SE519683C2 - Anordning för modulering och demodulering i ett flerkanalssystem - Google Patents

Description

20 25 30 35 519 683 indata till den anordning som används för FFT/IFFT.

Motsvarande komplexitet uppstår vid behandling av utdata från en sådan anordning som skall anslutas till en FFT/IFFT, där det med andra ord föreligger ett behov av "post-processing". Typiska exempel på sådana tidigare lösningar redovisas i US 4 300 229 och "IEEE Journal on Selected Areas in Telecommunications“, volym 13, nummer 9, sid 1596, fig 16.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN= Det problem som löses genom uppfinningen är att minska komplexiteten hos en modulator och/eller en demodulator för bruk i ett OQAM-system i vilket system FFFT/IFFT används.

Mer specifikt minskas komplexiteten genom att i en modulator respektive demodulator enligt uppfinningen kan indata till utdata från demodulatorn, anslutas direkt till den anordning som modulatorn, respektive användes för FFT/IFFT. Således elimineras behovet av särskild “pre-processing" respektive "post-processing".

Behovet av särskild "pre-processing" i en modulator i ett OQAM-system med FFT/IFFT elimineras genom att i den sådan identifierats komponenter vilka var för sig bygger på utsignal som önskas från en modulator har Fouriertransformer av realdel respektive imaginärdel hos en komplex insignal. Utgående från att dessa komponenter har kunnat identifieras kan en bearbetad komplex insignal till en modulator, respektive en bearbetad komplex utsignal från en demodulator, anslutas direkt till medel för FFT/IFFT utan “pre-processing" respektive "post-processing".

I en modulator enligt uppfinningen behandlas utdata från FFT/IFFT:n, med andra ord Fouriertransformen av den komplexa insignalen, i två separata grenar, en första och en andra gren, vilka grenar var för sig innehåller ett medel för pulsformning, vilka medel är utformade och 10 15 20 25 30 _35 519 683 3 anslutna på ett sådant vis att behovet av pre-processing elimineras. Utdata från medlen för pulsformning summeras därefter, varvid den önskade utsignalen erhålles. I en föredragen utföringsfornxinnefattar medlen för pulsformning en signalomvandlare och en filterbank.

I en demodulator enligt uppfinningen behandlas indata till en FFT/IFFT i två separata grenar, en första och en andra gren, vilka grenar var för sig innehåller ett medel för pulsanpassning, vilka medel är utformade och anslutna på ett sådant vis att behovet av post-processing elimineras.

Utdata från medlen för pulsanpassning summeras därefter, varvid önskad insignal till FFT/IFFT erhålles. I en innefattar medlen för föredragen utföringsform pulsanpassning en signalomvandlare och en filterbank.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA: följande att beskrivas detaljerat med hjälp av utföringsexempel och de bifogade Uppfinnningen kommer i det ritningarna, där Fig 1 visar ett exempel på principen för OQAM, och Fig 2 visar ett principellt blockschema för en modulator enligt uppfinningen, och Fig 3 visar ett blockschema av en modulator enligt uppfinningen, och Fig 4 visar ett mer detaljerat blockschema av en första signalomvandlare, och Fig 5 visar ett mer detaljerat blockschema av en andra signalomvandlare, och Fig 6 visar en filterbank för bruk i en modulator, och Fig 7 visar ett principellt blockschema för' en demodulator enligt uppfinningen, och 10 15 20 25 30 b) U1 519 683 gr; . 11:, 4 Fig 8 visar ett blockschema för en demodulator enligt uppfinningen, och Fig 9 visar en filterbank för bruk i en demodulator.

FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER: För att beskrivningen av uppfinningen visas i fig 1 principen för underlätta förståelsen för den fortsatta en flerkanalsmodulator enligt OQAM-principen. Modulatorn i Fig 1 har N st ingångar för komplexa tal, med andra ord finns ingångar för N stycken realdelar och N st imaginärdelar. Av dessa N stycken ingångar visas ett utsnitt från (n-1) till (n+1).

Till modulatorn ansluts ett antal digitala kanaler, maximalt N stycken, där indata i varje kanal är ett komplext tal c med realdel a och imaginärdel b. Med andra ord kan indata i varje kanal tecknas som: c = a+jb.

