DE19827514A1

DE19827514A1 - Adaptive Subträgerselektion zur optimierten Übertragung eines Multiträger-Signals

Info

Publication number: DE19827514A1
Application number: DE1998127514
Authority: DE
Inventors: Karl-Dirk Kammeyer; Heiko Schmidt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-06-23
Filing date: 1998-06-23
Publication date: 1999-12-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Multiträgerübertragungsverfahren zum parallelen Übertragen von Informationen in Form eines Signals x(k) auf N Subkanälen über eine Übertragungsstrecke zwischen einem Sender und einem Empfänger, wobei in dem Empfänger für jeden Subkanal eine Übertragungsfunktion bestimmt wird, wobei ferner die N Subkanäle gemäß der jeweiligen Übertragungsfunktion in ihrer Eignung zur Informationsübertragung bewertet und die N¶u¶ besten Subkanäle für eine Informationsübertragung freigegeben und die übrigen N¶l¶ = N-N¶u¶ Subkanäle für eine Informationsübertragung gesperrt werden. Hierbei bestimmt der Empfänger ein jeweiliges Belegungsschema c¶u¶, welches die N¶u¶ Kanäle mit Informationen und die N¶l¶ Kanäle ohne Informationen spezifiziert, dadurch, daß Kanäle mit lediglich Rauschen den N¶l¶ unbelegten Kanälen und die Kanäle, auf denen ein Nutzsignal empfangen wird, den N¶u¶ belegten Kanälen zugeordnet werden.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft Multiträgerübertragungsverfahren zum parallelen Übertra gen von Informationen in Form eines Signals x(k) auf N Subkanälen über eine Übertragungsstrecke zwischen einem Sender und einem Empfänger, wobei in dem Empfänger für jeden Subkanal eine Übertragungsfunktion bestimmt wird, wobei ferner die N Subkanäle gemäß der jeweiligen Übertragungsfunktion in ihrer Eignung zur Informationsübertragung bewertet und die N_u besten Subka näle für eine Informationsübertragung freigegeben und die übrigen N_l=N-N_uSub kanäle für eine Informationsübertragung gesperrt werden, gemäß dem Oberbe griff das Anspruchs 1.

Stand der Technik

Bei breitbandigen digitalen Übertragungsverfahren sollen je nach Anforderung und Umgebung Datenraten von 20 MBit/s bei 5.2 GHz bis zu 155 MBit/s bei 17.2 GHz innerhalb einer Zelle erreicht werden. Anwendung finden derartige Übertra gungsverfahren bei sogn. "Indoor"-Umgebungen, wie beispielsweise drahtlose lokale Netzwerke (WLAN = Wireless Locale Area Network). Hierbei kommunizie ren einzelne Mobilstationen nicht direkt sondern nur über eine Basisstation mit einander. Gemäß der Norm COST 231 ist eine Indoor-Umgebung durch schwach zeitvariante Mobilfunkkanäle charakterisiert.

Als breitbandiges Übertragungsverfahren wird häufig ein sogn. OFDM-Verfahren (OFDM = Orthogonal Frequency Division Multiplexing) benutzt. Dabei werden zu übertragende Daten auf mehrere, beispielsweise N Subkanäle mit einem jeweili gen Subträger bzw. einer Subträgerfrequenz verteilt und zeitgleich auf den im Frequenzbereich verschobenen Subkanälen übertragen. Jede auf einem Subka nal übertragene Informationseinheit wird als "Symbol" bezeichnet, so daß jedem Symbol entsprechend der Aufteilung der zu übertragenden Gesamtdaten auf N Subkanäle eine Symboldauer T zukommt und sich dementsprechend eine Fre quenzverschiebung der einzelnen Subträger Δf, d. h. ein relativer Subträgerab stand ergibt gemäß

