimmten Codierungsverfahren und gibt die codierten Daten an die Interleaving/Mapping-Einrichtung 903 aus. Das Codierungsverfahren kann ein Faltungscodierungsverfahren oder ein Turbocodierungsverfahren mit einer vorbestimmten Codierungsrate sein. Die Interleaving/Mapping-Einrichtung 903 verschachtelt und moduliert die aus dem FEC-Codierer 901 ausgegebenen Bits gemäß einem vorbestimmten Verschachtelungsverfah ren und einem vorbestimmten Modulationsverfahren, um dadurch modulierte Symbole zu erzeugen.
Die Interleaving/Mapping-Einrichtung 103 gibt die erzeugten modulierten Symbole an die IFFT-Einheit 105 aus. Das Modulationsverfahren kann ein QPSK-(Quadrature Phase Shift Keying)-Verfahren, ein 8PSK-(Phase Shift Keying)-Verfahren, QAM (Quadrature Amplitude Modulation) oder ein 16QAM-Verfahren sein.
Der Symbolteiler 905 erzeugt eine Voll-Symbolsequenz oder wenigstens zwei Teil-Symbolsequenzen unter Verwendung des aus der Interleaving/Mapping-Einrichtung 903 ausgegebenen Signals und gibt dann die erzeugte Voll-Symbolsequenz oder Teil-Symbolsequenz an die entsprechende IFFT-Einheit, wie z. B. die IFFT-Einheit 907 und/oder die IFFT-Einheit 909, aus.
Jede von den IFFT-Einheiten 907 bis 909 führt die IFFT an dem Signal in der Interleaving/Mapping-Einrichtung 903 oder dem Symbolteiler 905 aus und gibt das IFFT-verarbeitete Signal an den Spitzendetektor 911 aus. In diesem Falle empfangen die IFFT-Einheiten 907 bis 909 eine Voll-Symbolsequenz oder wenigstens zwei Teil-Symbolsequenzen aus dem Symbolteiler 905, wandelt gleichzeitig die Eingangsfolge oder die Folgen in eine Zeitbereichssymbolsequenz um und gibt dann die umgewandelte Sequenz oder die Sequenzen an den Spitzendetektor 911 aus.
Obwohl der in 9 dargestellte Sender mehrere IFFT-Einheiten enthält, ist die vorliegende Erfindung nicht auf das in 9 dargestellte Beispiel beschränkt. Stattdessen kann der Sender gemäß der vorliegenden Erfindung nur eine IFFT-Einheit enthalten und kann eine für die Symbolteilung geeignete Operation durchführen. Ferner kann die nur eine IFFT-Einheit adaptiv korrekt für die Symbolteilung gemäß einer Systemvoreinstellung implementiert sein. Beispielsweise kann, wenn das Symbol in zwei Halb-Symbole unterteilt wird, der Sender eine oder zwei IFFT-Einheiten enthalten.
Der Spitzendetektor 911 empfängt die Voll-Symbolsequenz oder wenigstens zwei Teil-Symbolsequenzen aus den IFFT-Einheiten 907 bis 909 und detektiert das Vorliegen eines Spitzenwertes der Symbole. Wenn der Spitzendetektor 911 eine anomale Spitze detektiert, meldet der Spitzendetektor 911 die Detektion an den Symbolteiler 905, so dass der Symbolteiler 905 eine Symbolteilung ausführt. Wenn der Spitzendetektor 911 keine anomale Spitze detektiert, gibt der Spitzendetektor 911 die entsprechende Symbolsequenz an die Schutzintervall-Einfügeeinrichtung 913 aus.
Die Schutzintervall-Einfügeeinrichtung 913 fügt ein Schutzintervall in das Signal aus dem Spitzendetektor 911 ein und gibt dann das Signal an den RF-Prozessor 915 aus. Das Schutzintervall beseitigt eine Interferenz zwischen einem vorhergehenden OFDM-Symbol, das zu einem vorhergehenden OFDM-Symbolzeitpunkt übertragen wurde, und einem aktuellen OFDM-Symbol, das zu einem derzeitigen OFDM-Symbolzeitpunkt in einem OFDM-Kommunikationssystem zu übertragen ist. Um das Schutzintervall einzufügen, kann ein zyklisches Präfix-Verfahren oder ein zyklisches Postfix-Verfahren angewendet werden. In dem zyklischen Präfix-Verfahren wird eine vorbestimmte Anzahl letzter Abtastwerte eines OFDM-Symbols in einem Zeitbereich kopiert und in ein gültiges OFDM-Symbol eingefügt, und in dem zyklischen Postfix-Verfahren wird eine vorbestimmte Anzahl erster Abtastwerte eines OFDM-Symbols in einem Zeitbereich kopiert und in ein gültiges OFDM-Symbol eingefügt.
Der RF-Prozessor 915 verarbeitet das Signal aus der Schutzintervall-Einfügeeinrichtung 913, so dass das Signal über einen tatsächlichen Kanal übertragen werden kann. Dann überträgt der RF-Prozessor 915 das verarbeitete Signal über die Tx-Antenne 917. Der RF-Prozessor 915 enthält ein vorbestimmtes Filter und eine Eingangseinheit für die Durchführung einer Operation in Bezug auf eine RF-Signalumsetzung in dem eine digitale Filterung enthaltendem RF-Pfad.
Wie vorstehend beschrieben, schlägt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Minimieren des PAPR in einem OFDM-Kommunikationssystem vor. Gemäß dem PAPR-Minimierungsverfahren der Erfindung wird, wenn der Spitzenwert eines OFDM-Symbols einen maximal zulässigen Pegel überschreitet, das OFDM-Symbol in ein oder mehrere Teil-Symbole unterteilt, um das PAPR zu reduzieren.