Som beteckning för kanalnummer används i fortsättningen bokstaven n, och som.beteckning för tidpunkterna för indata används bokstaven k. Följaktligen kan indata vid tidpunkten k på kanal n skrivas som: ck_,_=akïn+jbk_,,. Om indata till kanalerna ses som en sekvens blir bokstaven k med andra ord även ordningsnummer på indata till kanalerna.

Utdata från modulatorn i fig 1 fås av uttrycket G7 N-l X = Z Ehn/am - w) +1b,,_,.h k=O n=0 I fig 1 visas att insignalens real- respektive imaginärdel i varje kanal ansluts till ett filter. Dessa filter kommer enbart att skildras översiktligt här, då deras exakta uppbyggnad ej är av väsentlig betydelse för uppfinningen. 10 15 20 25 30 LU A m u. .. u v .fl .v v w»- ~ »n n. I. 1 . , a; ». n» » f . ..| »m '-1 n v _ f, u., 1 .v - . | -» « n = « - w - I » . v, Filtrens impulsrespons har getts beteckningen h, och filtren väljes i en föredragen utföringsform som så kallade Finite Impulse Response Filter, FIR-filter. Filtrens huvudsaklig funktion är att fokusera signalens energi inom det önskade frekvensområdet.

Varje filter i fig 1 skall generera N stycken utdata för varje symbol (a,b) som kommer in till filtret. För att kunna uppnå detta införs en tidsvariabel nz i filtren, vilken tidsvariabel räknas upp N gånger varje gång som uppräkning av den ovan nämnda tidsvariabeln k sker.

Uttrycket (1) kan även skrivas som w N-l J. N N_| I' N X = Z{Z«nef'~*"*fl"h"h<»1 _ m + M < 2 > k=0 "=0 "Ze Summorna i uttryck (2) kan nu identifieras som inversa FFT:er, IFFT, med N stycken punkter, vilket gör att (2) kan uttryckas som x(m) = Z A, (m + %)h(m - kN) + Éjßk (m + %)h(m - kN + i) *=° e» 2 <3 > där Akun) = lFFïwakyn) och Bkuu) = IFFT(bk_,,).

Eftersom både amloch bm,är sekvenser av reella tal kan de två IFFT:erna slås samman enligt följande: Låt först x,(m) = IFFT(a,_n+jb,_n) (4) Transformerna av ahloch bmlkan beräknas som : Ak=0-S+>>' '“ <5) ÉBRÉIHFÛ-HXRÜIÜ-Xkiïi-m)å f-\ CN ~.« 10 15 20 25 30 35 »n I e | . .. - . . . .. u f. » \ ~ ,. -V \ v . - . . 1 <-. .« ». s I . w: f f _. .fv a »- v . -\ . f i a 1 I - ~ . « » 6 där X' är komplexkonjugat till X.

I fig 2 visas ett principiellt blockschema för en modulator 200 som bygger på uttrycken (5) och (6). Två tal, a och b, vilka är real- respektive imaginärdel i en kanal, enligt vad som beskrivits ovan, används som indata till en anordning 205 för N-punkters IFFT. Anordningen 205 för IFFT har med andra ord N stycken ingångar respektive utgångar.

I det i fig 2 visade exemplet används en 4-punkters IFFT, där siffran 4 enbart skall. ses soul ett. exempel, andra dimensioner på IFFT kan givetvis också användas.

Utdata från IFFT:n 205 kan med beteckningar enligt (4) ovan skrivas som Xgnn, næd andra ord IFFT(a+jb). Utdata från IFFT:n behandlas i en första "övre" gren och en andra "undre" gren.

I vardera grenen finns medel för pulsformning, vilka medel i en föredragen utföringsforn\består av en signalomvandlare 210,2ll och en filterbank 220, vilka vardera har N stycken ingångar och N stycken utgångar. Utdata från filterbanken 220 ansluts till ett medel 230 för omvandling mellan seriell och parallell form, i en föredragen utföringsform en så kallad multiplexer, (MUX), varefter data från de två grenarna summeras i en summator 240. Efter summeringen erhålles det önskade uttrycket x(m) i (3) ovan.

Som framgår av uttrycken (5) och (6) ovan skall uttrycken i respektive gren även multipliceras med 0.5, vilket kommer att skildras närmare nedan.

