DE4441323C2 - Verfahren zur Übertragung von OFDM-Signalen und Funknetzanlage zum Durchführen des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Übertragung von OFDM-Signalen sowie auf eine dieses Verfahren benutzende Funk­ netzanlage mit mehreren, insbesondere mobilen, Stationen, die für bidirektionalen Datenaustausch eingerichtet sind.

Das Bedürfnis nach höheren Datenübertragungsraten in modernen Kommunikationssystemen macht eine größere Frequenzbandbreite er­ forderlich. Dies gilt besonders auch für mobile Kommunikations­ systeme, wobei derzeit gängige Systeme, wie zum Beispiel GSM und DCS1800, mit ihren vergleichsweise niedrigen Übertragungsraten in der Größenordnung von einigen kBit/s in erster Linie den Be­ darf an Sprachkommunikation abdecken, während sich im Bereich der Fertigungstechnik zunehmend ein Bedarf nach lokaler und mo­ biler Datenkommunikation mit höheren Übertragungsraten ergibt. Für derartige Systeme ist der Bereich hoher Frequenzen, z. B. 60 GHz interessant, da hier die nötige Bandbreite zur Verfügung steht. Dabei ist ein ökonomischer Umgang mit den verwendeten Frequenzen in solchen lokalen Funknetzwerken (RLANs = Radio Lo­ kal Area Networks) wünschenswert.

Als ein mögliches Übertragungsverfahren für Kommunikationssyste­ me ist die Datenübertragung mittels OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)-Signalen bekannt, bei der im Gegensatz zum ebenfalls gebräuchlichen Frequenz-Multiplex-System das ge­ samte Übertragungsband in eine Mehrzahl (N) von überlappenden Subkanälen unterteilt wird. Die zu übertragende serielle Symbol­ folge wird auf die Subkanäle verteilt, so daß N Symbole gleich­ zeitig gesendet werden können. Durch diese parallele Übertragung wird die Symboldauer um den Faktor N größer. Bei vorausgesetzt ungestörter Übertragung ist eine Rekonstruktion der Information auf der Empfängerseite aufgrund der Orthogonalität der Subträ­ gerschwingungen ohne Fehler möglich. Fügt man dem Übertragungs­ modell noch eine Kanalcodierung hinzu, wird das Verfahren mit COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing) be­ zeichnet. Dieses Übertragungsverfahren ist durch Verwendung von effizienten FFT (Fast Fourier Transform)-Algorithmen mit wenig Aufwand realisierbar. So kann zum Beispiel nach einer A/D- Wandlerstufe der gesamte nachfolgende Empfängerteil als inte­ grierter Schaltkreis aufgebaut sein. Des weiteren ist keine Ent­ zerrung erforderlich, da durch die relativ große Symboldauer ei­ ne Störung durch Intersymbolinterferenz vermindert wird. Um dem Effekt verlorengegangener Orthogonalität der einzelnen Träger an der Empfängerseite aufgrund von Mehrwegeausbreitung entgegenzu­ wirken, wird üblicherweise ein Schutzintervall vor jedem Symbol gesendet. Zu obigen und weiteren Eigenschaften von Übertragungs­ verfahren mit OFDM-Signalen wird auf die hierzu vorhandene Lite­ ratur Bezug genommen, siehe beispielsweise die Beiträge von J. L. Cimini, "Analysis and Simulation of a Digital Mobile Channel Using Orthogonal Frequency Division Multiplexing", IEEE Tran­ sactions on Communications, Bd. COM-33, Nr. 7, Seiten 665 bis 675, Juli 1985, von S. B. Weinstein, "Data Transmission by Fre­ quency-Division Multiplexing Using the Discrete Fourier Trans­ form" in IEEE-Transactions on Communication Technology Bd. COM- 19, Nr. 5, Seiten 628 bis 634, Oktober 1971, von J.C. Rault, D. Castelain und B. Le Floch, "The Coded Orthogonal Frequency Divi­ sion Multiplexing (COFDM) Technique, and ist Application to Di­ gital Radio Broadcasting Towards Mobile Receivers" in IEEE GLOBECOM, Bd. 1, S. 12.3.1-12.3.5., November 1989 von M. Alard und R. Lassalle, "Principles of modulation and channel coding for digital broadcasting for mobile receivers" in EBU Technical Review, No. 224, S. 186-191, August 1987 und von B.Le Flach et al., "Digital Sound Broadcasting to Mobile Recivers", IEEE Trans­ actions on Consumer Electronics, Bd. 35, Nr. 3, August 1988, Seiten 493 bis 503.