In einem Multiträger- oder OFDM-Sender wird ein seriell eingehender Strom von Daten, beispielsweise ein Bitstrom binärer Daten der Bitrate R, in einem Seriell- Parallel-Wandler auf N Subkanäle mit einer jeweiligen Bitrate von R' = R/N verteilt, wobei R eine Gesamtbreite des Übertragungssystems bezeichnet. Auf jedem Subkanal erfolgt eine Codierung der binären Dateneinheiten in Form einer kom plexen Signalraumzuordnung, so daß zu jedem Zeitpunkt N diskrete Signal raumpunkte mit einer komplexen Amplitude s(i) existieren, wobei i den i-ten von N Subkanälen bezeichnet und i = O . . . N-1 ist. Hierbei erfolgt eine lineare Modula tion mit einer Stufigkeit M, wobei jeweils log₂(M) Bits einen komplexen Wert s(i) auf dem i-ten Subkanal generieren. Das komplexe Symbol s(i) kann dabei M verschiedene Werte annehmen. Falls sich diese Werte nur im Betrag unter scheiden spricht man von ASK-Modulation (amplitude shift keying), falls die Be träge festliegen, beispielsweise 1, unterscheiden sich die komplexen Symbole s(i) durch ihre jeweiligen Phasenwinkel und man spricht von PSK-Modulation (phase shift keying). Man kann sich daher die Signalraumzuordnung anschaulich als Amplitudenmodulation auf N unterschiedlichen Frequenzen vorstellen. Mittels einer inversen diskreten Fourier-Transformation (IDFT) werden die komplexen Symbole s(i) in die jeweilige Subkanallage verschoben. Mit anderen Worten er folgt ein Übergang vom Frequenzraum in den Zeitraum.

Dies erfolgt auf jedem Subkanal und die einzelnen Subkanalsignale werden zu einem sogenannten OFDM-Symbol x(k) im Zeitbereich aufsummiert. s(i) wird auch als OFDM-Symbol im Frequenzbereich bezeichnet.

Hierbei steht die Variable k für die Zeit und ist auf einen Bereich von 0 bis N be grenzt. Ein OFDM-Symbol hat normalerweise N Abtastwerte. Die Dauer eines OFDM-Symbols beträgt T, weil auf jedem Subträger die Symboldauer T beträgt und die Symbole auf den Subträgern gleichzeitig übertragen werden, wobei k den mit T_a = T/N abgetasteten Zeitpunkten entspricht. In der Praxis wird die IDFT numerisch in der Regel in Form einer inversen schnellen Fourier-Transformation (IFFT) ausgeführt. Dies führt also zu einer Überlagerung von N komplexen Schwingungen im Zeitbereich, wobei das OFDM-Symbol x(k) eine Dauer T hat. Dieses komplexe Signal wird anschließend in eine reelle Bandpaßlage verscho ben und zu einem OFDM-Empfänger übertragen. Dieser ist symmetrisch zum OFDM-Sender aufgebaut. Nach Verschiebung des Bandpaßsignals in eine Ba sislage wird die spektrale Trennung der N Subkanäle mittels einer DFT (Diskrete Fourier-Transformation) bzw. numerisch mittels einer FFT (Fast Fourier-Trans formation) durchgeführt. Durch entsprechende Filterung und Abtastung erhält man die komplexen Signalräume auf jedem Subkanal.

