EP1142248A1 - Verfahren zur übertragung von datenblöcken ohne prefix im guard-intervall und die mittels fft mit einer länge grösser oder gleich der symboldauer demoduliert werden - Google Patents

Verfahren zur übertragung von datenblöcken ohne prefix im guard-intervall und die mittels fft mit einer länge grösser oder gleich der symboldauer demoduliert werden

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EP1142248A1
EP1142248A1 EP99963161A EP99963161A EP1142248A1 EP 1142248 A1 EP1142248 A1 EP 1142248A1 EP 99963161 A EP99963161 A EP 99963161A EP 99963161 A EP99963161 A EP 99963161A EP 1142248 A1 EP1142248 A1 EP 1142248A1
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EP
European Patent Office
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length
fft
guard interval
transmitted
equal
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP99963161A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Baldemair
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Original Assignee
Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
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Publication date
Application filed by Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB filed Critical Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Publication of EP1142248A1 publication Critical patent/EP1142248A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2647—Arrangements specific to the receiver only
    • H04L27/2649—Demodulators
    • H04L27/265—Fourier transform demodulators, e.g. fast Fourier transform [FFT] or discrete Fourier transform [DFT] demodulators
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    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2602—Signal structure
    • H04L27/2605—Symbol extensions, e.g. Zero Tail, Unique Word [UW]

Definitions

  • the invention relates to a method for the transmission of data by a multi-carrier method, e.g. DMT (Discrete Multitone) in a transmission channel in which the data in a transmitter are combined into blocks with the same number M of information symbols, modulated and transmitted by an Inverse Fast Fourier Transform (IFFT), and in a receiver by Fast- Fourier transformation (FFT) are demodulated, a guard interval for the receiver-side equalization being inserted and also transmitted between the blocks on the transmitter side, which guard interval has a length (P) which is greater than or equal to the memory length of the transmission channel.
  • DMT Discrete Multitone
  • IFFT Inverse Fast Fourier Transform
  • FFT Fast- Fourier transformation
  • a given broad frequency band is divided into a large number of narrow subchannels over which the data is transmitted.
  • the data are combined in a transmitter into information blocks of equal length and modulated by an Inverse Fast Fourier Transform (IFFT), which filters the subchannels with frequency-shifted versions of a prototype filter.
  • IFFT Inverse Fast Fourier Transform
  • the resulting transmission block is output serially by the transmitter on the transmission line.
  • IFFT Inverse Fast Fourier Transform
  • interference generally occurs between successive blocks on the receiving side.
  • a guard interval must be inserted between the individual blocks on the transmitter side.
  • the data is demodulated in the receiver by a Fast Fourier Transform (FFT), the input samples being transformed block by block into spectral values.
  • FFT Fast Fourier Transform
  • Equalization can be significantly simplified when using the FFT in the receiver if a cyclic prefix is also transmitted in the guard interval, which consists of a number of repeated data of each block, which are transmitted before the block within the guard interval.
  • the transformation length L of the FFT is equal to the length M of the data blocks sent.
  • the guard interval or the cyclic prefix must be greater than or equal to the memory length of the channel.
  • the advantage of the relatively simple equalization entails the disadvantage of the data transmitted in the prefix signal without gaining information, which takes up a portion of the available transmission power.
  • the object of the invention is therefore to provide a method of the type mentioned at the outset which enables receiver-side equalization of the transmitted transmission signal without transmission of unusable information and thus an increase in the transmission power available for data transmission.
  • this is achieved in that the guard interval is transmitted without a signal or without a prefix, and in that the demodulation in the receiver is carried out by means of a Fourier transform (FFT) with a length L which is greater than or equal to the sum of the information block length M and the length P of the guard interval.
  • FFT Fourier transform
  • the advantage of the method according to the invention is that no signal or no power has to be sent in the guard interval, as a result of which the average transmission power is reduced, but at the same time the equalization of the transmitted signal can be carried out with relatively little effort. Therefore, assuming a predetermined power density within a transmission channel, the transmission power for the information blocks can be increased.