Hierin nachstehend wird das Verhalten der vorliegenden Erfindung auf der Basis von Simulationsergebnissen gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung diskutiert. Es wird angenommen, dass Simulationsparameter gemäß Darstellung in der nachstehenden Tabelle 1 in der Simulation verwendet werden. Die Simulation zeigte eine Überlaufrate gemäß Darstellung in 2. Tabelle 1

Gesamtpakete	30000
16QAM-Symbole pro Paket	148
Reservierte Hilfsträger für Halb-Daten-Symbole	–26, –24, –23, –18, –16, –15, 14, –11, –9, –5, –4, –1 1, 2, 3, 4, 6, 8, 13, 14, 15, 22, 24, 26

Tabelle 2

Leistungs-Verstärkung, dB	Zusatzsymbole	Überlauf-Abtastwerte vor Filter	Überlauf-Abtastwerte nach Filter	Überlaufabtastwerte außerhalb Schutzintervall	Geschwindigkeitsabnahme, %
2	339	0	2	0	0,008
2,5	1601	0	13	0	0,036
3	6312	0	50	0	0,14
3,5	20525	0	127	0	0,46
4	59754	1	356	1	1,35

Die in Tabelle 2 dargestellten Simulationsergebnisse zeigen, dass eine Zunahme in der mittleren Leistungsverstärkung um 4 dB möglich ist, während gleichzeitig die Datenratenreduzierung nur 1,35% beträgt.
Zum Vergleich beträgt im Falle einer 6-Töne-Reservierung die Datenratenreduzierung 12,5 Prozent (6/48).
10 ist eine graphische Darstellung, die das Verhalten der vorliegenden Erfindung darstellt. Zuerst beweisen Berechnungen, dass es unter Anwendung des beanspruchten Verfahrens möglich ist, eine analog beste PAPR-Wertreduzierung im Vergleich zu dem auf der Hilfsträgerredundanz basierenden Verfahren ohne wesentlich Informationsratenreduktion (Reduktion im Größenbereich von 1 bis 10%) zu erreichen.
10 stellt Ergebnisse einer Modulation dar, die durchgeführt wurde, um die Effektivität des Verfahrens der vorliegenden Erfindung, d. h., des Symbolteilungsverfahrens, abzuschätzen. Die Ergebnisse werden im Vergleich zu dem auf der Hilfsträgerredundanz basierenden Iterationsverfahren präsentiert. Gemäß 10 wurden die nachstehenden Modulationsparameter verwendet:

– Ungleichmäßige Symbole 10⁷
– 16QAM-Modulation
– Für IFFT 64 Punkte
– Verfahren der Tonredundanz:
– Menge redundanter Töne 10% (6)
– Integrationsmenge des Gradientenverfahrens 2 und 4
– Symbolteilungsverfahren:
– Schwelle 8 dB und 9 dB
– für IFFT 256 Punkte
– Verfahren der Tonredundanz:
– Menge redundanter Töne 10% (25)
– Integrationsmenge des Gradientenverfahrens 2 und 30
– Symbolteilungsverfahren:
– Schwelle 8,8 dB und 9,5 dB

Berechnungen für eine 64-Punkt IFFT zeigen, dass bei dem Schwellenwert der Symbolteilung von 8 dB die Informationsratenverluste 10% entsprechend einem ähnlichen Ratenverlust bei einer Redundanz von 10% Tönen ist. Bei einem Teilungsschwellenwert von 9 dB ist der Ratenverlust 1,9%.
Berechnungen für eine 64-Punkt IFFT zeigen, dass bei dem Schwellenwert der Symbolteilung von 8,8 dB die Informationsratenverluste 10% entsprechend einem ähnlichen Ratenverlust bei einer Redundanz von 10% Tönen ist. Bei einem Teilungsschwellenwert von 9,5 dB ist der Ratenverlust 2,6%.
Trotz der OFDM-Symbolteilung werden einige von den Informationshilfsträgern nicht benutzt. Die Möglichkeit einer Kombination des beanspruchten Verfahrens mit dem Hilfsträgerredundanzverfahren besteht. In diesem Falle wird ein Korrekturimpuls auf den Hilfsträgern erzeugt. Dieses führt zu einer zusätzlichen PAPR-Reduzierung, wenn der eine Signalamplitude (momentane Kapazität) überschreitende Schwellenwert in irgendeinem Teil-Symbol auftritt.
Gemäß vorstehender Beschreibung stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren bereit, das ein PAPR in einem breitbandigen drahtlosen Kommunikationssystem reduziert. Ferner kann die vorliegende Erfindung eine PAPR-Reduzierung mit einer hohen Übertragungskapazität ohne einen Signalkorrekturprozess erzielen.
Gemäß dem durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagenen Verfahren werden Symbole in Voll-Symbole und Teil-Symbole klassifiziert. Wenn ein PAPR-Wert jedes Symbols größer als ein in dem System festgelegter vorbestimmter Schwellenwert ist, werden die Teil-Symbole in einer Weise übertragen, die den PAPR verringert.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen davon beschrieben wurde, dürfte es sich für den Fachmann auf diesem Gebiet verstehen, dass verschiedene Änderungen in Form und Details daran ohne Abweichung von dem Schutzumfang der Erfindung gemäß Definition durch die beigefügten Ansprüche ausgeführt werden können.

