[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

WO2002067524A2 - Vorverzerrung in mehrträgersendern - Google Patents

Vorverzerrung in mehrträgersendern Download PDF

Info

Publication number
WO2002067524A2
WO2002067524A2 PCT/DE2002/000449 DE0200449W WO02067524A2 WO 2002067524 A2 WO2002067524 A2 WO 2002067524A2 DE 0200449 W DE0200449 W DE 0200449W WO 02067524 A2 WO02067524 A2 WO 02067524A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ofdm
filter coefficients
ofdm signals
signals
signal
Prior art date
Application number
PCT/DE2002/000449
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2002067524A3 (de
Inventor
Marc Schrader
Nabil Hentati
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2002067524A2 publication Critical patent/WO2002067524A2/de
Publication of WO2002067524A3 publication Critical patent/WO2002067524A3/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/32—Carrier systems characterised by combinations of two or more of the types covered by groups H04L27/02, H04L27/10, H04L27/18 or H04L27/26
    • H04L27/34—Amplitude- and phase-modulated carrier systems, e.g. quadrature-amplitude modulated carrier systems
    • H04L27/36—Modulator circuits; Transmitter circuits
    • H04L27/366—Arrangements for compensating undesirable properties of the transmission path between the modulator and the demodulator
    • H04L27/367—Arrangements for compensating undesirable properties of the transmission path between the modulator and the demodulator using predistortion
    • H04L27/368—Arrangements for compensating undesirable properties of the transmission path between the modulator and the demodulator using predistortion adaptive predistortion
    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H04L27/2602—Signal structure