Für das OFDM bzw. das COFDM-Verfahren ist der nichtkonstante Verlauf des Betrags der komplexen Einhüllenden des COFDM-Signals wegen der Mehrzahl (N) von Subkanälen charakteristisch. Diese Schwankungen der Einhüllenden des Signals stellen hohe Anforde­ rungen an den verwendeten Sendeverstärker hinsichtlich Lineari­ tät über einen möglichst großen Bereich. Hier besteht die Schwierigkeit, daß derzeit jedenfalls ohne übermäßigen Aufwand keine Sendeverstärker zur Verfügung stehen, die bei ausreichen­ der Ausgangsleistung eine lineare Kennlinie über den geforderten Bereich bei den gewünschten hohen Übertragungsfrequenzen, zum Beispiel im Bereich von 60 GHz aufweisen. Während beim Einsatz des COFDM-Modulationsverfahren in einem digitalen Rundfunksystem (DAB) aufgrund des dort nur unidirektonalen Datenflusses diese Schwierigkeit durch höheren Aufwand bei der Realisierung des nur einen erforderlichen Sendeverstärkers etwas entschärft werden könnte, ist ein solcher Sendeverstärker-Hardwareaufwand in Fun­ knetzsystemen mit bidirektionalem Datenaustausch zwischen mobilen Stationen, in die jeweils ein Sendeverstärker zu integrieren ist, nicht mehr vertretbar. Wünschenswert ist in jedem Fall, den Sendeverstärker zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades bis zur Sättigung auszusteuern, ohne daß die entstehen der Außerband­ strahlung der OFDM-Signale den zulässigen maximalen Wert über­ schreitet. Zur Reduktion der Außerbandstrahlung bei der Übertra­ gung von OFDM-Signalen sind prinzipiell zwei Methoden bekannt. Bei der ersten Methode wird das Signal verändert, bevor es auf den Sendeverstärker gegeben wird. Bei der zweiten Methode wird direkt Einfluß auf das Verhalten des Sendeverstärkers genommen. Als Hardware-Eingriffe, die direkt das Verstärkerverhalten be­ einflussen, sind eine vorwärtsregelnde Technik und eine rückkop­ pelnde Technik bekannt, siehe z. B. R.G. Meyer, R. Eschenbach und M. W. Edgerley, "A Wide-Rand Feedforward Amplifier", IEEE Jour­ nal of Solid-State Circuits, Bd. sc-9, Nr. 6, Dezember 1974 so­ wie M. Johannson und Th. Mattson, "Transmitter Linearization using cartesian Feedback for linear TDMA Modulation", ICC 1991. Um Synchronisationsschwierigkeiten zu beheben, kann ein Pilotton verwendet werden, mit dem ein Mikroprozessor den Sendeverstärker regeln kann, so daß sich Dämpfungen der Außerbandstrahlung von über 30 dB erzielen lassen, siehe S. Narahashi und T. Nojima, "Extremely Low-Distorsion Multi-Carrier Amplifier - Self Adju­ sting Feed Forward (SAFF) Amplifier - "ICC 1991, pp 1485-1490. Wegen des hohen Hardwareaufwands eignen sich diese Techniken in erster Linie für stationäre Basisstationen. Als eine signalver­ ändernde Methode ist das Verfahren zur Linearisierung von Ver­ stärkern durch Vorverzerrung bekannt, siehe zum Beispiel G. Laz­ zarin und S. Pupolin, "Nonlinearity Compensation in Digital Ra­ dio Systems", IEEE Tansactions on Communications, Bd. COM-42, Nr. 2, 3, 4, S. 988-999, Feb, 1994. Diese Methode spielt jedoch bei Mehrträgerverfahren mit nichtkonstanter Einhüllenden nur ein untergeordnete Rolle, da es nur möglich ist, die Kennlinie bis zum Sättigungspunkt des Sendeverstärkers zu linearisieren, wäh­ rend es ohne Maßnahmen nicht zu verhindern ist, daß der Verstär­ ker in die Sättigung gerät.