  • a useful signal e.g. Pilot tones is transmitted, which is advantageous for clock recovery.
  • the demodulation can advantageously be carried out by extending the information block to be transformed in the receiver, which has the length M + P, by appending zeros to the transformation length L.
  • the transformation length L of the Fast Fourier Transform is twice the information block length 2-M. In this case, a very efficient implementation is possible.
  • the guard interval is sent before or after an information block.
  • Block A M [A M A M + 1 ... A 2M.1 ] T
  • Block A mM [A ⁇ M A mM + 1 ... A mM + M.
  • the data summarized in this way are modulated and transmitted by an M-point inverse fast Fourier transform (IFFT).
  • IFFT inverse fast Fourier transform
  • the transmission signal then has the following form:
  • the station aJ ⁇ $ I P > means the elements - P to M- 1 of the vector a 0.
  • the transmission signal is graphically represented when a cyclic pref is used
  • the received signal y n is the convolution of the transmitted signal and channel p
  • h k is the channel and has P + 1 coefficients.
  • the receiver splits the input sequence into blocks of length M + P and discards the first P values of each block, see FIG. 2
  • ⁇ p [VP VP + ⁇ VM + P-I]
  • FFT Fourier transformation
  • H, is the M-points FFT of the channel h k with the coefficients h P + to /.
  • M _ ⁇ ⁇ ull are desirable if Gl (8) can be factored, ie can be broken down into the product of the FFT of h k and another multiphase edge 1
  • Eq. (9) is therefore the FFT of the block a mM , which in turn is the IFFT of the data block A mM . (9) is nothing else than the date A m ⁇ + l . If you put this result in Eq. (8) one, one gets
  • Eq. (4) is nothing more than the Z-th date of the m-th block, A mM + l , multiplied by H ⁇ , that is the spectrum of the channel h k evaluated at the frequency l ⁇ -.
  • equalization is particularly simple; each received value Y t only has to be multiplied by the reciprocal of H.
  • the transformation length L of the FFT is identical to the length of the data blocks M while the length P of the guard interval or the cyclic prefix is greater than or equal to the memory length of the transmission channel.
  • the guard interval is transmitted signal-free or without a prefix, the demodulation using a Fourier transform (FFT) having a length L which is greater than or equal to the sum of the information block length M and the length P of the guard interval.
  • FFT Fourier transform
  • the guard interval can be sent before or after an information block.
  • empty guard intervals of length P are now inserted, ie in these time periods zeros are transmitted.
  • the transmission signal is
  • FIG. 3 shows the transmission signal formed in this way. If the guard interval P symbols is long and M information symbols are blocked in the transmitter, the incoming data y n are first combined in the receiver to form blocks of length M + P, as shown in FIG.
  • An FFT with a block length L of at least M + P is applied to each of these blocks of length M + P.
  • the equalization of the dispersive transmission channel takes place in the frequency domain as in the known transmission method.
  • the L elements of the vector YL are divided by samples of the spectrum of the channel.
  • the M-points FFT of the current transmission block x is equal to the transmitted data A m ] yj.
  • the upper summation limit can assume the values M - 1 to / vf + • P - 1, the associated signal elements are s m ( fl + P) + _ ⁇ to s m ( ⁇ + P) + M + _ 1 . Srn (M + P) + M to 5 - ⁇ - (tf + p) + M + p- ⁇ fall again into a guard interval and are therefore again identical zero.
  • the upper summation limit can therefore always be f
  • h is the impulse response of the channel
  • h ⁇ [h 0 h ⁇ . , , h P ].
  • the vector S ⁇ M is the IFFT of length AI of the data block A mM to be transmitted, so it applies
  • the 2 M FFT of y m ( + P ) evaluated at position 2r is therefore the rth symbol of the mth block, - m M + r , multiplied by the spectrum of channel h at frequency ⁇ 2r.