Definitions

  • Transmitter for sending signals over radio channels in orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) and method for sending signals over radio channels in orthogonal frequency division multiplexing (OFDM)
  • the invention is based on a transmitter for sending signals via radio channels in orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) or on a method for sending signals via radio channels in OFDM according to the genre of the independent patent claims.
  • OFDM orthogonal frequency division multiplexing
  • a feedback system for predistortion in which a part of the amplified OFDM signal is fed back and compared with a buffered OFDM signal in order to determine the transmission properties of the amplifier in the transmitter.
  • the buffered OFDM signal is the OFDM signal, which is then amplified and fed back. Because the properties of the OFDM signal are very similar to those of a noise signal, sophisticated synchronization is necessary for the buffered OFDM signal and the amplified OFDM signal.
  • the transmitter according to the invention for sending signals over radio channels in the OFDM or the method for sending signals over radio channels in the OFDM with the features of the independent claims has the advantage that a slow change in the predistortion is made by the iterative change of the filter coefficients of the predistorter , whereby the amplifier remains in the working point. In addition, there is an adaptive reaction to changes in the amplifier characteristics.
  • the measuring module carries out the comparison at support points with a straight line, whereby on the one hand only a calculation at the support points is necessary and on the other hand the comparison with the straight line detects whether there is still a non-linear behavior in the predistorter-amplifier system.
  • This procedure is simple and requires little effort.
  • the evaluation with the iteration step weights errors that occur more frequently, in particular at the beginning of an iteration, so that the convergence of the method is retained.
  • the predistorter is loaded with initialization values as filter coefficients that have a linear characteristic, so that the actual amplifier characteristic in a first iteration step is determined by the measuring module without distortion by the predistorter.
  • an OFDM symbol is increased in amplitude by a multiplier or that a measurement signal is keyed into the OFDM signal, so that the amplifier is driven into the saturation range in order to increase the amplifier characteristic up to the break point, i.e. where the linear and nonlinear range of the amplifier characteristics meet.
  • FIG. 1 shows a block diagram of the transmitter according to the invention
  • FIG. 2 shows a structure of a DAB frame
  • FIG. 3 shows an idealized characteristic curve of an amplifier
  • FIG. 4 shows a first flow diagram of the method according to the invention
  • FIG. 5 shows a second flow diagram of the method according to the invention
  • FIG. 6 shows a third flow diagram of the inventive method.
  • Orthogonal frequency division multiplex is a known and successful method for mobile radio applications.
  • OFDM Orthogonal frequency division multiplex
  • the signals to be sent are distributed over many subcarriers, these subcarriers being at a certain frequency spacing from one another, so that the signals distributed over the subcarriers do not interfere with one another. This behavior is described as orthogonal.
  • OFDM is therefore used for digital radio transmission methods, in particular for mobile reception, for example using car radios.
  • DAB Digital Audio Broadcasting
  • DVB Digital Video Broadcasting
  • DRM Digital Radio Mondial
  • These broadcast transmission methods benefit from the property of OFDM that when frequency selective attenuation occurs, only a small part of the broadcast signal transmitted is disturbed because the broadcast signal has been distributed over a plurality of frequencies and only a portion of the signal which is transmitted on one frequency is disturbed , where a strong damping occurs.
  • the disturbed signal component is corrected by error-detecting and corrective measures.
  • error-detecting and correcting measures include error-detecting and correcting codes such as block codes or convolutional codes.
  • predistortion is provided.
  • a signal that has been amplified by the amplifier must be compared with the original signal.
  • the OFDM signal is a challenge due to the uncorrelated sequence of amplitudes that occur due to the addition of the individual signal components, since it is difficult to synchronize the original OFDM signal with the amplified OFDM signal.
  • the amplifier For the amplification of the OFDM signals, the amplifier should only be operated in the linear range. If a signal that is transmitted at a certain frequency is given a non-linear characteristic, for example that of the amplifier, frequency components arise at multiples of this certain frequency. If these multiples are outside the transmission frequency spectrum, one speaks of out-of-band radiation, since signal energy is then transmitted outside the available spectrum and is therefore lost for signal transmission because a receiver receives the signal Filtered out band radiation. In addition, the out-of-band radiation interferes with other transmission systems that are used at frequencies at which the out-of-band radiation occurs.
  • the OFDM signal After the distribution of the signals to be transmitted to the subcarriers, the OFDM signal is thus present as a noise signal, with individual amplitude peaks being able to drive the amplifier of the transmitter into the non-linear range. A predistortion of the OFDM signal is therefore necessary so that the characteristic of the amplifier has no influence on the spectrum of the OFDM signal.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an OFDM transmitter according to the invention.
  • a data source 1 is connected to a data input of a source code 2.
  • the source coding 2 transmits its output signals to an OFDM modulator 3.
  • the first and second data outputs of the OFDM modulator 3 lead to first and second data inputs of a multiplier 5.
  • the first data outputs of the multiplier 5 lead to a first data input of a predistorter 4 and on the other hand to a first data input of a measuring module 12.
  • the second data output of the multiplier 5 leads on the one hand to a second data input of the predistorter 4 and on the other hand to a second data input of the measuring module 12.
  • the first Data output of the predistorter 4 leads to a first data input of a digital-to-analog converter 30, while the second data output of the predistorter 4 leads to the second data input of the digital-to-analog converter 30.
  • Output signals from the first data output of a processor 13 lead to a third data input of the predistorter 4 and the output signals from the second data output of the processor 13 lead to a fourth data input of the predistorter 4.
  • the first and second data outputs of the digital-to-analog converter 30 lead to the first and second data input of the quadrature modulator 6.
  • the output signals of the quadrature modulator 6 lead to the data input of an up-mixer 7, which in turn transfers its output signals to an amplifier 8.
  • a first part of the output signals of the amplifier 8 leads to an antenna 9, while a second part of the output signals of the amplifier 8 leads to a down mixer 10.
  • the output signals of the down mixer 10 lead to a quadrature demodulator 11.
  • the first and second data outputs of the quadrature demodulator 11 each lead to first and second data inputs of an analog-digital converter 31.
  • the first and second data outputs of the analog-digital converter 31 lead to third and fourth data inputs of the measuring module 12.
  • the first and second data outputs of the measuring module 12 each lead to the first and second data inputs of the processor 13.
  • the data source 1 is used here to generate the data.
  • the data source 1 is here a microphone with connected electronics for amplifying and digitizing the speech signals converted by the microphone.
  • the microphone 1 converts sound waves into analog electrical signals, which are amplified and digitized by the electronics connected to the microphone.
  • the digital data stream resulting from these voice signals leads into the Source coding 2.
  • This source coding 2 is carried out on a processor.
  • the source coding 2 reduces the number of bits that have arisen from the voice signals by the source coding 2 taking redundancy from the digital data stream. Using psychoacoustic models, data that are not necessary for the reproduction of the speech signals are eliminated from the speech signals.
  • the data stream reduced by the source coding 2 is then fed to the OFDM modulator 3.
  • other data such as text, image and video data can also be transmitted.
  • a source coding specific to the type of data is then carried out here.
  • the OFDM modulator 3 first carries out a differential phase modulation of the signals to be transmitted.
  • Differential quadrature phase shift keying (DQPSK) is used for this.
  • the DQPSK is a digital modulation in which the phase change of the signal is modulated.
  • the phase change is used as a modulation signal at a certain time interval, i.e. per bit.
  • a phase change of +/- 90 ° is used here.
  • Differential modulation methods have the advantage that no absolute value has to be determined in the receiver in order to demodulate the signals, since the transmitted information is contained in the phase change of the transmitted signals.
  • a bit sequence of 110 therefore leads to a phase change of + 90 ° for the two ones and -90 ° for the zero.
  • the DQPSK is a complex modulation method, since the bits of the bit stream which are fed into the OFDM modulator 3 are mapped to phase changes. If a phase of a signal is changed, a complex level is used for the graphic representation of the signals as a pointer, with a real part on the abscissa and an imaginary part on the ordinate. A signal with a phase of> 0 is rotated around this phase in the complex plane counterclockwise from the abscissa. If you change the phase by 90 ° four times, you are back at the output signal. Four modulation states that can be distinguished from one another are therefore possible with DQPSK.
  • the OFDM modulator 3 distributes the signals to be demodulated to the subcarriers, so that an OFDM signal is produced. Since the DQPSK, which the OFDM modulator 3 performs, produces a complex signal, a first and a second data output from the OFDM modulator 3 are connected to a first and second data input of the multiplier 5 in order to generate two components of the signal, imaginary. and real part to be processed separately.
  • the multiplier 5 multiplies a measurement signal by the OFDM signal.
  • the multiplier 5 accordingly multiplies the measurement signal by the OFDM signal at certain times, so that the measurement signal changes the OFDM signal at these times. These times are predefined, for example every hour or once a day.
  • the multiplier 5 has a memory which contains the measurement signal.
  • the measurement signal is a factor here a two to double an OFDM symbol. It is thus advantageously achieved that the amplifier 8 is driven into saturation in order to determine the filter coefficients up to the break point of the amplifier characteristic curve.
  • the amplifier characteristic curve relates the amplitude of the output signal and the input signal. The relationship between the input and output voltage is still linear down to the break point. With input voltages that are larger, it becomes non-linear.
  • the multiplier 5 multiplies the signal by one, so that the signal passes the multiplier unchanged. Alternatively, it is possible that the OFDM signal is evaluated with other factors as a measurement signal, as long as the amplifier 8 is driven into saturation.
  • FIG. 2 shows a DAB frame.
  • a synchronization channel 40 at the beginning of the DAB frame has the zero symbol.