I den övre grenen sker i signalomvandlaren behandling av utdata från IFFT:n 'enligt uttrycket (5), och i signalomvandlaren i den undre grenen enligt uttrycket (6).f 10 15 20 25 30 35 519 683 H 7 Fig' 3 visar ett mer principiellt blockschema över en modulator 200 enligt uppfinningen, där även det inledande medlet 201 för omvandling av data från seriell till parallell form framgår.

I fig 4 visas ett mer detaljerat blockschema av en signalomvandlare 210 enligt uppfinningen för bruk i den övre grenen för specialfallet N=4. Signalomvandlaren 210 i fig 4 har med andra ord fyra ingångar och fyra utgångar.

Som vidare framgår av fig 4 har signalomvandlaren 210 i den övre grenen följande funktion: utdata från en viss utgång nummer i hos signalomvandlaren i den övre grenen utgöres av halva summan av data på ingång nummer i och komplexkonjugatet av datat på den ingång vars nummer reducerat modulo N är differensen nællan N och i. Om x används för att beteckna indata till signalomvandlaren, och y är signalomvandlarens utdata, kan y tecknas som : y = (xfix*0f där f = N-i mod N. Detta motsvarar således uttryck (5) ovan, med undantag för multiplikation med faktorn 0.5.

För att åstadkomma nmltiplikation med faktorn 0.5, och likhet signalomvandlaren och uttrycket (5) ovan används en av därmed uppnå mellan utsignalen från följande två principer, vilket visas i fig 4: - I det fall som den ovan skildrade principen för indata till signalomvandlaren gör att ett komplext tal skall adderas anslutningar och addering av till sitt eget komplexkonjugat blir resultatet av denna addition alltid lika med det komplexa talets realdel skall multipliceras med 0.5 blir således produkten av denna multiplicerad med två. Om denna summa multiplikation lika med talets realdel. I dessa fall kan det önskade resultatet med andra ord åstadkommas genom 10 15 20 25 30 35 519 683 8 att helt enkelt införa medel 410 för att skilja ut talets realdel, vilket i föreliggande exempel (N=4) görs på ingångarna O och 2.

- I det fall som den ovan skildrade principen för indata till signalomvandlaren gör att ett komplext tal skall adderas anslutningar och addering av till komplexkonjugatet av ett annat tal implementeras detta genom medel 440 för komplexkonjugering och medel 420 för addition. Utsignalen från medlet 420 för addition används sedan som insignal till ett medel 430 för multiplikation med 0.5.

I fig 5 visas ett blockschema motsvarande det i fig 4 för en signalomvandlare 211 för bruk i den undre grenen, för samma specialfall, med andra ord N=4. Som framgår av fig 5 har signalomvandlaren 211 i den undre grenen följande funktion: utdata från en viss utgång nummer i hos signalomvandlaren i. den första grenen utgöres av halva datat på komplexkonjugatet av datat på den ingång vars nummer taget differensen nællan ingång nummer i och modulo N är differensen mellan N och i. På motsvarande vis som har beskrivits i anslutning till fig 4 motsvarar utdata från denna signalomvandlare y=(xfx*Q där f = N-i mod N.

Utdata från denna signalomvandlare motsvarar således uttrycket (6) ovan, med undantag för faktorn 0.5, vilket uppnås enligt en av följande två principer, vilket visas i fig 5: - I det fall som den ovan skildrade principen för anslutningar och subtrahering av indata till filtret gör att ett komplext tal skall subtraheras från sitt eget komplexkonjugat blir resultatet av denna addition alltid lika med det komplexa talets imaginärdel multiplicerad med tvâ gånger det komplexa talet j. Om denna summa skall multipliceras med 0.5 blir således produkten av 10 15 20 25 30 35 519 ess 9 denna multiplikation lika med talets imaginärdel multiplicerad med det komplexa talet j. I dessa fall kan det önskade resultatet med andra ord åstadkommas genom att helt enkelt införa medel 510 för att skilja ut talets imaginärdel och ansluta denna till medel 550 för multiplikation med j, vilket i föreliggande exempel fall (N=4) görs på ingångarna 0 och 2.