  • the same method of equalization can be used as when using a cyclic prefix.
  • the FFT of length 2H in Eq. (14) can easily be reduced to an FFT of length M.
  • the block to which the FFT of length 2M is applied has a length of + P, it is expanded to 2M with zeros.
  • the even-numbered indices of a 2 FFT can be calculated by an FFT of length -M.
  • the only additional effort is to add the two blocks. If it is taken into account that the second block contains only P elements other than zero, P additional additions are necessary.

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Abstract

Verfahren zur Übertragung von Daten durch ein Mehrträgerverfahren, z.B. DMT (Discrete Multitone), bei dem die Daten in einem Sender zu Blöcken mit gleicher Anzahl an Informationssymbolen (M) zusammengefaßt, durch eine Inverse-Fast-Fourier-Transformation (IFFT) moduliert und übertragen werden, und in einem Empfänger durch Fast-Fourier-Transformation (FFT) demoduliert werden, wobei senderseitig zwischen den Blöcken jeweils ein Guard-Intervall für die empfängerseitige Entzerrung eingefügt und mitübertragen wird, welches Guard-Intervall größer oder gleich der Gedächtnislänge des Übertragungskanals ist, und wobei das Guard-Intervall signalfrei bzw. ohne Prefix übertragen wird und die Demodulation im Empfänger mittels Fast-Fourier-Transformation (FFT) mit einer Länge (L) erfolgt, die größer oder gleich der Summe der Informationsblocklänge (M) und der Länge (P) des Guard-Intervalls ist.

Description

VERFAHREN ZUR ÜBERTRAGUNG VON DATENBLÖCKEN OHNE PREFIX IM GUARD- INTERVALL UND DIE MITTELS FFT MIT EINER LÄNGE GRÖSSER ODER GLEICH DER
SYMBOLDAUER DEMODULIERT WERDEN
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Daten durch ein Mehrträgerverfahren, z.B. DMT (Discrete Multitone) in einem Übertragungskanal, bei dem die Daten in einem Sender zu Blöcken mit gleicher Anzahl M an Informationssymbolen zusammengefaßt, durch eine Inverse-Fast-Fourier- Transformation (IFFT) moduliert und übertragen werden, und in einem Empfänger durch Fast-Fourier-Transformation (FFT) demoduliert werden, wobei senderseitig zwischen den Blöcken jeweils ein Guard-Intervall für die empfängerseitige Entzerrung eingefügt und mitübertragen wird, welches Guard- Intervall eine Länge (P) aufweist, die größer oder gleich der Gedächtnislänge des Übertragungskanals ist.
Viele der bekannten Übertragungsverfahren nutzen den verfügbaren Frequenzbereich eines Übertragungskanals durch geeignete Modulation der zu übertragenden Daten. So wird bei einer Frequenzmultiplex-Übertragung eine Unterteilung in mehrere Frequenzlagen vorgenommen, über welche die Information übertragen wird. Verfahren dieser Art sind unter den Bezeichnungen Mehrträgerverfahren, Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM) und Discrete Multitone- Verfahren (DMT) bekanntgeworden.