In der Offenlegungsschrift DE 36 04 832 A1 ist ein Audiosignal­ kompressor beschrieben, mit dem die Dynamik von zu sendenden Au­ diosignalen steuerbar dergestalt reduziert werden kann, daß das eingehende Signal mittels einer durch ein Steuersignal aus einer Kennlinienschar ausgewählten Kennlinien reduziert wird. Dabei kann eine Signalhöhengrenze eingestellt werden, unterhalb der die Signale proportional übertragen werden, während die diese Grenze überschreitenden Signale gemäß der gewählten stetigen Kennlinie, welche den zu einem jeweiligen Eingangssignalsprung gehörigen Ausgangssignalsprung festlegt, komprimiert werden. Diese Technik der Dynamikreduzierung durch Vorgabe einer derar­ tigen, stetig verlaufenden Kennlinie des Ausgangssignalhubs als Funktion des Eingangssignalshubs hat eine vergleichsweise hohe Außerbandstrahlung zur Folge, was gerade auch für die Übertra­ gung von OFDM-Signalen unerwünscht ist.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens zur Übertragung von OFDM-Signalen, mit dem sich die OFDM-Signale auch bei höheren Trägerfrequenzen, zum Beispiel im Millimeterwellengebiet, mit ausreichender Leistung bei ver­ gleichsweise geringem Hardwareaufwand und möglichst geringer Si­ gnalverfälschung, d. h. geringer Außerbandstrahlung, übertragen lassen, sowie einer dieses Verfahren verwendenden Funknetzanlage zugrunde.

Dieses Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Funknetzanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst. Verfahrensgemäß wird die Dynamik der OFDM-Signale, d. h. deren maximale Amplitudenschwankung, vor ei­ nem jeweiligen Sendeverstärker durch Multiplikation mit einer Dynamikreduktionsfunktion reduziert. Diese Maßnahme generiert zwar durch die von ihr verursachte Signalveränderung eine gewis­ se Erhöhung der Außerbandstrahlung, sie ermöglicht es jedoch an­ dererseits, den Dynamikbereich der OFDM-Signale ganz oder jeden­ falls in einem größeren Maße als bei herkömmlichen Übertragungs­ verfahren dieser Art in den linearen Bereich des Sendeverstär­ kers zu legen, ohne an diesem beträchtlichen Hardwarezusatzauf­ wand vornehmen zu müssen. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Sy­ stemen erzeugt daher der Sendeverstärker keine oder jedenfalls nur eine vergleichsweise geringe weitere Signalveränderung. Es zeigt sich, daß bei geeigneter Wahl der Dynamikreduktionsfunkti­ on das erfindungsgemäße Verfahren zu einer geringeren Außerband­ strahlung führt als diejenige, die bei Übertragung der vollen Signaldynamik durch die Aussteuerung des Sendeverstärkers auch in seinem nichtlinearen Bereich verursacht wird. Da diese Art der Außerbandstrahlungsunterdrückung keinen hohen Hardwarezu­ satzaufwand am Sendeverstärker erfordert, eignet es sich das Verfahren in besonderer Weise für den Einsatz in Funknetzanlagen mit mobilen, untereinander in bidirektionalem Datenaustausch stehenden Stationen, wozu dann eine die Dynamikreduktion des OFDM-Signals durchführende Einheit, die mit relativ geringem Aufwand realisierbar ist, vor dem in jeder Station befindlichen Sendeverstärker angeordnet ist.

Die Dynamikreduktion um ein gewünschtes Maß wird mit insgesamt relativ geringer Signalveränderung dadurch erreicht, daß ganz spezifisch die hohen, über einem vorgegebenen Schwellenwert lie­ genden Amplitudenbeträge der Einhüllenden des OFDM-Signals durch Multiplikation mit Funktionswerten der Dynamikreduktionsfunktion kleiner als eins reduziert werden, während in den übrigen Berei­ chen das OFDM-Signal aufgrund der dort höheren, bis zum Wert eins ansteigenden Funktionswerte der Dynamikreduktionsfunktion weitestgehend unverändert bleibt. Dabei weist die Dynamikreduk­ tionsfunktion in den Signalbereichen, in denen eine Dynamikre­ duktion vorzunehmen ist, einen jeweiligen inversen Gaußfunkti­ onsabschnitt zur Bereitstellung der Funktionswerte kleiner als eins auf, wobei jeder Gaußfunktionsabschnitt endseitig stetig auf den Wert eins geführt wird und die Dynamikreduktionsfunktion zwischen diesen Gaußfunktionsabschnitten den Wert eins annimmt. Die Verwendung der inversen Gaußfunktionsabschnitte ergibt auf­ grund der bekannten mathematischen Eigenschaften von Gaußfunk­ tionen eine besonders zufriedenstellende spektrale Beschaffen­ heit der Dynamikreduktionsfunktion und des resultierenden dyna­ mikreduzierten Signals. Zudem läßt sich eine solche Dynamikre­ duktionsfunktion in einfacher Weise dadurch generieren, daß beim Überschreiten des vorgegebenen Schwellenwertes durch das OFDM- Signal Impulse erzeugt und auf ein Gaußfilter gegeben werden.