Claims

Verfahren zur Signalverarbeitung durch eine Sendeeinrichtung zum Reduzieren eines Verhältnisses von maximaler zu mittlerer Leistung (Peak to Average Power Ratio – PAPR) in einem Mehrfachträger-Kommunikationssystem, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Eingeben (501) von Informations-Datenbits als Eingabedaten in die Sendeeinrichtung; b) Umwandeln (511) eines Voll- oder Teil-Symbols in parallele Hilfsträger; c) Modulieren (511) der parallelen Hilfsträger; d) Erzeugen (513) eines Sendesymbols durch Umwandeln der modulierten Hilfsträger über IFFT und serielle Umwandlung; e) Vergleichen (517) eines PAPR des Sendesymbols mit einem in dem System eingestellten Schwellenwert; f) Ausgeben des Sendesymbols als ein Voll-Symbol, das nur ein Informationssymbol enthält, wenn das PAPR des Sendesymbols den Schwellenwert nicht übersteigt; g) Teilen (503, 505, 509) des Voll-Symbols in wenigstens zwei Teil-Symbole, wenn das PAPR des Sendesymbols den Schwellenwert übersteigt, und Durchführen der Schritte b) bis e) mit jedem der Teil-Symbole, wobei jedes der Teil-Symbole eine verringerte Anzahl von Hilfsträgern enthält, die mit den Eingabedaten moduliert sind, und die verbleibenden Hilfsträger nicht verwendet werden und Null-Amplitude haben, und Ausgeben jedes Teil-Symbols als Sendesymbol.
Verfahren zur Signalbearbeitung durch eine Empfangseinrichtung zum Reduzieren eines Verhältnisses von maximaler zu mittlerer Leistung (Peak to Average Power Ratio – PAPR) in einem Mehrfachträger-Kommunikationssystem, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Erfassen (701) eines Empfangssymbols; b) Prüfen (703, 705), ob das erfasste Empfangssymbol ein Voll-Symbol, das nur Informationssymbole sendet, oder ein Teil-Symbol ist, das nur einen Teil der Informationssymbole sendet, durch Analysieren einer Signalamplitude auf Teilträ gern, die nicht moduliert sind und Null-Amplitude haben, wobei Frequenzen zum Teilen in Teil-Symbole bekannt sind; entweder c) Demodulieren der Teilträger des erfassten Voll-Symbols; oder d) Demodulieren nur der Teilträger, die Informationssymbole senden, aus den erfassten Teil-Symbolen.
Vorrichtung für das Senden von Signalen zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Symbol-Teileinrichtung (401, 905), die zum Durchführen des Schritts g) eingerichtet ist; einen Seriell-Parallel-Wandler, der zum Durchführen von Schritt b) eingerichtet ist; wenigstens einen Modulador (403, 405, 407, 409, 411, 413; 907, 909), der zum Durchführen von Schritt c) eingerichtet ist; einen Multiplexer (415), der zum Durchführen von Schritt d) eingerichtet ist; eine Spitzenerfassungseinrichtung, die zum Durchführen von Schritt e) eingerichtet ist; und eine Sendeeinheit (917) zum Senden des erzeugten Sendesymbols, wobei Teil-Symbole seriell gesendet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Spitzen-Erfassungseinrichtung so eingerichtet ist, dass sie der Symbol-Teileinrichtung Erfassungsinformationen mitteilt, wenn das PAPR des Sendesymbols den Schwellenwert übersteigt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Demultiplexer entsprechend der Anzahl der modulierten Hilfsträger wenigstens eine IFFT-Einheit (907, 909) enthält.
Vorrichtung für Signalempfang zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 2, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Symbol-Erfassungseinrichtung (603, 809), die so eingerichtet ist, dass sie Schritte a) und b) durchführt; eine Demodulationseinrichtung (605), die so eingerichtet ist, dass sie Schritte c) und d) durchführt; eine Deinterleaving-/Demapping-Einrichtung (607, 811) zum Umwandeln der demodulierten Hilfsträger in ein Symbol.