Dabei ist ein vorgegebenes breites Frequenzband in sehr viele schmale Subkanäle unterteilt, über die die Daten übertragen werden. Zu diesem Zweck werden die Daten in einem Sender zu Informationsblöcken gleicher Länge zusammengefaßt und durch eine Inverse-Fast-Fourier- Transformation (IFFT) moduliert, die eine Filterung der Subkanäle mit frequenzverschobenen Versionen eines Prototypfilters bewirkt. Der dabei entstehende Sendeblock wird vom Sender seriell auf die Übertragungsleitung ausgegeben. Infolge des Gedächtnisses des dispersiven Übertragungskanals kommt es auf der Empfangsseite im allgemeinen zu einer Interferenz zwischen aufeinanderfolgenden Blöcken. Um eine Überlappung auf Empfängerseite zu vermeiden, muß senderseitig zwischen den einzelnen Blöcken ein Guard-Intervall eingefügt werden. Die Demodulation der Daten erfolgt im Empfänger durch eine Fast-Fourier-Transformation (FFT), wobei die Eingangsabtastwerte blockweise in Spektralwerte transformiert werden. Die Entzerrung kann bei Anwendung der FFT im Empfänger wesentlich vereinfacht werden, wenn im Guard-Intervall ein zyklisches Prefix mitübertragen wird, das aus einer Anzahl von wiederholten Daten jedes Blocks besteht, die zeitlich vor dem Block innerhalb des Guard-Intervalls übertragen werden. Die Transformationslänge L der FFT ist dabei gleich der Länge M der gesendeten Datenblöcke. Um eine wirksame Entzerrung zu erhalten, muß das Guardintervall bzw. das zyklische Prefix größer oder gleich der Gedächtnislänge des Kanals sein. Der Vorteil der relativ einfachen Entzerrung bringt jedoch den Nachteil der im Prefix-Signal ohne Informationsgewinn übertragenen Daten mit sich, die einen Teil der zur Verfügung stehenden Sendeleistung für sich beanspruchen. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem eine empfängerseitige Entzerrung des übertragenen Sendesignals ohne Übertragung von nicht verwertbarer Information und damit eine Erhöhung der für die Datenübertragung verfügbaren Sendeleistung ermöglicht wird.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Guard-Intervall signalfrei bzw. ohne Prefix übertragen wird, und daß die Demodulation im Empfänger mittels Fourier-Transformation (FFT) mit einer Länge L erfolgt, die größer oder gleich der Summe der Informationsblocklänge M und der Länge P des Guard-Intervalls ist.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß im Guard- Intervall kein Signal bzw. keine Leistung gesendet werden muß, wodurch die mittlere Sendeleistung reduziert wird, zugleich aber die Entzerrung des übertragenen Signals mit relativ geringem Aufwand durchgeführt werden kann. Daher kann bei Annahme einer vorgegebenen Leistungsdichte innerhalb eines Übertragungskanals die Sendeleistung für die Informationsblöcke erhöht werden. Alternativ dazu kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen sein, daß im Guard-Intervall ein Nutzsignal, z.B. Pilottöne, übertragen wird, was für die Taktrückgewinnung von Vorteil ist.
In vorteilhafter Weise kann die Demodulation gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dadurch erfolgen, daß der jeweils im Empfänger zu transformierende, die Länge M+P aufweisende Informationsblock durch Anhängen von Nullen auf die Transformationslänge L verlängert wird.
In weiterer Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Transformationslänge L der Fast-Fourier-Transformation (FFT) gleich der doppelten Informationsblocklänge 2-M ist. Für diesen Fall ist eine sehr effiziente Implementierung möglich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß das Guardintervall jeweils vor oder nach einem Informationsblock gesendet wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels eingehend erläutert. Es zeigt dabei
Fig. l ein Sendesignal bei Verwendung eines zyklischen Prefixes gemäß Stand der Technik;
Fig.2 Zerlegung eines, durch das Sendesignal gemäß Fig. l hervorgerufenen Empfangssignals in Blöcke der Länge M;
Fig.3 ein prefix-freies Sendesignal gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig.4 Zerlegung eines, durch das Sendesignal gemäß Fig.3 hervorgerufenen Empfangssignals in Blöcke der Länge M+P und
Fig.5 Demodulation des Empfangssignals gemäß Fig.4 durch eine FFT der Länge 2M. Bei der Übertragung von Daten durch ein Mehrträgerverfahren, z.B. DMT (Discrete Multitone), werden die zu übertragenden Daten in einem Sender zu nachfolgend dargestellten Blöcken mit gleicher Anzahl M an Informationssymbolen zusammengefaßt.
O. Block A0 = [A0 A, ... AM. j]T
1. Block AM = [AM AM+ 1 ... A2M.1]T
m. Block AmM = [AπιM AmM+ 1 ... AmM+M.