Eine Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 sieht in vor­ teilhafter Weise die Kombination der Dynamikreduktion mit der an sich bekannten Technik der Vorverzerrung zur Erzielung eines besser linearisierten Sendeverstärkerverhaltens vor. Durch die bessere Linearisierung des Sendeverstärkerverhaltens reduziert die Vorverzerrung zusätzlich den störenden Außerbandstrahlungs­ anteil.

Falls die mit der Multiplikation des OFDM-Signals mit der Dyna­ mikreduktionsfunktion einhergehenden Signalveränderungen auf der Empfängerseite störend in Erscheinung treten, kann dem vorteil­ haft mit einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 ent­ gegengewirkt werden. Dabei werden die für eine empfängerseitige Rekonstruktion der Dynamikreduktionsfunktion nötigen Informatio­ nen zusätzlich zum eigentlichen OFDM-Signal von der Sender- zur Empfängerseite übertragen, so daß letztere die Dynamikredukti­ onsfunktion rekonstruieren und damit aus dem empfangenen OFDM- Signal das ursprüngliche OFDM-Signal vor der Dynamikreduktion zurückgewinnen kann. Mit besonderem Vorteil läßt sich diese Me­ thode beispielsweise in dem Fall anwenden, in dem die Dynamikre­ duktionsfunktion als dynamikreduzierende Funktionsbereiche die inversen Gaußfunktionabschnitte aufweist, die durch auf ein Gaußfilter gegebene Impulse generiert werden. Denn in diesem Fall genügt die Übertragung lediglich der Impulse, um auf der Empfängerseite die Rekonstruktion der Dynamikreduktionsfunktion zu ermöglichen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeich­ nungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild des erfindungswesentli­ chen Teils einer mobilen Station einer Millimeterwellen- Funknetzanlage,

Fig. 2 ein Kennliniendiagramm für den in Fig. 1 verwendeten Sendeverstärker zur Veranschaulichung einer Vorverzer­ rungsmaßnahme,

Fig. 3 ein Diagramm des Zeitverlaufs des Betrags der komplexen Einhüllenden eines in den Stationen gemäß Fig. 1 erzeug­ baren OFDM-Signals vor und nach einer Dynamikreduzierung mittels einer ebenfalls gezeigten Dynamikreduktionsfunk­ tion,

Fig. 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung der spektralen Lei­ stungsdichte des Betrags der komplexen Einhüllenden des OFDM-Signals gemäß Fig. 3 mit bzw. ohne Dynamikreduktion und der Dynamikreduktionsfunktion,

Fig. 5 ein Diagramm zur Veranschaulichung der spektralen Lei­ stungsdichte für das gemäß Fig. 1 gesendete OFDM-Signal mit bzw. ohne Dynamikreduktion und

Fig. 6 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Bitfehlerrate des gemäß Fig. 1 gesendeten OFDM-Signals mit bzw. ohne Dyna­ mikreduktion.

Die Fig. 1 zeigt stark schematisiert eine (5) von mehreren mo­ bilen Stationen einer Millimeterwellen-Funknetzanlage, bei der die Mobilstationen untereinander durch Übertragung von OFDM- Signalen in bidirektionalem Datenaustausch stehen. Jede Mobil­ station (5) beinhaltet einen hier nicht weiter interessierenden Empfängerteil (6) sowie einen Senderteil (4). Die OFDM-Signale werden in dem Senderteil (4) von einer herkömmlichen OFDM- Signalerzeugungseinheit (1) generiert. Bei Hinzufügung einer Ka­ nalkodierung ist in gleicher Weise die Datenübertragung mittels COFDM-Signalen möglich. Typischerweise sind hierfür einige zehn bis einige hundert Nutzkanäle (N) vorgesehen, mit denen N Symbo­ le bei N-fach größerer Symboldauer gleichzeitig gesendet werden können. Üblicherweise erzielbare Bitraten liegen im Bereich von einigen zehn Mbit/s. Eine solche OFDE-Signalerzeugungseinheit (1) kann unter anderem einen Datencoder, eine nachgeschaltete Seriell-Parallel-Wandlereinheit und eine nachfolgende IFT- Einheit zur Durchführung einer inversen, schnellen Fourier- Transformation enthalten. An letztere kann sich eine Schutzin­ tervalleinheit anschließen, um vor den Daten jedes Symbols ein Schutzintervall zu senden, dessen Dauer mindestens der Länge der Kanalstoßantwort entspricht, was merkliche Nachbarkanalstörungen unterdrückt.