  • a so-called Fast Information Channel 41 information about the multiplex and other service information is transmitted.
  • a so-called main service channel 42 has the data to be transmitted, such as audio programs and / or multimedia data.
  • the measurement signal is multiplied by the fast information channel 41, so that no other data which are transmitted in the DAB frame are overwritten. It is acceptable that the fast information channel 41 is changed with the measurement signal. Since the information contained in the Fast Information Channel is not absolutely necessary for the recipient and is often repeated anyway.
  • the measurement signal only has to meet the requirement that it drives the OFDM signal into the saturation range of the amplifier. Furthermore, the measurement signal will have the length in time of at least one symbol or a multiple of a symbol.
  • the measurement signal is synchronized with an OFDM symbol in the OFDM signals, so that two symbols are not impaired by the measurement signal.
  • the measurement signal is therefore a DC voltage signal which acts as a constant factor by which the OFDM signal is multiplied.
  • the predistorted signals go to the predistorter 4 after the multiplier 5.
  • the OFDM signals are predistorted using filter coefficients.
  • initialization values are loaded into the predistorter 4, that is to say the filter coefficients are chosen to be linear, so that the amplifier characteristic can be measured in an unadulterated manner.
  • the predistorter 4 does not pre-distort here.
  • the OFDM signal which has the OFDM symbol by which the measurement signal has been multiplied, goes via the first and second data output as a complex signal from the predistorter 4 to a digital-to-analog converter 30, which converts the components of the complex signal into analog Converts signals, which then get into the quadrature modulator 6.
  • the complex OFDM signal with the OFDM symbol, which was multiplied by the measurement signal, is converted into a real signal with the quadrature modulator 6.
  • ⁇ is a frequency by which the OFDM signal is converted into an intermediate frequency by an upmix.
  • the up-mixing 7 follows, with the real OFDM signal now in the
  • the upmixer 7 therefore has an oscillator in order to generate the frequency by which the OFDM signal is to be shifted.
  • direct mixing is also possible without the use of an intermediate frequency.
  • the OFDM signal converted into the intermediate frequency is fed into the amplifier 8 after the up-mixing 7 or is amplified in accordance with the transmission characteristic of the amplifier 8.
  • the OFDM signals arrive on the one hand at the antenna 9 in order to be sent therewith, and on the other hand to the downmixing 10, which reduces the amplified signal back to a baseband.
  • This portion of the OFDM signal is therefore fed back.
  • the portion is of course very small compared to the portion sent, for example less than one percent, since most of the signal energy is used to radiate the OFDM signals.
  • the OFDM signal is decoupled using a directional coupler.
  • the directional coupler has two lines which are placed in such a way that an electromagnetic decoupling of signal energy from one line to the other line is made possible.
  • the baseband is the frequency range in which the data was generated.
  • a complex signal is again generated from the real signal in a quadrature demodulator 11, so that the quadrature modulator 11 has two data outputs, to each of which a data input of the analog-digital converter 31 is connected which digitizes the components of the complex signal.
  • the digitized signals then arrive in the measuring module 12.
  • the measuring module 12 receives the OFDM signal with the symbol, which has been multiplied by the measuring signals, via its first and second data input. This OFDM signal was also amplified by the amplifier 8. Via its third and fourth data input, the measuring module 12 receives the OFDM signal with the OFDM symbol from the first and second data output of the multiplier 5, which was multiplied by the measuring signal. This symbol was temporarily saved for this.
  • the thus modified OFDM signal which is led from the multiplier 5 to the measuring module 12, is temporarily stored in the measuring module 12 until the same OFDM signal with the symbol that has been multiplied by the measuring signal is sent from the quadrature demodulator 11 to the measuring module 12 , This enables a comparison of the OFDM symbol, which was multiplied by the measurement signal, before and after that of the predistorter 4 and the amplifier 8.
  • the characteristic curve of this system is determined by the measuring module 12.
  • the deviation of the predistorter-amplifier system from the desired linear behavior is determined, namely by amount and phase.
  • the phase change ⁇ should be 0 here.
  • the connection to the multiplier 5 synchronizes the measuring module 12 so that the measuring module 12 is informed of which signals are to be compared.
  • the measuring module 12 transfers the difference values according to amount and phase to a processor 13 via its first and second data output.
  • the processor 13 compares that Difference values by amount and phase with threshold values in order to determine whether the predistorter 4 with its filter coefficients predistorted the OFDM signals to the extent that the overall system predistorter-amplifier had a linear characteristic. If the difference values are above the threshold values, there are still nonlinear components in the transmission characteristic, and a further correction of the filter coefficients is necessary. The processor 13 then recalculates the filter coefficients F according to the following equations:
  • the first equation generally describes the filter coefficients as complex quantities, the second equation giving the calculation for the amount of the new filter coefficient, while the third equation describes the calculation of the phase of the new filter coefficient.
  • F denotes the filter coefficient in iteration step i and F 1 + 1 the filter coefficient in iteration step i + 1.
  • ⁇ is an evaluation factor for the iteration step, the evaluation factor here being a fixed value less than one.
  • ⁇ k denotes the deviation with respect to the amount of the characteristic curve determined at the support points x in comparison to the straight line which has an incline 1 here, x thus denotes the support point and the factor 2 comes from a derivative.
  • ⁇ . ⁇ Denotes the phase of the filter coefficient at the iteration point i and ⁇ i +1 denotes the phase at the iteration step i + 1.
  • ⁇ is the deviation of the measured characteristic of the predistorter-amplifier system with respect to the zero phase.
  • the goal of the iteration is that ⁇ k and ⁇ are less than a tolerance threshold (ideally zero), which means that the predistorter-amplifier system is linear.
  • the new filter coefficients F i + 1 are then transmitted via the first and second data outputs of the processor 13 to a third and fourth data inputs of the predistorter 4, so that the following OFDM signals are predistorted with the changed filter coefficients.
  • FIG. 1 An idealized characteristic curve of an amplifier is shown in FIG.
  • the input voltages are plotted on the abscissa, while the output voltages of the amplifier are plotted on the ordinate.
  • the transmission characteristic of the amplifier is linear.
  • Points 80 and 90 mark the breakpoints where the transmission characteristics of the amplifier pass into the respective non-linear range.
  • the amplitudes of an OFDM signal are Rayleigh-distributed, ie here in particular that there are only a few amplitudes for large amplitude values.
  • an OFDM symbol is simply multiplied by a factor of 2.
  • other signals can be keyed into the OFDM signals which drive the amplifier into saturation, e.g. B. a sine signal. This can also be done iteratively, ie the measurement signal is gradually brought to the saturation area.
  • FIG. 4 shows the method according to the invention for sending signals over radio channels in orthogonal frequency division multiplex as a flow chart.
  • the data is generated in method step 14. This is done by means of a microphone as described above. However, other data sources are also possible, for example a computer with a keyboard.
  • source coding is carried out, redundancy being taken from the speech signals, which are not necessary for a reconstruction of the speech data in the receiver.
  • a modulation of the data stream is carried out after the source coding 15, a differential phase modulation being carried out here, as described above.
  • method step 17 the data stream is distributed to various subcarriers by means of OFDM modulation.
  • method step 81 an existing OFDM symbol is optionally doubled by means of the multiplier 5 in order to drive the amplifier up to the saturation range. As shown above, other methods can also be used here.
  • predistortion is carried out in accordance with the existing filter coefficients.
  • a digital-analog conversion of the OFDM signal is carried out in method step 43.
  • quadrature modulation is carried out in order to produce a real signal from the complex OFDM signal.
  • process step 22 the real signal is converted into the intermediate frequency.
  • method step 23 the converted OFDM signal is amplified by means of the amplifier 8.
  • the amplified signal is sent in method step 24, while a further part of the amplified signal is mixed downwards again in method step 25 and converted into a complex signal again using a quadrature modulator in method step 26.
  • an analog-digital conversion of the complex signal is carried out in order to carry out a comparison of the OFDM signal before and after the predistorter amplifier system in method step 27 in order to carry out the
  • FIG. 5 shows a second flow chart of the method according to the invention. It is limited to the essential procedural steps.
  • Method step 100 the characteristic of the predistorter 4 and the amplifier 8 is measured by the measuring module 12.
  • the characteristic curve of the amplifier 6 is calculated therefrom in method step 101.
  • method step 102 deviations of the measured signal from the characteristic at the support points are calculated, ie ⁇ k, that is to say the deviation of the predistorted from the ideally linearized output power.
  • step 103 a Calculation of the filter coefficients using the equations above.
  • method step 104 the filter coefficients are then loaded into the predistorter 4. This method is then carried out iteratively, so that an optimization is achieved.
  • a development of the method according to the invention is shown in a third flowchart in FIG. 6, in that the filter coefficients are optimized separately from the actual signal path.
  • a simulation is used for this so that, for example, extrapolation errors are not brought into the signal path via which the signals to be sent are carried. It is therefore an offline simulation.
  • the characteristic curve of the amplifier 8 and the predistorter 4 is determined by sampling the signals in the signal path and subsequent calculation.
  • the method curve calculated in this way is stored in method step 107.
  • the filter coefficients are calculated as shown above.
  • the calculated characteristic curve is then loaded in method step 109 in order to simulate a predistortion in method step 110 using the calculated filter coefficients and the characteristic curve.
  • the deviations are then calculated therefrom in method step 111, so that the deviation ⁇ k is then compared in method step 112 with a predetermined maximum deviation ⁇ k max . If ⁇ k is above ⁇ k max , the process jumps back to step 108 in order to further optimize the filter coefficients.
  • the filter coefficients are optimized. Now in method step 113 the optimized filter coefficients are loaded into the predistorter 4 in order to transmit the signals to be sent with these filter coefficients pre-distort. This process is also carried out iteratively on an ongoing basis.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Transmitters (AREA)