- I det fall som den ovan skildrade principen för anslutningar och subtrahering av indata till filtret gör att ett komplext tal skall komplexkonjugatet av ett annat tal implementeras detta subtraheras från genom medel 520 för subtraktion och medel för komplexkonjugering 540. Utsignalen från medlet 520 för subtraktion används sedan som insignal till ett medel 530 för multiplikation med 0.5.

I fig 6 visas hur anslutningarna till filterbankerna 220 i de övre och undre grenarna görs för att åstadkomma den önskade funktionen. Indata till ett visst filter med numret i hos filterbanken 220 är data från den utgång på signalomvandlaren vars nummer nwtsvarar (i+N/4) minskat modulo N, med andra ord signalomvandlarens utgång nummer ((i+N/4) mod N). Utgången på varje filter ansluts till den utgång på filterbanken 220 vilken har motsvarande nummer.

Således har i signalomvandlarna 220 i den övre respektive undre grenen ur den inversa Fouriertransformen av ett komplext tal med real respektive imaginärdelar a och b urskilts IFFT av a respektive b.

I fig 7 visas ett principiellt blockschema över en demodulator 700 Indata till demodulatorn är' digitala data x(nU av' den typ sonl har enligt uppfinningen. genererats_ av modulatorn enligt uppfinningen. önskade utdata från demodulatorn är komplexa digitala data c, där 10 15 20 25 30 35 n. ..» o . .. .. .. .H- -. H . _» .. .u .. ._ u . -. . -~ 1 ._ .. -» . n . um. » » = . -z ... ,. . - =., >|~ - v: f u . . . .f . ß I H e. 10 c = a+jb, sonl motsvarar indata till modulatorn enligt uppfinningen.

En demodulator enligt uppfinningen är i princip en "spegling" av den ovan beskrivna modulatorn enligt uppfinningen. Av detta skäl kommer demodulatorn att beskrivas något mindre utförligt än modulatorn.

I fig 8 visas i närmare detalj principen för en demodulator enligt uppfinningen. Som framgår av fig 8 innefattar demodulatorn enligt uppfinningen komponenter vilka motsvarar komponenterna i modulatorn. Komponenterna i demodulatorn är dock anslutna till varandra i en något annan ordning än de i demodulatorn.

Den i demodulatorn mottagna insignalen ansluts först till ett medel 801 för seriell till parallell omvandling.

Därefter behandlas det mottagna datat separat i en första, "övre", och en andra, "undre", gren. Både den övre och den undre grenen innefattar medel för pulsanpassning, vilka medel i en föredragen utföringsform innefattar en signalomvandlare 810, 811 och en filterbank 820, vilka bägge har N stycken ingångar respektive utgångar.

I modulatorn har filtren i filterbankarna som funktion att forma signalen (pulserna) på önskat vis. I demodulatorn 700 används filter med samma uppbyggnad som i modulatorn, men filtrens funktion i demodulatorn är att åstadkomma så kallad signalanpassad filtrering.

Filtren och filterbankarna 810 i demodulatorn 700 är till sin uppbyggnad lika med de som används i modulatorn, men skiljer sig med avseende på det vis de ansluts på sina in- och utgångar, vilket kommer att beskrivas närmare i det följande, med anslutning till fig 9. 10 15 20 25 519 6 85 äïgfï; . :ïfïlfi 11 Som framgår av fig 9 utgörs i demodulatorn indata till varje filter av indata till den ingång på filterbanken vilken har samma nummer som filtret. Utdata på en viss utgång i från filterbanken utgörs av utdata från det filter vars nummer är filtrets nummer adderat till N/4, och reducerat modulo N, med andra ord filter ((i+N/4) mod N).

Som vidare framgår av fig 8 summeras utsignalerna från signalomvandlarna, varefter summan ansluts till ett medel för IFFT, varefter utdata transformeras från parallell till seriell form.

Vad avser funktion, uppbyggnad och anslutning är signalomvandlarna i den övre respektive den undre grenen i demodulatorn identiska med motsvarande signalomvandlare i en modulator enligt uppfinningen, varför beskrivningen av dessa ej kommer att upprepas här.

Ovan har sonlmedel för Fouriertransfornxgenomgående använts de två begreppen FFT och IFFT. Att dessa två begrepp har använts tillsammans beror på att även om uppfinningen i en föredragen utföringsform använder sig av IFFT omfattas även bruk av FFT av uppfinningen, då anordningen enligt uppfinningen fungerar oavsett om det är IFFT eller dess invers, FFT, som används.