Die so zusammengefaßten Daten werden durch eine M-Punkte Inverse-Fast- Fourier-Transformation (IFFT) moduliert und übertragen. Der Sendeblock lautet
a0 = [a0 a, ... a^]7 = IFFTM{A0} aM = faM AM+1 - A2M-1^ = IFFTM^AM^
T amM = tamM amM+l - AmM+M-l] = ^^M ^M^
und wird seriell am Sender-Ausgang ausgegeben. Infolge des Gedächtnisses des Übertragungskanals kommt es auf der Empfangsseite im allgemeinen zu einer Interferenz zwischen aufeinanderfolgenden Blöcken. Um dies zu vermeiden, wird gemäß dem Stand der Technik zwischen den einzelnen Blöcken ein Guard-Intervall mit einem zyklischen Prefix eingefügt, wobei am Anfang jedes Blocks die letzten P Daten dieses Blocks noch einmal übertragen werden, jeder Block wird also zyklisch fortgesetzt. Erfolgt die Demodulation der Daten im Empfänger durch eine Fast-Fourier-Transformation (FFT), kann bei Verwendung eines zyklischen Prefixes die Entzerrung im Empfänger wesentlich vereinfacht werden. Das Sendesignal besitzt dann folgende Form:
s T = [aM.p aM_p+1 ... aM_j aQ a, ... aM- 1] f a2M-P a2M-P+ 1 • • • a2M- 1 aM aM+ 1 • • • a2M- 1 J ( l ) 1
4
= [a0<M-P> a0 a h(<M- > aM J [ '
Die Station aJ<$IP> bedeutet die Elemente - P bis M- 1 des Vektors a0 In Fm.1 wird das Sendesignal bei Verwendung eines zyklischen Pref es graphisch dargestellt
Das Empfangssignal yn ist die Faltung aus Sendesignal und Kanal p
Vn = {f>k *hk}{n) = ∑hksn-.k (3) k-0
hk ist der Kanal und besitzt P + 1 Koeffizienten Der Empfanger spaltet die Eingangssequenz in Blocke der Lange M+P auf und verwirft von jedem Block die ersten P Werte, siehe Fig 2
Υp = [VP VP+\ VM+P-I]
ΥtΛ+2P ~ [Vt+2P 2M+2P+1 2/2M+2P-1 ]
yra(M+P)+P = [y (M+P)+P J/m(M+P)+P+l y(m+l)(A+ )-l ]
Der -te Block besitzt einen Indizesbereich von n = m(M + P) + P, m(M + P) + P + 1, , (m + l)( + P) - 1 Auf jeden dieser Blocke wird nun eine Fast Fourier Transformation (FFT) der Lange M angewendet Für den Block m ergibt sich
K, = FFT {yrπ(rt p)+ }(Z) (4)
M-i
= ∑ym{H+P)+p+ne-° nl (5) r-=0
M-i P
= ∑ ∑ ιfcsm(M+p)+P+n_^ e_J Ϊ"' ri = n - k (6) π=0 k-0 P -Jt+M-1
= Σ l* Σ 5m(M+P)+P+n, e-J7T<n'+*>' π = n' (7) =Q n'--k
P -.c-tM-1
= /ιλe-^w T sm(rt + P)+P+n e-JHn' (8) fc=0 n----/.