Abstract

Es wird ein Sender zum Versenden von Signalen über Funkkanäle im OFDM beziehungsweise ein Verfahren zum Versenden von Signalen über Funkkanäle im OFDM vorgeschlagen, die dazu dienen, iteritiv Filterkoeffzienten eines Vorverzerrers (4) zu ändern. In die iterative Berechnung gehen die Differenzen einer gemessenen Kennlinie mit einer Geraden bezüglich Betrag und Phase, die Stützstellen, an denen die Differenzen berechnet werden, der jeweilige Iterationsschritt und die Filterkoeffizienten ein, um die neuen Filterkoeffizienten des Vorverzerrers (4) zu berechnen. Die Differenzen bezüglich Betrag und Phase werden mit Schwellenwerten verglichen, um zu bestimmen, ob eine weitere Iteration notwending ist. Durch Verdopplung eines OFDM-Symbols wird der Verstärker (8) in die Sättingung getrieben, um die Kennlinie bis in den Knickpunkt zu untersuchen. In einer Weiterbildung ist vorgesehen, die Filterkoeffizienten durch eine offline-Simulation zu optimieren.

Description

Sender zum Versenden von Signalen über Funkkanale im orthogonalen Frequenzmultiplex (OFDM) und Verfahren zum Senden von Signalen über Funkkanale im orthogonalen Frequenzmultiplex (OFDM)
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Sender zum Versenden von Signalen über Funkkanale im orthogonalen Frequenzmultiplex (OFDM) beziehungsweise von einem Verfahren zum Versenden von Signalen über Funkkanale im OFDM nach der Gattung der unabhängigen Patenanspruche .
Es ist bereits aus M. Schrader und N. Hentati „Reduktion von Außerbandstrahlung von Sendestufen im DAB-COFDM-System", OFDM Fachgespräche, September 1998, Braunschweig, abgedruckt im Konferenzband, bekannt, daß OFDM (Orthogonaler Frequenz- Multiplex, engl . Orthogonal Frequency Division Multiplex) Signale vorverzerrt werden und zwar nach den Übertragungseigenschaften des Verstärkers im Sender. Dies ist notwendig, da die OFDM-Signale aufgrund des großen Unterschiedes zwischen den kleinen und den großen Amplituden, die in den OFDM-Signalen vorkommen, also der Dynamik oder Amplitudenvarianz, hohe Anforderungen an eine Linearität des Verstärkers im Sender stellen, weil alle Amplituden des OFDM-Signals linear verstärkt werden sollen. Es wurde in dem oben erwähnten Beitrag ein rückgekoppeltes System zur Vorverzerrung vorgeschlagen, bei dem ein Teil des verstärkten OFDM-Signals rückgekoppelt wird und mit einem gepufferten OFDM-Signal verglichen wird, um die Übertragungseigenschaften des Verstärkers im Sender zu bestimmen. Das gepufferte OFDM-Signal ist das OFDM-Signal, das dann verstärkt und rückgekoppelt wird. Da das OFDM- Signal einem Rauschsignal in seinen Eigenschaften sehr ähnlich ist, ist eine anspruchsvolle Synchronisation für das gepufferte OFDM-Signal und das verstärkte OFDM-Signal hier erforderlich.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsge aße Sender zum Versenden von Signalen über Funkkanale im OFDM beziehungsweise das Verfahren zum Versenden von Signalen über Funkkanale im OFDM mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche hat demgegenüber den Vorteil, dass durch die iterative Änderung der Filterkoeffizienten des Vorverzerrers eine langsame Veränderung der Vorverzerrung vorgenommen wird, wodurch der Verstarker im Arbeitspunkt bleibt. Darüber hinaus wird adaptiv auf Veränderungen der Verstarkercharakteristik reagiert.
Durch die in den abhangigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des in den unabhängigen Patenanspruchen angegeben Senders beziehungsweise Verfahrens zum Versenden von Signalen über Funkkanale im OFDM möglich.
Durch eine offline-Simulation der berechneten Filterkoeffizienten bezuglich der Vorverzerrung wird eine Optimierung der Filterkoeffizienten erreicht, ohne wahrend der Optimierung in den Signalpfad, über den die zu versendenden OFDM-Signale gefuhrt werden, einzugreifen. Insbesondere werden damit Fehler bei der Filterkoeffizientenberechnung eliminiert, bevor die Filterkoeffizienten in den Signalpfad gebracht werden. Dies erhöht die Qualität der übertragenen Daten.
Besonders vorteilhaft ist, dass das Meßmodul den Vergleich an Stutzstellen mit einer Geraden durchfuhrt, wodurch einerseits nur eine Berechnung an den Stutzstellen notwendig ist und andererseits durch den Vergleich mit der Geraden erkannt wird, ob noch ein nichtlineares Verhalten im System Vorverzerrer-Verstarker vorliegt. Dieses Verfahren ist einfach und erfordert wenig Aufwand. Durch die Bewertung mit dem Iterationsschritt werden Fehler, die insbesondere am Anfang einer Iteration häufiger auftreten, gewichtet, so dass die Konvergenz des Verfahrens erhalten bleibt.
Darüber hinaus ist es von Vorteil, dass zu Beginn des Senderbetriebs der Vorverzerrer mit Initialisierungswerten als Filterkoeffizienten geladen wird, die eine lineare Charakteristik aufweisen, so dass die tatsachliche Verstarkercharakteristik in einem ersten Iterationsschritt unverfälscht durch den Vorverzerrer von dem Meßmodul ermittelt wird.
Weiterhin ist es von Vorteil, dass durch einen Multiplizierer ein OFDM-Symbol in der Amplitude erhöht wird oder das ein Meßsignal in das OFDM-Signal eingetastet wird, so dass der Verstarker in den Sattigungsbereich getrieben wird, um die Verstarkercharakteristik bis in den Knickpunkt, also dort, wo sich der lineare und nichtlineare Bereich der Verstarkercharakteristik treffen, zu ermitteln.
Zeichnung Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung naher erläutert. Es zeigt Figur 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemaßen Senders, Figur 2 einen Aufbau eines DAB- Rahmens, Figur 3 eine idealisierte Kennlinie eines Verstärkers, Figur 4 ein erstes Flußdiagramm des erfindungsgemaßen Verfahrens, Figur 5 ein zweites Flußdiagramm des erfindungsgemaßen Verfahrens und Figur 6 ein drittes Flußdiagramm des erfindungsgemaßen Verfahrens.
Beschreibung
Orthogonaler Frequenzmultiplex (engl. Orthogonal Frequency Division Multiplex = OFDM) ist ein bekanntes und erfolgreiches Verfahren für mobile Funkanwendungen. Bei OFDM werden die zu versendenden Signale auf viele Unterträger verteilt, wobei diese Unterträger zueinander einen bestimmten Frequenzabstand aufweisen, so daß sich die auf die Unterträger verteilten Signale gegenseitig nicht stören. Dieses Verhalten wird mit orthogonal beschrieben.
OFDM wird daher für digitale Rundfunkübertragungsverfahren eingesetzt, insbesondere für den mobilen Empfang, zum Beispiel mittels Autoradios. Dazu gehören DAB (Digital Audio Broadcasting) , DVB (Digital Video Broadcasting) und DRM (Digital Radio Mondial) . Diese Rundfunkübertragungsverfahren profitieren von der Eigenschaft von OFDM, daß, wenn eine frequenzselektive Dämpfung auftritt, nur ein geringer Teil des übertragenen Rundfunksignals gestört wird, da das Rundfunksignal auf eine Vielzahl von Frequenzen verteilt wurde und nur ein Signalanteil gestört wird, der auf einer Frequenz übertragen wird, bei der eine starke Dämpfung auftritt. Der gestörte Signalanteil wird durch fehlerdetektierende- und korrigierende Maßnahmen korrigiert. Zu diesen fehlerdetektierenden und -korrigierenden Maßnahmen gehören fehlerdetektierende und -korrigierende Codes wie z.B. Blockcodes oder Faltungscodes.
Bei OFDM tritt nach dem Verteilen der zu übertragenden Signale auf die Unterträger eine Summierung im Zeitbereich der verteilten Signale auf, wobei die Amplituden sich so addieren können, daß die Amplituden des überlagerten Signals zu bestimmten Zeitpunkten einmal einen sehr großen Wert annehmen und zum anderen einen sehr kleinen Wert annehmen. Dies hängt von der Phasenbeziehung der sich addierenden Signalanteile ab, ob sich die Signale konstruktiv oder destruktiv addieren. Ein Verstärker im Sender hat dabei die Aufgabe, alle Amplituden gleich zu verstärken, so daß keine nichtlinearen Verzerrungen auftreten.