Das von der OFDM-Signalerzeugungseinheit (1) abgegebene Aus­ gangssignal (S_R) wird in einer nachfolgenden Dynamikreduktions­ einheit (2) einer Dynamikreduktion unterzogen. Das am Ausgang der Dynamikreduktionseinheit (2) abgegebene, dynamikreduzierte OFDM-Signal (S_D) wird dann einem TWT (travelling wave tube)- Sendeverstärker (3) zugeführt, der das dynamikreduzierte OFDM- Signal (S_D) verstärkt und das verstärkte, dynamikreduzierte OFDM- Signal (S_S) über die Millimeterwellenfunkstrecke abgibt, die auf einer hohen Trägerfrequenz von zum Beispiel 60 GHz arbeitet, um eine hohe Bandbreite für große Datenübertragungsraten zur Verfü­ gung zu haben. In Fig. 5 sind die typischen Kennlinien eines solchen TWT-Verstärkers für Betrag und Phase des übertragenen Signals mit der durchgezogenen (a) bzw. der strichpunktierten Linie (b) im Bereich bis zur Sättigung des Verstärkers wiederge­ geben. In diesem Bereich läßt sich das Verstärkerverhalten durch die herkömmliche Technik der Vorverzerrung linearisieren. Bei idealer Vorverzerrung ergibt dies die in Fig. 5 gestrichelt eingezeichnete, bis zur Sättigung lineare Kennlinie (c). Im nicht gezeigten, anschließenden Sättigungsbereich bei noch höhe­ ren Eingangssignalspannungen (Ue) flacht selbst die durch Vor­ verzerrung erhaltene Kennlinie für die Ausgangsspannung (Ua) in Richtung horizontalem Verlauf ab.

Würde das von der OFDM-Signalerzeugungseinheit (1) generierte OFDM-Signal (S_R) mit seiner vollen Dynamik, d. h. mit der vollen Amplitudenschwankung der komplexen Einhüllenden des OFDM- Signals, auf den Sendeverstärker (3) gegeben, wäre es bei der gewünschten, hohen Übertragungsfrequenz nicht möglich, letzteren nur in dem durch Vorverzerrung linearisierten Bereich zu betrei­ ben. Vielmehr würde der Verstärker (3) zwangsläufig auch in den Sättigungsbereich hinein angesteuert, wodurch das nichtlineare Verstärkerverhalten eine hohe Außerbandstrahlung erzeugen würde. Diesem Problem wird durch die Einfügung der Dynamikreduktions­ einheit (2) abgeholfen. Die Dynamikreduktionseinheit (2) verrin­ gert in nachfolgend beschriebener Weise die Amplitudenschwankung des generierten OFDM-Signals (S_R) gerade so weit, daß das entste­ hende, dynamikreduzierte OFDM-Signal (S_D) ganz im durch Vorver­ zerrung linearisierten Übertragungsbereich des nachfolgenden Sendeverstärkers (3) liegt. Zwar erzeugt die Dynamikreduktion zwangsläufig eine gewisse, mit der Signalveränderung einherge­ hende Außerbandstahlung, diese läßt sich jedoch beträchtlich kleiner halten als diejenige, die vom Sendeverstärker (3) bei Aussteuerung in seinen nichtlinearen Kennlinienbereich hinein generiert würde. Dabei ist zu beachten, daß der Sendeverstärker (3) keine zusätzliche Außerbandstrahlung bei Übertragung des in seinem linearen Übertragungsbereich liegenden, dynamikreduzier­ ten OFDN-Signals (S_D) erzeugt, weshalb durch die Maßnahme der Dy­ namikreduktion des OFDM-Signals in Kombination mit der das Ver­ stärkerübertragungsverhalten linearisierenden Vorverzerrung eine deutliche Reduktion der störenden Außerbandstrahlung erzielt wird.