Claims (3)

10 15 20 25 30 519 683 12 PATENTKRAV

1. l. Anordning (200) för modulering i ett system för överföring av seriell digital information med hjälp av flerkanals-Offset Quadrature Amplitude Modulation, vilken anordning innefattar medel (201) för transformering av inkommande data chn, där chn ar ett komplext tal bestående av en realdel ann och en imaginardel bhn, från seriell till parallell signalform, medel (230) för transformering av utdata från anordningen fràn parallell till seriell signalfornu medel (205) för invers Fouriertransformering (IFFT) med N st komplexa ingångar och utgångar, samt minst (2l0,2ll;220) två medel for pulsformning anordnade var för sig i en första och en andra gren, data från vilka grenar transformeras till seriell form och summeras i en summator (240), att - medlet k ä n n e t e c k n a d d ä r a v (201) för transformering av inkommande data från seriell till parallell signalform är anslutet direkt till medlet (205) för Fouriertransformering, - varje medel for pulsformning innefattar en signalomvandlare (2l0,2ll) och en filterbank (220), vilka vardera har N st komplexa ingångar och utgångar, - signalomvandlaren (2l0,2ll) i både den första och den andra grenen innefattar medel för att ur den inversa Fouriertransformen av cbn, IFFT(ahn+jbhn), skilja ut IFFT (am) - IFFT (am) respektive IFFT(bmn), skiljes ut från IFFT(ahn+jbhn) genom att utdata från en viss utgång nummer i hos signalomvandlaren (210) i den första grenen utgöres av halva summan av data på ingång nummer i och komplexkonjugatet av datat på den ingång vars nummer taget modulo N är differensen mellan N och k, 10 15 20 25 30 519 683 13 - IFFT(bhn) skiljes ut från IFFT(amn+jbmn) genom att utdata från en viss utgång nummer i hos signalomvandlaren (211) i den andra grenen utgöres av halva differensen mellan datat på ingång nummer i och komplexkonjugatet av datat på den ingång vars nummer taget modulo N är differensen mellan N och k, - indata till ett visst filter i i filterbanken (220) i data (2lO,2ll) utgång på (i+N/4) bagge grenarna är från den signalomvandlaren vars nummer motsvarar reducerat modulo N, med andra ord signalomvandlarens utgång nummer ((i+N/4) mod N).

2. Anordning (700) för demodulering i ett system for Överföring av seriell digital information med hjälp av flerkanals-Offset Quadrature Amplitude Modulation, vilken anordning innefattar medel (801) for transformering av en seriell ström av inkommande digitala x(m), dar x(m) är ett komplext tal bestående av en realdel och en imaginardel, (803) för från seriell till parallell signalform, medel transformering av utdata från anordningen från parallell till seriell signalform, medel (805) for invers Fouriertransformering (IFFT) med N st ingångar och utgångar, samt minst två medel (820,8l0;820;811) för pulsanpassning anordnade var för sig i en första och en summeras i en summator att andra gren, data från vilka grenar (840) , k ä n n e t e c k n a d d ä r a v - medlet (805) direkt till medlet för Fouriertransformering är anslutet (803) for transformering av utdata från seriell till parallell signalform, innefattar en (820), for (8lO,8ll) - varje medel pulsanpassning signalomvandlare och en filterbank vilka vardera har N st ingångar och utgångar, 10 15 519 683 14 - utdata från en viss utgång nummer i hos signalomvandlaren (810) i den första grenen utgöres av halva summan av datat på ingång nummer i och komplexkonjugatet av datat på den ingång vars nummer taget modulo N är differensen mellan N och i, - utdata från en viss nummer i hos (811) i utgång signalomvandlaren den andra grenen utgöres av halva differensen mellan datat på ingång nummer i och komplexkonjugatet av datat på den ingång vars nummer taget modulo N är differensen mellan N och i. enligt vilken utdata på en (820)

3. Anordning enligt krav 2, viss utgång .i från filterbanken utgörs av utdata från det filter* vars nummer är filtrets nummer adderat till N/4, ((i+N/4) och reducerat modulo N, med andra ord filter mod N).