Um die Übertragungseigenschaften des Verstärkers im Sender zu berücksichtigen, ist eine Vorverzerrung vorgesehen. Um eine Übertragungskennlinie des Verstärkers zu bestimmen, muß ein Signal, das von dem Verstärker verstärkt wurde, mit dem ursprünglichen Signal verglichen werden. Das OFDM-Signal ist aufgrund der unkorrelierten Folge von Amplituden, die durch die Addition der einzelnen Signalanteile auftritt, eine Herausforderung, da eine Synchronisation des ursprünglichen OFDM-Signals mit dem verstärkten OFDM-Signal schwierig ist.
Für die Verstärkung der OFDM-Signale soll der Verstärker nur im linearen Bereich betrieben werden. Wird ein Signal, das bei einer bestimmten Frequenz übertragen wird, auf eine nichtlineare Kennlinie gegeben, z.B. eben die des Verstärkers, entstehen Frequenzkomponenten bei Vielfachen dieser bestimmten Frequenz. Sind diese Vielfachen außerhalb des SendefrequenzSpek rums, spricht man von Außerbandstrahlung, da dann Signalenergie außerhalb des verfügbaren Spektrums übertragen wird und damit für die Signalübertragung verlorengeht, weil ein Empfänger die Außerbandstrahlung herausfiltert. Darüber hinaus stört die Außerbandstrahlung andere Übertragungssysteme, die bei Frequenzen eingesetzt werden, bei denen die Außerbandstrahlung auftri11.
Sind neue Frequenzkomponenten innerhalb des zur Verfügung stehenden Sendefrequenzspektrums vorhanden, werden unerwünschte Signalkomponenten im Empfänger demoduliert. Es kommt also zu einem Nebensprechen. Dadurch wird die Signalqualität und damit die Bitfehlerrate des empfangenen Signals entscheidend verschlechtert. Die Bitfehlerrate gibt an, wie viele Bits pro empfangenen Bits falsch detektiert werden. Um die Bitfehlerrate zu bestimmen, werden die fehlerdetektierenden Codes verwendet. Das OFDM-Signal liegt also nach dem Verteilen der zu übertragenden Signale auf die Unterträger wie ein Rauschsignal vor, wobei einzelne Amplitudenspitzen den Verstärker des Senders in den nichtlinearen Bereich treiben können. Daher ist eine Vorverzerrung des OFDM-Signals notwendig, damit die Kennlinie des Verstärkers keinen Einfluß auf das Spektrum des OFDM-Signals nimmt.
In Figur 1 ist ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen OFDM-Senders dargestellt. Eine Datenquelle 1 ist an einen Dateneingang einer Quellencodierung 2 angeschlossen. Die Quellencodierung 2 überträgt ihre Ausgangssignale zu einem OFDM-Modulator 3. Der erste und zweite Datenausgang des OFDM-Modulators 3 führen zu einem ersten und zweiten Dateneingang eines Multiplizierers 5. Der erste Datenausgang des Multiplizierers 5 führt einerseits zu einem ersten Dateneingang eines Vorverzerrers 4 und andererseits zu einem ersten Dateneingang eines Meßmoduls 12. Der zweite Datenausgang des Multiplizierers 5 führt einerseits zu einem zweiten Dateneingang des Vorverzerrers 4 und andererseits zu einem zweiten Dateneingang des Meßmoduls 12. Der erste Datenausgang des Vorverzerrers 4 führt zu einem ersten Dateneingang eines Digital-Analog-Wandlers 30, während der zweite Datenausgang des Vorverzerrers 4 zum zweiten Dateneingang des Digital-Analog-Wandlers 30 führt. An einen dritten Dateneingang des Vorverzerrers 4 führen Ausgangssignale vom ersten Datenausgang eines Prozessors 13 und an einen vierten Dateneingang des Vorverzerrers 4 die Ausgangssignale von dem zweiten Datenausgang des Prozessors 13. Der erste und zweite Datenausgang des Digital-Analog- Wandlers 30 führen jeweils an den ersten und zweiten Dateneingang des Quadraturmodulators 6. Die Ausgangssignale des Quadraturmodulators 6 führen zum Dateneingang eines Aufwärtsmischers 7, der seinerseits seine Ausgangssignale an einen Verstärker 8 übergibt. Ein erster Teil der Ausgangssignale des Verstärkers 8 führt zu einer Antenne 9, während ein zweiter Teil der Ausgangssignale des Verstärkers 8 zu einem Abwärtsmischer 10 führt. Die Ausgangssignale des Abwärtsmischers 10 führen zu einem Quadraturdemodulator 11. Der erste und zweite Datenausgang des Quadraturdemodulators 11 führen jeweils zu einem ersten und zweiten Dateneingang eines Analog-Digital-Wandlers 31. Der erste und zweite Datenausgang des Analog-Digital-Wandlers 31 führen jeweils zum dritten und vierten Dateneingang des Meßmoduls 12. Der erste und zweite Datenausgang des Meßmoduls 12 führen jeweils zum ersten und zweiten Dateneingang des Prozessors 13.
Die Datenquelle 1 dient hier zur Erzeugung der Daten. Die Datenquelle 1 ist hier ein Mikrophon mit angeschlossener Elektronik zur Verstärkung und Digitalisierung der vom Mikrophon gewandelten Sprachsignale. Das Mikrophon 1 wandelt Schallwellen in analoge elektrische Signale um, die von der an das Mikrophon angeschlossenen Elektronik verstärkt und digitalisiert werden. Der aus diesen Sprachsignalen entstandene digitale Datenstrom führt in die Quellencodierung 2. Diese Quellencodierung 2 wird auf einem Prozessor durchgeführt .
Die Quellencodierung 2 reduziert die Zahl der Bits die aus den Sprachsignalen entstanden ist, indem die Quellencodierung 2 Redundanz aus dem digitalen Datenstrom entnimmt. Unter Ausnutzung von psychoakustischen Modellen werden aus den Sprachsignalen Daten eliminiert, die zur Wiedergabe der Sprachsignale nicht notwendig sind. Der durch die Quellencodierung 2 reduzierte Datenstrom wird dann auf den OFDM-Modulator 3 gegeben. Im übrigen können neben Sprachsignalen auch andere Daten wie Text-, Bild- und Videodaten übertragen werden. Hier wird dann eine für die Art der Daten spezifische Quellencodierung vorgenommen.
Der OFDM-Modulator 3 führt zunächst eine differentielle Phasenmodulation der zu übertragenden Signale durch. Dazu wird die differentielle Quadraturphasenumtastung, die englisch als Differential Quadrature Phase Shift Keying (DQPSK) bezeichnet wird, verwendet. Die DQPSK ist eine digitale Modulation, bei der die Phasenänderung des Signals moduliert wird. Dabei wird die Phasenänderung in einem bestimmten Zeitabstand, also pro Bit, als Modulationssignal eingesetzt. Hier wird eine Phasenänderung von +/- 90° verwendet. Differentielle Modulationsverfahren haben den Vorteil, daß kein Absolutwert im Empfänger ermittelt werden muß, um die Signale zu demodulieren, da die übertragene Information in der Phasenänderung der übertragenen Signale enthalten ist. Eine Bitfolge von 110 führt also zu einer Phasenänderung von jeweils +90° für die beiden Einsen und -90° für die Null.
Neben der DQPSK können auch andere differentielle oder nicht differentielle Phasenmodulationsverfahren angewendet werden. Es ist jedoch auch möglich, auch Amplitudenmodulationsverfahren oder Frequenzmodulationsverfahren hier einzusetzen.
Die DQPSK ist ein komplexes Modulationsverfahren, da die Bits des Bitstroms der in den OFDM-Modulator 3 geführt wird auf Phasenänderungen abgebildet werden. Wird eine Phase eines Signals verändert, benutzt man eine komplexe Ebene für die grafische Darstellung der Signale als Zeiger, wobei ein Realteil auf der Abszisse und ein Imaginärteil auf der Ordinate abgetragen wird. Ein Signal mit einer Phase von >0 wird, um diese Phase in der komplexen Ebene gegen den Uhrzeigersinn von der Abszisse aus gedreht. Führt man viermal eine Phasenänderung um 90° durch, ist man wieder bei dem Ausgangssignal. Es sind demnach vier von einander unterscheidbare Modulationszustände mit DQPSK möglich.
Neben der differentiellen QPSK führt der OFDM-Modulator 3 die Verteilung der zu demodulierenden Signale auf die Unterträger durch, so daß ein OFDM-Signal entsteht. Da als Folge der DQPSK, die der OFDM-Modulator 3 durchführt, ein komplexes Signal entsteht, ist ein erster und ein zweiter Datenausgang vom OFDM-Modulator 3 an einen ersten und zweiten Dateneingang des Multiplizierers 5 angeschlossen, um zwei Anteile des Signals, Imaginär- und Realteil, getrennt zu verarbeiten. Der Multiplizierer 5 multipliziert ein Meßsignal mit dem OFDM-Signal. Der Multiplizierer 5 multipliziert demnach das Meßsignal mit dem OFDM-Signal zu bestimmten Zeitpunkten, so daß das Meßsignal das OFDM-Signal zu diesen Zeitpunkten verändert. Diese Zeitpunkte sind vorgegeben, z.B. jede Stunde oder einmal pro Tag. Vor dem tatsächlichen Betrieb des erfindungsgemäßen Senders wird diese Messung durchgeführt und dann später zu den vorgegebenen Zeitpunkten während dem Betrieb des Senders fortgesetzt. Der Multiplizierer 5 weist einen Speicher auf, der das Meßsignal enthält. Das Meßsignal ist ein Faktor, hier eine zwei, um ein OFDM-Symbol zu verdoppeln. Damit wird vorteilhafterweise erreicht, dass der Verstärker 8 in die Sättigung getrieben wird, um die Filterkoeffizienten bis in den Knickpunkt der Verstärkerkennlinie zu bestimmen. Die Verstärkerkennlinie setzt die Amplitude des Ausgangsignals und des Eingangssignals in ein Verhältnis. Bis in den Knickpunkt ist das Verhältnis zwischen Eingangs- und AusgangsSpannung noch linear. Bei EingangsSpannungen, die größer sind, wird es nichtlinear. Außer den Meßzeitpunkten, zu denen das OFDM-Signal verdoppelt wird, multipliziert der Multiplizierer 5 das Signal mit eins, so dass das Signal unverändert den Multiplizierer passiert. Alternativ ist es möglich, dass das OFDM-Signal mit anderen Faktoren als Meßsignal bewertet wird, solange der Verstärker 8 in die Sättigung getrieben wird.