Die in diesem Beispiel verwendete Art der von der Dynamikreduk­ tionseinheit (2) durchgeführten Dynamikreduktion ist in Fig. 3 veranschaulicht. Dort ist in einem typischen Zeitausschnitt der auf den Effektivwert normierte Betrag (S_RB) der komplexen Einhül­ lenden des von der OFDN-Signalerzeugungseinheit (1) abgegebenen OFDM-Signals (S_R) gezeigt. In der Dynamikreduktionseinheit (2) wird dieses Betragssignal (S_RB) mit einer ebenfalls in Fig. 3 wiedergegebenen Dynamikreduktionsfunktion (d) multipliziert. Die Dynamikreduktionsfunktion (d) wird von der Dynamikreduktionsein­ heit (2) folgendermaßen festgelegt. Solange der Betrag (S_RB) der komplexen Einhüllenden des eingehenden OFDM-Signals (S_R) unter­ halb eines vorgegebenen Schwellenwertes (SW) liegt, der vorlie­ gend auf das Doppelte des Effektivwertes gesetzt wurde, wird der Funktionswert der Dynamikreduktionsfunktion (d) konstant auf eins gehalten. Sobald der Betrag (S_RB) der komplexen Einhüllenden des eingehenden OFDM-Signals (S_R) diesen Schwellenwert über­ schreitet, was in Fig. 3 an zwei Stellen (e, f) der Fall ist, erzeugt die Dynamikreduktionseinheit (2) einen zugehörigen Im­ puls, der auf ein Gaußfilter zur Generierung eines inversen Gaußfunktionsabschnitts (G1, G2) der Dynamikreduktionsfunktion (d) gegeben wird. Die Dynamikreduktionsfunktion (d) verläuft in­ folgedessen in den Bereichen, in denen der Betrag (S_RB) der kom­ plexen Einhüllenden des OFDM-Signals (S_R) den vorgegebenen Schwellenwert (SW) überschreitet, wie aus Fig. 3 ersichtlich, als jeweilige inverse Gaußfunktion (G1, G2) mit Funktionswerten kleiner eins, wobei die Gaußfunktionsabschnitte (G1, G2) jeweils an ihren Endbereichen stetig in den horizontalen Abschnitt der Dynamikreduktionsfunktion (d) mit dem Funktionswert eins überge­ hen. Die Multiplikation des Betrags (S_RB) der komplexen Einhül­ lenden des eingehenden OFDM-Signals (S_R) mit der so bestimmten Dynamikreduktionsfunktion (d) ergibt den in Fig. 3 gezeigten, solchermaßen dynamikreduzierten Verlauf des OFDM-Signals (S_D) Dabei ist durch passende Wahl des Minimumwertes jedes in­ versen Gaußfunktionsabschnitts (G1, G2) dafür gesorgt, daß der Betrag (S_DB) der dynamikreduzierten komplexen Einhüllenden unter dem vorgegebenen Schwellenwert (SW) liegt. Da die Dynamikreduk­ tionsfunktion in denjenigen Bereichen, in denen bereits das von der OFDM-Signalerzeugungseinheit (1) erzeugte OFDM-Signal (S_R) unterhalb des Schwellenwertes (SW) liegt, den Funktionswert eins besitzt, wird das OFDM-Signal (S_R) in diesen Bereichen nicht ver­ ändert. Die Veränderung bleibt vielmehr vorteilhafterweise auf die Bereiche mit für den linearen Übertragungsbereich des Sende­ verstärkers (3) zu hoher OFDM-Signaldynamik beschränkt.