Der Term H, = ist die M-Punkte FFT des Kanals hk wobei die Koeffizienten hP+ bis /.M_ι λull sind Wünschenswert wäre nun wenn Gl (8) faktonsierbar ist d h sich in das Produkt der FFT von hk und eines weiteren Multiphkanten zerlegen laßt 1
5 Daß sich Gl. (8) tatsächlich multiplikativ zerlegen läßt, ist nicht direkt ablesbar, denn in der zweiten Summe von Gl. (8) kommt ebenfalls der Summationindex k der ersten
Summe vor. Kann gezeigt werden, daß der Wert der zweiten Summe trotzdem unabhängig von k ist, ist Gl. (8) faktorisierbar. Betrachtet man den Ausdruck
-fc+M-l
Sι(k) = ∑ sm(M+P)+P+n e->Wnl , (9) n=— k so stellt dieser den Z-ten Wert der FFT von der Folge sm(M+P)+P+n,n = -k, -k + 1,..., - k + M - 1) dar. Berücksichtigt man, daß der Wertebereich für k auf 0, 1, ... , P limitiert ist, ist aus Gl. (1) ersichtlich, daß die Summationsgrenzen immer im -ten Block bleiben. Dadurch, daß der m-te Sendeblock aus [ sζlN] besteht, wird jeweils über genau eine vollständige Periode summiert.
In Gl. (9) gilt also, daß St(k) unabhängig von k ist, St(k) = Si. Dieser Sachverhalt soll nun anhand eines einfachen Beispiels deutlich gemacht werden. Beispiel:
M=3
P=2 m=0
5,(0) = 52 + s3 e-J-u + s4e-J32'--:αo + α1e J J " + O2 e_Jτ2'
5,(1) = Sl e J-1' + 2 + S3 e J 31(
= α2 e^u + a0 + al e~^u = α0 + aλ e~^u + α2 e~^2' = 5,(0)
5,(2) = s0 e^- 21 + 5! e^u + s
= Ql e^2/ + α2 e^u + 0 = 0 + α, e^ " + α2 e^x2' = 5,(0)
Ausschlaggebend für obige Umformungen ist die Identität e~J nl = eJN(W_n)'.
Gl. (9) ist also die FFT des Blocks amM, welcher seinerseits die IFFT des Datenblocks AmM ist. (9) ist also nichts anderes als das Datum Am^+l. Setzt man dieses Ergebnis in Gl. (8) ein, erhält man
Wie bereits erwähnt wurde, stellt die verbleibende Summe die FFT der Lange I d es Kanals dar, p Yι = HtAmM+l mit H/ = J^ ιite--'πw (11)
/c=0
Gl. (4) ist also nichts anderes als das Z-te Datum des m-ten Blocks, AmM+l, mutlipliziert mit Hι, das ist das Spektrum des Kanals hk ausgewertet bei der Frequenz l^-. In diesem Fall ist eine Entzerrung besonders einfach möglich, jeder Empfangswert Yt muß nur mit dem Kehrwert von H, multipliziert werden. Die Transformationslänge L der FFT ist ident mit der Länge der Datenblöcke M während die Länge P des Guard-Intervalls bzw. des zyklischen Prefixes größer oder gleich der Gedächtnislänge des Übertragungskanals ist.
Um das zyklische Prefix des Sendesignals einzusparen, ist erfmdungsgemäß vorgesehen, daß das Guard-Intervall signalfrei bzw. ohne Prefix übertragen wird, wobei die Demodulation mittels Fourier-Transformation (FFT) mit einer Länge L erfolgt, die größer oder gleich der Summe der Informationsblocklänge M und der Länge P des Guard-Intervalls ist. Das Guard-Intervall kann dabei jeweils vor oder nach einem Informationsblock gesendet werden.
Zunächst werden wie beim bekannten Übertragungsverfahren die zu sendenden Daten Afc, k=0, 1, 2,... in Blöcke AmM der Länge M zusammengefaßt. Die Modulation erfolgt ebenfalls mittels einer M-Punkte IFFT, amjyi = IFFTj^AmM}- Statt in bekannter Weise die letzten P Werte jedes gesendeten Blockes zyklisch zu wiederholen, werden jetzt leere Guard-Intervalle der Länge P eingefügt, d.h. in diesen Zeiträumen werden Nullen übertragen. Das Sendesignal lautet in diesem Fall
s - [ao ai ... aM_ι 0 0 ... 0] [aM aM+1 ... a2M-l 0 0 ... 0] [... (12) = [a0 T 0P T aM T ... 0P T] (13)
0p ist der Nullvektor der Länge P. Fig.3 zeigt das auf diese Weise gebildete Sendesignal. Ist das Guard-Intervall P Symbole lang und werden im Sender je M Informationssymbole geblockt, so werden die ankommenden Daten yn im Empfänger zunächst zu Blöcken der Länge M+P zusammengefaßt, wie es in Fig.4 gezeigt ist.