Bei DAB ist zu Beginn eines DAB-Rahmens, mit dem die DAB- Signale übertragen werden, ein Nullsymbol zur Synchronisation vorgesehen. Figur 2 zeigt einen DAB-Rahmen. Ein Synchronisationskanal 40 zu Beginn des DAB-Rahmens weist das Nullsymbol auf. In einem sogenannten Fast Information Channel 41 werden Informationen über den Multiplex und andere Service-Informationen übertragen. Ein sogenannter Main-Service-Channel 42 weist die zu übertragenden Daten wie Audioprogramme und/oder Multimediadaten auf.
Mit dem Fast-Information-Channel 41 wird das Meßsignal multipliziert, so daß keine anderen Daten, die im DAB-Rahmen übertragen werden, überschrieben werden. Es ist akzeptabel, daß der Fast-Information-Channel 41 mit dem Meßsignal verändert wird. Da die im Fast-Information-Channel enthaltenen Informationen nicht absolut notwendig für den Empfänger sind und ohnehin häufig wiederholt werden. Das Meßsignal hat allein die Forderung zu erfüllen, daß es das OFDM-Signal in den Sättigungsbereich des Verstärkers treibt. Weiterhin wird das Meßsignal die zeitliche Länge mindestens eines Symboles haben oder von Vielfachen eines Sy boles . Darüber hinaus wird das Meßsignal mit einem OFDM- Symbol in den OFDM-Signalen synchronisiert, so daß durch das Meßsignal nicht zwei Symbole beeinträchtigt werden. Das Meßsignal ist demnach ein Gleichspannungssignal, das wie ein konstanter Faktor wirkt, mit dem das OFDM-Signal multipliziert wird.
Die vorverzerrten Signale gelangen nach dem Multiplizierer 5 in den Vorverzerrer 4. Anhand von Filterkoeffizienten werden die OFDM-Signale vorverzerrt. Beim ersten Betrieb des Senders sind Initialisierungswerte in den Vorverzerrer 4 geladen, das heißt, die Filterkoeffizienten sind linear gewählt, so dass die Verstärkercharakteristik unverfälscht gemessen werden kann. Der Vorverzerrer 4 verzerrt also hier nicht vor.
Das OFDM-Signal, das das OFDM-Symbol aufweist, mit dem das Meßsignal multipliziert wurde, geht über den ersten und zweiten Datenausgang als komplexes Signal von dem Vorverzerrer 4 zu einem Digital-Analog-Wandler 30, der die Anteile des komplexen Signals in analoge Signale umwandelt, welche dann in den Quadraturmodulator 6 gelangen.
Mit dem Quadraturmodulator 6 wird das komplexe OFDM-Signal mit dem OFDM-Symbol, das mit dem Meßsignal multipliziert wurde, in ein reelles Signal umgewandelt. Dabei wird das komplexe Signal y(t) , das mathematisch mit y(t) = a(t) + jb(t) beschrieben wird und durch folgende Vorschrift in ein reelles Signal x(t) umgewandelt: (t) = a(t)cos(ωt) - b(t)sin(ωt) Dabei ist ω eine Frequenz, um die das OFDM-Signal durch eine Aufwärtsmischung in eine Zwischenfrequenz umgesetzt wird.
Nach dem Quadraturmodulator 6 folgt die Aufwärtsmischung 7, wobei nun das reelle OFDM-Signal in den
Zwischenfrequenzbereich umgesetzt wird. Die Aufwärtsmischung 7 weist daher einen Oszillator auf, um die Frequenz zu erzeugen, um die das OFDM-Signal verschoben werden soll. Alternativ ist auch eine Direktmischung ohne die Verwendung einer Zwischenfrequenz möglich.
Das in die Zwischenfrequenz umgesetzte OFDM-Signal wird nach der Aufwärtsmischung 7 in den Verstärker 8 geführt oder entsprechend der Übertragungskennlinie des Verstärkers 8 verstärkt. Nach dem Verstärker 8 gelangen die OFDM-Signale einerseits zu der Antenne 9, um damit versendet zu werden, und andererseits zu der Abwärtsmischung 10, die das verstärkte Signal wieder in ein Basisband herabsetzt. Dieser Anteil des OFDM-Signals wird also rückgekoppelt. Der Anteil ist natürlich im Vergleich zum versendeten Anteil sehr klein, zum Beispiel kleiner als ein Prozent, da die meiste Signalenergie zur Abstrahlung der OFDM-Signale verwendet wird. Die Auskopplung des rückgekoppelten OFDM-Signals erfolgt mit einem Richtkoppler . Der Richtkoppler weist zwei Leitungen auf, die so plaziert sind, daß eine elektromagnetische Auskopplung von Signalenergie von einer Leitung zur anderen Leitung ermöglicht wird.
Das Basisband ist der Frequenzbereich, in dem die Daten erzeugt wurden. Nach der Abwärtsmischung 10 wird in einem Quadraturdemodulator 11 aus dem reellen Signal wieder ein komplexes Signal erzeugt, so daß der Quadraturmodulator 11 über zwei Datenausgänge verfügt, an die jeweils ein Dateneingang des Analog-Digital-Wandlers 31 angeschlossen ist, der die Anteile des komplexen Signals digitalisiert. Die digitalisierten Signale gelangen dann in das Meßmodul 12.
Das Meßmodul 12 erhält über seinen ersten und zweiten Dateneingang das OFDM-Signal mit dem Symbol, das mit den Meßsignalen multipliziert wurde. Weiterhin wurde dieses OFDM-Signal von dem Verstärker 8 verstärkt. Über seinen dritten und vierten Dateneingang erhält das Meßmodul 12 von dem ersten und zweiten Datenausgang des Multiplizierers 5 das OFDM-Signal mit dem OFDM-Symbol, das mit dem Meßsignal multipliziert wurde. Dafür wurde dieses Symbol zwischengespeichert. Das so veränderte OFDM-Signal, das von dem Multiplizierer 5 zum Meßmodul 12 geführt wird, wird im Meßmodul 12 zwischengespeichert, bis das gleiche OFDM-Signal mit dem Symbol, das mit dem Meßsignal multipliziert wurde, von dem Quadraturdemodulator 11 zum Meßmodul 12 gesendet wird. Damit wird ein Vergleich des OFDM-Symbols, das mit dem Meßsignal multipliziert wurde, vor und nach dem dem Vorverzerrer 4 und dem Verstärker 8 möglich.
Durch den Vergleich nach Betrag und Phase der OFDM-Signale vor dem System Vorverzerrer-Verstarker und nach dem System Vorverzerrer-Verstarker, wird die Kennlinie dieses Systems durch das Meßmodul 12 ermittelt. Durch einen Vergleich dieser Kennlinie mit einer Geraden wird die Abweichung des Systems Vorverzerrer-Verstarker von dem gewünschten linearen Verhalten bestimmt, und zwar nach Betrag und Phase. In einem linearen System soll hier die Phasenanderung ΔΦ gleich 0 sein. Durch die Verbindung mit dem Multiplizierer 5 wird das Meßmodul 12 synchronisiert, so dass das Meßmodul 12 darüber informiert wird, welche Signale zu vergleichen sind. Das Meßmodul 12 übergibt über seinen ersten und zweiten Datenausgang einem Prozessor 13 die Differenzwerte nach Betrag und Phase. Der Prozessor 13 vergleicht die Differenzwerte nach Betrag und Phase mit Schwellenwerten, um zu ermitteln, ob der Vorverzerrer 4 mit seinen Filterkoeffizienten die OFDM-Signale insoweit vorverzerrt, dass das Gesamtsystem Vorverzerrer-Verstarker eine lineare Kennlinie aufweist. Liegen die Differenzwerte über den Schwellwerten, dann liegen noch nichtlineare Anteile in der Ubertragungskennlinie vor, und eine weitere Korrektur der Filterkoeffizienten ist notwendig. Der Prozessor 13 fuhrt dann nach folgenden Gleichungen eine Neuberechnung der Filterkoeffizienten F durch:
F = |E| • expJφ
Ak
\Fl+l\ = \F\ + δ -