Die Multiplikation des Betrags (S_RB) der komplexen Einhüllenden des eingehenden OFDM-Signals (S_R) mit der Dynamikreduktionsfunkti­ on (d) entspricht einer Faltung im Frequenzbereich, weshalb durch die Dynamikreduktion das Frequenzspektrum des OFDM-Signals aufgeweitet wird. Wünschenswert ist daher eine möglichst schmal­ bandige Dynamikreduktionsfunktion, wie dies durch das vorliegen­ de Beispiel aufgrund der günstigen spektralen Eigenschaften von Gaußfunktionen der Fall ist. In Fig. 4 ist der Einfluß der Dy­ namikreduktion auf die Frequenzcharakteristik dargestellt. Es ist erkennbar, daß das Frequenzspektrum (h) des Betrags (S_DB) der komplexen Einhüllenden des dynamikreduzierten OFDM-Signals (S_D) gegenüber demjenigen (g) des Betrags (S_RB) der komplexen Einhül­ lenden des eingehenden OFDM-Signals (S_R) vor der Dynamikreduktion eine etwas erhöhte Außerbandstrahlung aufweist, die von der Dy­ namikreduktion verursacht wird. Zusätzlich ist in Fig. 4 das Frequenzspektrum (i) der Dynamikreduktionsfunktion (d) ohne Gleichanteil wiedergegeben. Im Vergleich zu den OFDM-Signalen besitzt die Dynamikreduktionsfunktion (d) erkennbar ein schmal­ bandiges Frequenzspektrum mit geringer Leistung, wobei die Fre­ quenzspektren der OFDM-Signale und der Dynamikreduktionsfunktion (d) merklich von der Wahl des Schwellenwertes (SW) abhängig sind. Je niedriger der Schwellenwert (SW) gelegt wird, desto mehr inverse Gaußfunktionsabschnitte und mit um so kleinerem Mini­ mumwert entstehen, wodurch die Dynamikreduktionsfunktion breit­ bandiger wird und sich der Außerbandstrahlungsanteil wegen der stärkeren Veränderung des OFDM-Signals aufgrund der Dynamikre­ duktion etwas erhöht. Je höher die Dynamikreduktion, um so grö­ ßer ist zwar einerseits der zusätzlich entstehende Außerband­ strahlungsanteil, jedoch werden die Anforderungen an die Linea­ rität des Verstärkerverhaltens geringer, wobei je nach Anwendungsfall der geeignete, optimale Kompromiß aufzusuchen ist. Eine stärkere Dynamikreduzierung ermöglicht es, die Sende­ leistung für das OFDM-Signal bei gleicher Außerbandstrahlung er­ höhen zu können. Durch die Dynamikreduzierung reicht zur Signal­ verstärkung und -übertragung die Aussteuerung des Sendeverstär­ kers (3) in seinem durch Vorverzerrung linearisierten Bereich aus, ohne daß hierdurch zusätzliche Außerbandstrahlung entsteht.

Fig. 5 zeigt anschaulich die deutliche Verbesserung der Si­ gnalübertragungsqualität durch die kombinierte Maßnahme von Dy­ namikreduktion und Vorverzerrung im Vergleich zu einer direkten Verstärkung und Übertragung des OFDM-Signals (S_R) aus der OFDM- Signalerzeugungseinheit (1) mit der vollen Dynamik. In letzterem Fall ergibt sich typischerweise ein Frequenzspektrum (k) des vom Sendeverstärker (3) abgegebenen OFDM-Signals (S_S), das aufgrund der Aussteuerung des Verstärkers (3) in seinem nichtlinearen Sättigungsbereich einen vergleichsweise hohen Außerbandstrah­ lungsanteil aufweist. Wird hingegen das von der OFDM- Signaleinheit (1) generierte OFDM-Signal (S_R) der Dynamikredukti­ on unterzogen und nur in dem durch Vorverzerrung linearisierten Kennlinienbereich des Verstärkers (3) von letzterem verstärkt, so zeigt das Frequenzspektrum (1) dieses gesendeten OFDM-Signals (S_S) zwar ebenfalls einen gewissen Außerbandstrahlungsanteil auf­ grund der Dynamikreduktion, dieser ist jedoch deutlich geringer als derjenige, der durch eine Aussteuerung des Sendeverstärkers (3) in seinen nichtlinearen Sättigungsbereich erzeugt wird, so daß sich insgesamt ein deutlich verbessertes Übertragungsverhal­ ten ergibt. Zwar stellt die Dynamikreduktion aufgrund der Verän­ derung des OFDM-Signals eine Quelle möglicher zusätzlicher Über­ tragungsfehler dar, eine Simulation des in Fig. 1 gezeigten OFDM-Signalsenderteils (4) ergibt jedoch das in Fig. 6 veran­ schaulichte Ergebnis, daß die Bitfehlerrate (BER) nach Dyna­ mikreduktion des OFDM-Signals (Kurve m) nur geringfügig höher liegt als ohne Dynamikreduktion (Kurve n). Wenn diese Erhöhung der Bitfehlerrate stört, kann vorgesehen werden, die zur Rekon­ struktion der Dynamikreduktionsfunktion (d) auf der Empfänger­ seite benötigte Information zusammen mit dem OFDM-Signal (S_S) zu übertragen. Durch Rekonstruktion der Dynamikeduktionsfunktion (d) im Empfängerteil (6) der Zielstation kann dieser eine Kor­ rektur des dynamikreduzierten OFDM-Signals (S_D) vornehmen und da­ mit die darauf zurückzuführenden Übertragungsfehler verhindern. Vorteilhaft einfach läßt sich dies für die Dynamikreduktions­ funktion (d) nach Fig. 3 erreichen, die aus den einzelnen in­ versen Gaußfunktionsabschnitten (G1, G2) an den Stellen zu hoher OFDM-Signaldynamik und ansonsten aus dem Funktionswert eins be­ steht. Denn zur Rekonstruktion dieser Dynamikreduktionsfunktion (d) genügt die Übertragung der Impulse für das die inversen Gaußfunktionsabschnitte (G1, G2) generierende Gaußfilter von der Sender- zur Empfängerseite, was mit vergleichsweise geringem Zu­ satzübertragungsaufwand möglich ist.