-ι]
ym(M+P)T= [ym(M+P) ym(M+P)+l - y(m+l)(M+P)-L
Der Block m besitzt einen Indizesbereich n=nv(M+P), m-(M+P)+l,...,(m+l)-(M+P)-l . Auf jeden dieser Blöcke der Länge M+P wird eine FFT mit einer Blocklänge L von mindestens M+P angewendet. Das transformierte Signal wird nun im Vektor YL = FFTL(ym(M+P)} zusammengefaßt. Die Entzerrung des dispersiven Übertragungskanals erfolgt wie im bekannten Übertragungsverfahren im Frequenzbereich. Nach der Demodulation werden die L Elemente des Vektors YL durch Abtastwerte des Spektrums des Kanals dividiert. Der daraus resultierende Vektor XL ist die L-Punkte FFT des aktuell gesendeten Datenblocks x = [am]yj amM+l - amM+M-l]T
XL = FFTL {x}.
Weil im Sender die Modulation mit einer M-Punkte IFFT erfolgt,
x = IFFTM{AmM},
ist die M-Punkte FFT des aktuellen Sendeblocks x gleich den gesendeten Daten Am]yj. Aus XL muß also die M-Punkte FFT X^ = FFTM(X} = A^ berechnet werden.
Die Berechnung des Vektors XM aus XL ist eindeutig möglich, die Wahl von L bestimmt aber die Komplexität.
Ist die Gedächtnislänge des Kanals kleiner oder gleich M (P < M), so ist es sinnvoll, die Transformationslänge L der Fourier-Transformation (FFT) gleich der doppelten Informationsblocklänge 2-M zu wählen (L= 2M), wie dies in Fig.5 dargestellt ist. Weil die FFT der Transformationslänge 2M nur an den geradzahligen Indizes ausgewertet werden muß, ist eine sehr effiziente Implementierung möglich. Der zu transformierende Block, welcher ja nur M + P lang ist, wird durch Anhängen von M- P Nullen auf 2M verlängert. Für den Block m erhät man
Yl = FFT2M{ym(M+P)}(Z) (14)
M+P-l
= ∑ ym(M+P)+n e-j nl (15) π=0 M+P-l P = ∑ ∑ hksm{M+P)+n_k e~jiknl n' = n - k (16) n---0 A----0
= . (18)
Je nach dem Wert von k beginnt die Summation über n für k — 0 bei n = 0 bis zu n = —P bei k — P, also sm(M+P)_P bis sm(M+P). All diese Werte bis auf sm^M+P sind aber infolge der Nullen im Guardinterval immer ident Null. Die Summation kann daher unabhängig von k immer bei n = 0 begonnen werden. J
8
Die obere Summationsgrenze kann in Abhängigkeit von k die Werte M — 1 bis /vf +• P — 1 annehmen, die zugehörigen Signalelemente sind sm( fl+P)+ _ι bis sm( ^+P)+ M+ _1. Srn(M+P)+M bis 5-τ-(tf +p)+M+p-ι fallen aber wieder in ein Guardinterval und sind daher wieder ident Null. Als obere Summationsgrenze kann daher immer f| — 1 geschrieben werden.
Einsetzten dieser Summationsgrenzen in Gl. (18) liefert
P M-i
Yl = hk e~^kl ∑ sm{ +P)+n e~ι%nl (19) k-0 n=Ö
= FFT2M {h}(Z) FFT2M{amM}(Z) , (20)
wobei hk — 0 für k > P und sm(M+ )+n = 0 für n > M gilt, h ist die Impulsantwort des Kanals, hτ = [ h0 hι . . . hP ]. Der Vektor S^M ist die IFFT der Länge AI des zu übertragenden Datenblocks AmM, es gilt also
y, = FFT2rt{h}(Z) FFT2M{lFFTM {AmM}}(Z) . (21)
Im folgenden wird der Ausdruck FFT2M {IFFTM{AmM}}(Z) näher untersucht.