Bei einer digitalen, drahtlosen Übertragung treten in Indoor-Umgebungen maxi male Echolaufzeiten zwischen 50 ns und 150 ns auf. Erfolgt beispielsweise eine zweistufige Übertragung (M = 2) mit einer Datenrate bei einer Singleträger-Über tragung von 20MBit/s, so liegt eine Symboldauer T von 50 ns vor. Das bedeutet, daß ein empfangenes Symbol von mehreren zuvor gesendeten Symbolen ge stört wird. Hierbei spricht man von Intersymbolinterferenzen (ISI). Zur Vermei dung dieser Intersymbolinterferenzen (ISI) findet eine zyklische Erweiterung des OFDM-Symbols um eine Zeitdauer T_g statt, wobei diese zusätzliche Zeitspanne als Schutzintervall oder Guardintervall bezeichnet wird. Das gesamte OFDM- Symbol mit Schutzintervall hat somit eine Länge T⁺ = T+T_g. Wegen der höheren bzw. längeren zeitlichen Dauer des OFDM-Symbols stellt sich auch auf den ein zelnen Subträgern eine Symboldauer T⁺ ein, wobei der Anteil T_g als Totzeit auf zufassen ist, da der Trägerabstand 1/T erhalten bleibt. Wenn die Guardzeit T_g größer als die maximale Echolaufzeit des Kanals ist, läßt sich die vom Kanal verursachte Intersymbolinterferenz durch Wegschneiden des zyklischen Schutzintervalls im OFDM-Empfänger eliminieren.

Bei einer Datenübertragung mittels des Multiträgerverfahrens OFDM treten meh rere Probleme auf. Aufgrund einer Mehrwegausbreitung kommt es beispiels weise zu unterschiedlichen Fehlerraten auf den einzelnen Subträgern, so daß sich die Gesamtfehlerrate aufgrund der hohen Fehleranfälligkeit weniger, stark gestörter Unterträger verschlechtert. Aus der Arbeit "Analysen zur skalierbaren OFDM-Übertragung für drahtlose, ATM-basierte Zugangssysteme" von A. Hin richs, Bosch, Universität-Bremen, September 1997 ist es bekannt, durch Anwen dung einer Kanalcodierung die Fehrlerrate eines OFDM-Systems in einer Mobil funkumgebung zu verbessern. Der Artikel "Performance of an OFDM-TDMA Mo bile Communication System" von H. Rohling und R. Grünheid (TU-Braun schweig) erschienen in den Proceedings der IEEE VTC '96, S. 1589-1593 be schreibt die Bestimmung einer Übertragungsfunktion der einzelnen Subträger, wobei die Stufigkeit M der Modulation auf jedem Subträger an diese Übertra gungsfunktion angepaßt wird. Dieses Verfahren wird auch als adaptive Modula tion bezeichnet und im Extremfall werden dabei einzelne Subträger vollständig ausgeblendet.

Ein weiteres Problem des Multiträgerverfahrens OFDM liegt in nichtlinearen Ver stärkereigenschaften, welche aufgrund hoher Spitzenwerte des zu sendenden OFDM-Symbols zu starken Störungen führen. Der Betrag des Signals x(k), also |x(k)|, kann nämlich hohe Spitzenwerte annehmen, die zu unerwünschten Effek ten bei Verwendung eines nichtlinearen Verstärkers führen. Bekannte Auswir kungen sind u. a. beispielsweise eine unerwünschte Außerbandstrahlung und/oder Intermodulationseffekte. Zur Beschreibung dieses Sachverhaltes ist ein sogn. Crestfaktor C als Verhältnis zwischen einem Spitzenwert des OFDM- Symbols x(k) und seinem Effektivwert definiert.

Hierbei ist

Zur Verbesserung einer Einhüllendenkonstanz mit entsprechender Reduktion der Störungen bzw. des Crestfaktors sind folgende Verfahren bekannt:

Die Arbeit "Analysen zur skalierbaren OFDM-Übertragung für drahtlose, ATM- basierte Zugangssysteme" von A. Hinrichs, Bosch, Universität-Bremen, Septem ber 1997 schlägt zur Verbesserung der Einhüllendenkonstanz einen Einsatz komplementärer Codes zur Kanalcodierung vor.

In dem zu OFDM-Fachgespräch '96 in Braunschweig veröffentlichten Artikel "Reduzierung der durch Nichtlinearitäten hervorgerufenen Außerbandstrahlung bei einem Mehrträgerverfahren" von M. Pauli und H.-P. Kuchenbecker ist ein Verfahren beschrieben, bei dem durch Multiplikation mit Gaußfunktionen einzel ne Spitzenwerte reduziert werden.