Eine nach diesem Verfahren arbeitende Funknetzanlage läßt sich beispielsweise in Form eines lokalen Funknetzwerkes auf Millime­ terwellenbasis mit einem ausreichend geringen Hardwareaufwand realisieren, der die Verwendung des Systems in Anlagen mit ein­ zelnen, in bidirektionalem Datenaustausch stehenden Mobilstatio­ nen praktikabel macht. Die Realisierbarkeit der OFDM- Signalübertragung mittels leistungsfähiger FFT-Algorithmen ohne eine notwendige Entzerrung auf der Empfängerseite wirkt sich weiter vorteilhaft vereinfachend auf den Hardwareaufwand aus. Es versteht sich, daß das oben beschriebene Verfahren der OFDM- Signalübertragung mit Signaldynamikreduzierung auch für andere Systeme mit OFDM-Signalübertragung nutzbringend einsetzbar ist, z. B. für digitale Rundfunksysteme. Auch bei Wahl eines UHF- Verstärkers als Sendeverstärker wirkt sich die erfindungsgemäße, der Verstärkung vorausgehende Dynamikreduktion vorteilhaft aus, indem die Außerbandstrahlung des verstärkten OFDM-Signals gegen­ über einer Übertragung ohne Dynamikreduktion deutlich reduziert wird, selbst wenn das Verstärkerverhalten in der Praxis auch im Bereich unterhalb der Sättigung nicht genau linear verlaufen sollte und daher eine gewisse verstärkungsbedingte Außerband­ strahlung erzeugt wird.

Claims (4)

1. Verfahren zur Übertragung von OFDM-Signalen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dynamik der OFDM-Signale (S_R) vor einem Sendeverstärker (3) durch deren Multiplikation mit einer Dynamikreduktionsfunktion (d) re­ duziert wird, die stetig verlaufend so gewählt ist, daß sie in denjenigen Bereichen (e, f), in denen der Betrag (S_RB) der kom­ plexen Einhüllenden des OFDM-Signals (S_R) einen vorgegebenen Schwellenwert (SW) überschreitet, jeweils aus einem inversen Gaußfunktionsabschnitt (G1, G2) mit Werten kleiner als eins be­ steht und in den zwischenliegenden Bereichen den Wert eins an­ nimmt, wobei die inversen Gaußfunktionsabschnitte endseitig ste­ tig auf den Wert eins geführt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dynamikreduzierte OFDM-Signal (S_D) in einem durch Vorverzer­ rung linearisierten Bereich des Sendeverstärkers (3) liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den OFDM-Signalen (S_S) Informationen über die Dyna­ mikreduktionsfunktion (d), die deren Rekonstruktion erlauben, zur Empfängerseite übertragen werden.

4. Funknetzanlage zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mit mehreren Stationen insbesondere mobilen Stationen, die für bidirektionalen Datenaustausch eingerichtet sind und je­ weils einen Senderteil (4) und einen Empfängerteil (6) für OFDM- Signale besitzt, wobei der Senderteil eine Einheit (1) zur Er­ zeugung von OFDM-Signalen, eine Einheit (2) zur Dynamikreduktion des OFDM-Signals (S_R) und einen Sendeverstärker (3) beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit (2) zur Dynamikreduktion die Dynamik des eingehenden OFDM-Signals (S_R) durch Multiplikation mit einer Dynamikreduk­ tionsfunktion (d) reduziert, die stetig verlaufend so gewählt ist, daß sie in denjenigen Bereichen (e, f), in denen der Betrag (S_RB) der komplexen Einhüllenden des OFDM-Signals (S_R) einen vor­ gegebenen Schwellenwert (SW) überschreitet, jeweils aus einem inversen Gaußfunktionsabschnitt (G1, G2) mit Werten kleiner als eins besteht und in den zwischenliegenden Bereichen den Wert eins annimmt, wobei die inversen Gaußfunktionsabschnitte endsei­ tig stetig auf den Wert eins geführt sind.