FFT2t1 {lFFTM{AmΛ,}}(Z) (22)
k=0 π---0
Auswerten des obenstehenden Ausdrucks für geradzahliges l = 2r liefert
, M- l M- l
FFT2M {lFFTM{AmM}} (2r) = - £ ∑ AmM+n e^k^~^ (24)
J
Mit diesem Ergebnis wird Gl. (20) zu
Y2r = FFT2M{h}(2r) AmM+r . (29)
Die 2 M FFT von ym( +P) ausgewertet an der Stelle 2r ist also das r-te Symbol des m-ten Blockes, - mM+r, multipliziert mit dem Spektrum des Kanals h bei der Frequenz ^2r. Es kann dieselbe Methode zur Entzerrung wie bei Verwendung eines zyklischen Prefixes angewendet werden.
Weil in Gl. (29) nur die geradzahligen Indizes von Interesse sind, kann die FFT der Länge 2H in Gl. (14) leicht auf eine FFT der Länge M zurückgeführt werden. Der Block, auf welchen die FFT der Länge 2M angewendet wird, besitzt eine Länge von + P, er wird mit Nullen auf 2M erweitert.
2M-1
FFTaM{ym( +P)}(2r) - ∑ ϊ/m(M+P)+n ej nτ (30) n=0
M-i 2 M-1
= Σ 2 m(M+P)+n ej inr + ∑ ym( +P)+n T\ nr (31)
= M n)r • (32)
-------- (2/m(N\+P)+n + ym(M+P)+ M+n) e3 nr (33) n=0
= FFTM{ym(N+P)<0 M|,,--i1 -> +yπι(W+P)< -22 MWW--11>}( ) (34)
Wie aus Gl. (34) zu sehen ist, können die geradzahligen Indizes einer 2 FFT durch eine FFT der Länge -M berechnet werden. Der einzig zusätzlich entstehende Aufwand besteht in der Addition der beiden Blöcke. Wird berücksichtigt, daß der zweite Block nur P von Null verschiedene Elemente enthält, sind P zusätzliche Additionen notwendig.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zur Übertragung von Daten durch ein Mehrträgerverfahren, z.B. DMT (Discrete Multitone) in einem Übertragungskanal, bei dem die Daten in einem Sender zu Blöcken mit gleicher Anzahl an Informationssymbolen (M) zusammengefaßt, durch eine Inverse-Fast-Fourier-Transformation (IFFT) moduliert und übertragen werden, und in einem Empfänger durch Fast-Fourier-Transformation (FFT) demoduliert werden, wobei senderseitig zwischen den Blöcken jeweils ein Guard-Intervall für die empfängerseitige Entzerrung eingefügt und mitübertragen wird, welches Guard-Intervall eine Länge (P) aufweist, die größer oder gleich der Gedächtnislänge des Übertragungskanals ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Guard-Intervall signalfrei bzw. ohne Prefix übertragen wird, und daß die Demodulation im Empfänger mittels Fast-Fourier-Transformation (FFT) mit einer Länge (L) erfolgt, die größer oder gleich der Summe der Informationsblocklänge (M) und der Länge (P) des Guard-Intervalls ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweils im Empfänger zu transformierende, die Länge (M+P) aufweisende Informationsblock durch Anhängen von Nullen auf die Transformationslänge (L) verlängert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformationslänge (L) der Fast-Fourier-Transformation (FFT) gleich der doppelten Informationsblocklänge 2-M ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Guard- Intervall jeweils vor oder nach einem Informationsblock gesendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Guard-Intervall ein Nutzsignal, z.B. Pilottöne, übertragen wird.
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