Die erste Gleichung beschreibt allgemein die Filterkoeffizienten als komplexe Großen, wobei die zweite Gleichung die Berechnung für den Betrag des neuen Filterkoeffizienten angibt, wahrend die dritte Gleichung die Berechnung der Phase des neuen Filterkoeffizienten beschreibt. F bezeichnet den Filterkoeffizienten beim Iterationsschritt i und F1+1 der Filterkoeffizient beim Iterationsschritt i+1. δ ist ein Bewertungsfaktor für den Iterationsschritt, wobei hier der Bewertungsfaktor ein fester Wert kleiner eins ist. Damit werden starke Abweichungen, die unter Umstanden auf Meßfehler zurückzuführen sind und die insbesondere am Anfang der Iteration eintreten können, stark gedampft und werden so in die Iteration nicht sehr stark eingehen. Dieser Bewertungsfaktor δ fuhrt also zu einer besseren Konvergenz des Iterationsverfahrens. Δk bezeichnet die Abweichung bezuglich des Betrags der ermittelten Kennlinie an den Stutzstellen x im Vergleich zu der Gerade, die hier eine Steigung 1 aufweist, x bezeichnet also die Stutzstelle und der Faktor 2 kommt aus einer Ableitung. Φ.^ bezeichnet die Phase des Filterkoeffizienten zum Iterationspunkt i und Φi+1 bezeichnet die Phase beim Iterationsschritt i+1. ΔΦ ist die Abweichung der gemessenen Kennlinie des Systems Vorverzerrer-Verstarker bezüglich der Nullphase. Das Ziel der Iteration ist, dass Δk und ΔΦ kleiner einer Toleranzschwelle sind (im Idealfall gleich null) , das heißt das System Vorverzerrer-Verstarker ist dabei linear. Die neuen Filterkoeffizienten Fi+1 werden dann über den ersten und zweiten Datenausgang des Prozessors 13 an einen dritten und vierten Dateneingang des Vorverzerrers 4 übertragen, so dass die folgenden OFDM-Signale mit den geänderten Filterkoeffizienten vorverzerrt werden.
In Figur 3 ist eine idealisierte Kennlinie eines Verstärkers dargestellt. Auf der Abszisse sind die Eingangsspannungen abgetragen, während auf der Ordinate die Ausgangsspannungen des Verstärkers abgetragen werden. Zwischen den Punkten 80 und 90 verhält sich die Übertragungskennlinie des Verstärkers linear. Die Punkte 80 und 90 markieren die Knickpunkte, wo die Übertragungskennlinien des Verstärkers in den jeweiligen nichtlinearen Bereich übertritt. Um die Kennlinie des Verstärkers bis zu den Knickpunkten hin auszusteuern, ist es beispielsweise notwendig, ein OFDM- Symbol zu verdoppeln, das dann den Verstärker bis in die Sättigung, also in den nichtlinearen Bereich, hineintreibt. Dies ist notwendig, da OFDM-Signale eine große Amplitudenvarianz aufweisen äußerst selten in den nichtlinearen Bereich oder in die Nähe des Knickpunktes gelangen. Die Amplituden eines OFDM-Signals sind dabei Rayleigh-verteilt, d.h. hier insbesondere dass bei großen Amplitudenwerten nur wenige Amplituden liegen. Um nun also ganz sicher mittels eines OFDM-Signals die Verstärkerkennlinie bis in Knickpunkt hin zu untersuchen, wird einfach ein OFDM-Symbol mit dem Faktor 2 multipliziert. Alternativ können andere Signale in die OFDM-Signale eingetastet werden, die den Verstarker in die Sättigung treiben, z. B. ein Sinussignal. Dies kann auch iterativ geschehen, d.h. das Meßsignal wird schrittweise an den Sattigungsbereich herangeführt.
In Figur 4 ist das erfindungsgemaße Verfahren zum Versenden von Signalen über Funkkanale im orthogonalen Frequenzmultiplex als Flußdiagramm dargestellt.
In Verfahrensschritt 14 werden die Daten erzeugt . Dies geschieht mittels eines Mikrophons, wie es oben beschrieben wurde. Aber auch andere Datenquellen sind möglich, wozu zum Beispiel ein Computer mit einer Tastatur gehört . In Verfahrensschritt 15 wird eine Quellencodierung durchgeführt, wobei von den Sprachsignalen Redundanz genommen wird, die für eine Rekonstruktion der Sprachdaten im Empfänger nicht notwendig sind. In Verfahrensschritt 16 wird eine Modulation des Datenstroms nach der Quellencodierung 15 durchgeführt, wobei hier eine, wie oben beschrieben wurde, differentielle Phasenmodulation durchgeführt wird.
In Verfahrensschritt 17 wird mittels einer OFDM-Modulation der Datenstrom auf verschiedene Untertrager verteilt. In Verfahrensschritt 81 wird gegebenenfalls mittels des Multiplizierers 5 ein vorhandenes OFDM-Symbol verdoppelt, um den Verstarker bis in den Sattigungsbereich hin zu treiben. Hier sind wie oben gezeigt auch andere Methoden anwendbar. In Verfahrensschritt 18 wird eine Vorverzerrung gemäß der vorhandenen Filterkoeffizienten vorgenommen. In Verfahrensschritt 43 wird eine Digital-Analog-Wandlung des OFDM-Signals vorgenommen. In Verfahrensschritt 21 wird eine Quadraturmodulation durchgeführt, um aus dem komplexen OFDM- Signal ein reelles Signal herzustellen. In Verfahrensschritt 22 wird das reelle Signal in die Zwischenfrequenz umgesetzt. In Verfahrensschritt 23 wird mittels des Verstärkers 8 eine Verstärkung des umgesetzten OFDM-Signals vorgenommen. In Verfahrensschritt 24 wird das verstärkte Signal versendet, wahrend ein weiterer Teil des verstärkten Signals in Verfahrensschritt 25 wieder abwärts gemischt wird und mit einem Quadraturmodulator in Verfahrensschritt 26 in ein komplexes Signal wieder umgewandelt wird. In Verfahrensschritt 44 wird eine Analog-Digital-Wandlung des komplexen Signals vorgenommen, um in Verfahrensschritt 27 ein Vergleich des OFDM-Signals vor und nach dem Vorverzerrer Verstarker System durchzufuhren, um die
Ubertragungskennlinie dieses Systems zu ermitteln und mit einer Geraden zu vergleichen. Die so entstandene Differenz wird in Verfahrensschritt 82 mit Schwellwerten bezuglich des Betrags und der Phase verglichen. Liegen die vorhandenen Differenzen unter den Schwellwerten, dann wird in Verfahrensschritt 14 das Verfahren erneut durchlaufen. Sind jedoch wenigstens ein Schwellwert durch die Differenzen noch ubertroffen, dann wird in Verfahrensschritt 84 nach der oben dargestellten Vorschrift iterativ neue Filterkoeffizienten berechnet. Mit diesen neuen Filterkoeffizienten wird dann das Verfahren erneut durchlaufen.
In Fig. 5 wird ein zweites Flußdiagramm des erfindungsgemaßen Verfahrens dargestellt. Es beschrankt sich auf die wesentlichen Verfahrensschritte. In
Verfahrensschritt 100 wird die Kennlinie des Vorverzerrers 4 und des Verstärkers 8 durch das Meßmodul 12 gemessen. In Verfahrensschritt 101 wird daraus die Kennlinie des Verstärkers 6 berechnet. In Verfahrensschritt 102 werden dann Abweichungen des gemessenen Signals von der Kennlinie an den Stutzstellen berechnet, d.h. Δk, also die Abweichung der vorverzerrten von der ideal linearisierten Ausgangsleistung. In Verfahrensschritt 103 wird damit eine Berechnung der Filterkoeffizienten mit den oben genannten Gleichungen durchgeführt. In Verfahrensschritt 104 erfolgt dann das Laden der Filterkoeffizienten in den Vorverzerrer 4. Dieses Verfahren wird dann iterativ durchgeführt, so dass eine Optimierung erreicht wird.
In Figur 6 wird in einem dritten Flußdiagramm eine Weiterbildung des erfindungsgemaßen Verfahrens dargestellt, indem eine Optimierung der Filterkoeffizienten getrennt vom eigentlichen Signalpfad erfolgt. Dafür wird eine Simulation eingesetzt, so dass beispielsweise Extrapolationsfehler nicht in den Signalpfad, über die den die zu sendenden Signale gefuhrt werden, gebracht werden. Es handelt sich daher, um eine offline-Simulation.
In den Verfahrensschritten 105 und 106 wird die Kennlinie des Verstärkers 8 und des Vorverzerrers 4 durch Abtastung der Signale im Signalpfad und anschließende Berechnung bestimmt. In Verfahrensschritt 107 wird die so berechnete Kennlinie abgespeichert. In Verfahrensschritt 108 werden die Filterkoeffizienten wie oben dargestellt berechnet. Dann wird in Verfahrensschritt 109 die berechnete Kennlinie geladen, um in Verfahrensschritt 110 mit den berechneten Filterkoeffizienten und der Kennlinie eine Vorverzerrung zu simulieren. In Verfahrensschritt 111 werden daraus dann die Abweichungen berechnet, so dass dann in Verfahrensschritt 112 die Abweichung Δk mit einer vorgegebenen maximalen Abweichung Δkmax verglichen wird. Liegt Δk über Δkmax, dann wird zu Verfahrensschritt 108 zurückgesprungen, um die Filterkoeffizienten weiter zu optimieren. Liegt Δk unter Δkraax, dann sind die Filterkoeffizienten optimiert. Nun werden in Verfahrensschritt 113 die optimierten Filterkoeffizienten in den Vorverzerrer 4 geladen, um die zu versendenden Signale mit diesen Filterkoeffizienten vorzuverzerren. Auch dieses Verfahren wird laufend iterativ durchgeführt.

Claims

Ansprüche
1. Sender zum Versenden von Signalen über Funkkanale im orthogonalen Frequenzmultiplex (OFDM) , wobei der Sender einen OFDM-Modulator (3) , der OFDM-Signale erzeugt, einen Vorverzerrer (4) , der die OFDM-Signale anhand von Filterkoeffizienten vorverzerrt, einen Aufwartsmischer (7) , der die vorverzerrten OFDM-Signale in eine Zwischenfrequenz umsetzt, einen Verstarker (8) , der die umgesetzten OFDM-Signale verstärkt, eine Antenne (9) , die einen ersten Teil der verstärkten OFDM-Signale über die Funkkanale versendet, und einen Abwartsmischer (10), der einen zweiten Teil der verstärkten OFDM-Signale von der Zwischenfrequenz in das Basisband herunter mischt, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender ein Meßmodul (12) aufweist, das in Iterationsschritten die heruntergemischten OFDM-Signale mit den OFDM-Signalen des OFDM-Modulators (3) vergleicht und daraus eine Kennlinie bestimmt, und dass ein Prozessor (13) vorgesehen ist, der für jeden Iterationsschritt aus der jeweiligen Kennlinie und den Filterkoeffizienten neue Filterkoeffizienten für den Vorverzerrer (4) bestimmt, wobei der Prozessor (13) die Iteration in Abhängigkeit von dem Vergleich zwischen den heruntergemischten OFDM-Signalen und den OFDM- Signalen des OFDM-Modulators (3) abbricht.
2. Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor die Filterkoeffizienten für eine Optimierung simuliert.
3. Sender nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Meßmodul (12) die Kennlinie an Stutzstellen bestimmt, dass der Prozessor (13) die Kennlinie mit einer Geraden an den Stutzstellen vergleicht, um eine Differenz in Betrag und Phase jeweils zu ermitteln, dass der Prozessor (13) aus den Differenzen, den Stutzstellen, dem jeweiligen Iterationsschritt und den Filterkoeffizienten die neuen Filterkoeffizienten bestimmt, falls die Differenz jeweils großer als ein vorgegebener Schwellwert ist.
4. Sender nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorverzerrer (4) bei Betriebsbeginn des Senders Initialisierungswerte als die Filterkoeffizienten aufweist .
5. Sender nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Initialisierungswerte des Vorverzerrers (4) eine Gerade bilden.
6. Sender nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender einen Multiplizierer (5) aufweist, der ein vorhandenes OFDM-Signal erhöht oder ein Meßsignal eintastet, wodurch der Verstarker (8) in die Sättigung getrieben wird.
7. Verfahren zum Versenden von Signalen über Funkkanale im orthogonalen Frequenzmultiplex (OFDM) , wobei OFDM-Signale erzeugt, wobei die OFDM-Signale anhand von Filterkoeffizienten vorverzerrt werden, wobei die vorverzerrten OFDM-Signale in eine Zwischenfrequenz umgesetzt werden, wobei die umgesetzten OFDM-Signale verstärkt werden, wobei ein erster Teil der verstärkten OFDM-Signale über Funkkanale versendet wird, wobei ein zweiter Teil der verstärkten OFDM-Signale in das Basisband heruntergemischt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die heruntergemischten OFDM-Signale mit den erzeugten OFDM-Signalen in Iterationsschritten verglichen werden und damit eine Kennlinie ermittelt wird, dass für jeden Iterationsschritt aus der jeweiligen Kennlinie und den Filterkoeffizienten neue Filterkoeffizienten berechnet werden und dass die Iteration in Abhängigkeit von dem Vergleich zwischen den heruntergemischten OFDM- Signalen und den erzeugten OFDM-Signalen abgebrochen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterkoeffizienten für die Vorverzerrung simuliert werden, um eine Optimierung zu erreichen.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennlinie an Stutzstellen bestimmt wird, dass die Kennlinie an den Stutzstellen mit einer Geraden verglichen wird, um eine Differenz jeweils in Betrag und Phase zu ermitteln, dass aus den Differenzen, den Stutzstellen, dem jeweiligen Iterationsschritt und den Filterkoeffizienten die neuen Filterkoeffizienten bestimmt werden, falls die Differenz großer als ein vorgegebener Schwellwert ist.
10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Iterationsschritt Initialisierungswerte für die Filterkoeffizienten verwendet werden.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Initialisierungswerte eine Gerade bilden.
2. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signal erzeugt wird, das den Verstarker (8) in die Sättigung treibt.
PCT/DE2002/000449 2001-02-20 2002-02-07 Vorverzerrung in mehrträgersendern WO2002067524A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10108101.4 2001-02-20
DE10108101A DE10108101A1 (de) 2001-02-20 2001-02-20 Sender zum Versenden von Signalen über Funkkanäle mit orthogonalen Frequenzmiliplex (OFDM) und Verfahren zum Senden von Signalen über Funkkanäle mit orthogonalen Frequenzmultiplex (OFDM)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2002067524A2 true WO2002067524A2 (de) 2002-08-29
WO2002067524A3 WO2002067524A3 (de) 2002-12-27

Family

ID=7674832

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2002/000449 WO2002067524A2 (de) 2001-02-20 2002-02-07 Vorverzerrung in mehrträgersendern

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE10108101A1 (de)
WO (1) WO2002067524A2 (de)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3843018A1 (de) * 1988-12-21 1990-06-28 Blaupunkt Werke Gmbh Schaltungsanordnung zur beseitigung von stoerungen
FR2752313B1 (fr) * 1996-08-07 1998-11-13 Alcatel Telspace Procede et dispositif de modelisation des caracteristiques am/am et am/pm d'un amplificateur, et procede de predistorsion correspondant
US5898338A (en) * 1996-09-20 1999-04-27 Spectrian Adaptive digital predistortion linearization and feed-forward correction of RF power amplifier

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KANG H W ET AL: "ON COMPENSATING NONLINEAR DISTORTIONS OF AN OFDM SYSTEM USING AN EFFICIENT ADAPTIVE PREDISTORTER" IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, IEEE INC. NEW YORK, US, Bd. 47, Nr. 4, April 1999 (1999-04), Seiten 522-526, XP000860507 ISSN: 0090-6778 *
REDAELLI G ET AL: "ANALYSIS OF TWO DIGITAL ADAPTIVE PRE-CORRECTORS FOR NONLINEARITY IN OFDM SYSTEMS" ICC '99. 1999 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON COMMUNICATIONS. CONFERENCE RECORD. VANCOUVER, CA, JUNE 6 - 10, 1999, IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON COMMUNICATIONS, NEW YORK, USA, Bd. 1, 6. Juni 1999 (1999-06-06), Seiten 172-177, XP000897156 ISBN: 0-7803-5285-8 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE10108101A1 (de) 2002-09-26
WO2002067524A3 (de) 2002-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102004005130B3 (de) Sende-/Empfangsanordnung und Verfahren zur Reduktion von Nichtlinearitäten in Ausgangssignalen einer Sende-/Empfangsanordnung
DE69917665T2 (de) Verfahren zur entzerrung von komplementären trägern in einem am verträglichen digitalen rundfunksystem
DE60032603T2 (de) Verfahren und vorrichtung zur bestimung des übertragungssmodus und der synchronisation für ein digitales tonrundfunksignal
DE60220726T2 (de) Methode und apparat für adaptive vorverzerrung
DE19962340B4 (de) Sender zum Versenden von Signalen über Funkkanäle und Verfahren zum Senden von Signalen über Funkkanäle
CN103380606B (zh) 数字预失真
DE102009043444B4 (de) Modulation und Übertragung von Signalen hoher Bandbreite
DE60206795T2 (de) Adaptive Vorverzerrung eines phasen- oder frequenzmodulierten und amplitudenmodulierten Funkfrequenzsingalgenerators
DE602004012976T2 (de) Datenübertragungsverfahren, basisstation und sender
DE102007026022A1 (de) Systeme, Verfahren und Vorrichtungen für lineare EER-(Envelope Elimination and Restoration) Sender
EP2756648A1 (de) Vorrichtung zur modifizierung von trajektorien
DE19962341C1 (de) Sender zum Versenden von Signalen über Funkkanäle und Verfahren zum Senden von Signalen über Funkkanäle
DE2101076B2 (de) Digitale datenuebertragungsanlage mit hoher arbeitsgeschwindigkeit
EP1413075A2 (de) Verfahren und anordnung für digitale übertragung mit am-sendern
DE19944558C2 (de) Verfahren zum Senden von Funksignalen und Sender zum Versenden eines Funksignals
WO2002067524A2 (de) Vorverzerrung in mehrträgersendern
DE60131049T2 (de) Vorverzerrung von Quadratursignalen
DE10060569B4 (de) Verfahren zur kohärenten Demodulation von Funksignalen
DE4441323A1 (de) Verfahren zur Übertragung von OFDM-Signalen und dieses verwendende Funknetzanlage
EP1776754B1 (de) Verfahren und anordnung zur linearisierung einer leistungsverstärkerkennlinie
DE19631388A1 (de) Vorverzerrung für eine nichtlineare Übertragungsstrecke im Hochfrequenzbereich
DE19518858C1 (de) Sende- und Empfangsverfahren für digitale Nutzdaten
DE102005026927B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen eines Ausgangssignals mit reduzierter Außenbandabstrahlung
DE112013003262B4 (de) Digitale Vorverzerrung
DE10296729T5 (de) Signalverarbeitungsvorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE TR

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
AK Designated states

Kind code of ref document: A3

Designated state(s): JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A3

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE TR

122 Ep: pct application non-entry in european phase
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Country of ref document: JP