In dem zu OFDM-Fachgespräch '97 in Braunschweig veröffentlichten Artikel "Reduktion von Nachbarkanalstörungen in OFDM-Funkübertragungssystemen" von T. May und H. Rohling (TU Braunschweig) wird die Reduktion einzelner Spit zenwerte durch die Überlagerung mit Korrekturfunktionen mit endlicher Band breite (Si-Funktionen) vorgeschlagen.

Bei dem im Artikel "OFDM-Signals with low Crest-Factor" von M. Friese (Deut sche Telekom) auf der IEEE Globecom '97 vorgeschlagenen Verfahren werden zur Reduktion des Crestfaktors einzelne Subträger zu Blöcken zusammengefaßt und mit einem komplexen Drehoperator versehen, d. h. mit einem komplexen Faktor multipliziert. Diese komplexen Faktoren haben eine Amplitude 1 und er zeugen eine Phasendrehung. Die Variation dieser Faktoren führt zu einer Crest faktoroptimierung, die für jedes OFDM-Symbol iterativ durchgeführt wird.

Ein Mehrpfad-Übertragungskanal, wie bei einem OFDM-Verfahren, hat i. a. ein frequenzselektives Verhalten, d. h. unterschiedliche Frequenzen werden in der Regel unterschiedlich gut übertragen, so daß sich für jeden Subkanal einer fre quenzabhängige Kanalübertragungsfunktion ergibt. Der Phasenverlauf ist eben falls eine Funktion der Frequenz. Da man bei einem Multiträgerverfahren den zur Verfügung stehenden Frequenzbereich (Gesamtbandbreite B) in N Teilkanäle bzw. Subkanäle aufteilt, hat jeder Subkanal eine eigene Kanalübertragungsfunk tion, die bei einem OFDM-Verfahren innerhalb jeden Subkanals als konstant an genommen wird.

Bei dem OFDM-Multiträgersystem ist es möglich, die Amplitude der Kanalüber tragungsfunktion auf jedem Subkanal zu schätzen, bzw. sie durch Interpolation der Schätzwerte einiger Subkanäle zu bestimmen. Aufgrund einer Mehrwe geausbreitung werden die unterschiedlichen Subkanäle unterschiedlich stark gedämpft. Sendet man auf jedem Subkanal mit gleicher Leistung, kann im OFDM-Empfänger eine Empfangene Leistung bzw. Amplitude bestimmt werden. So ergibt sich eine Betragsübertragungsfunktion des Kanals in Form von N Ab tastwerten im Frequenzbereich. Am OFDM-Empfänger wird mittels der Betrags übertragungsfunktion für jeden Subkanal ein komplexer Wert bestimmt, dessen Amplitude für eine Rangordnung der Subkanäle genutzt wird. So beutet bei spielsweise ein hoher Amplitudenwert eine hohe Zuverlässigkeit. Diese Informa tionen über die Subkanaleigenschaften werden zur Festlegung eines Belegungs schemas genutzt, das festlegt, welche Subträger für die Informationsübertragung zu belegen sind. Ein Belegungsschema ist beispielsweise ein Vektor c _u, wobei jedes der N Vektorelemente c_u∈ {0,1} ist.

Bei einer derartigen Selektion von Subträgern werden in einem ersten Schritt anhand einer Schwellwertentscheidung nur diejenigen Subkanäle für die Daten übertragung zugelassen, deren Subkanalübertragungsfunktion des Kanals un terhalb einer festgelegten Schwelle liegt. Dabei ist die Anzahl der nutzbaren Ka näle von der momentanen Kanalübertragungsfunktion abhängig.

In einem alternativen ersten Schritt wird davon ausgegangen, daß immer N_u von N Subkanälen für die Übertragung benutzt werden. In diesem Fall ergibt sich aus der Rangordnung der Subkanäle in Abhängigkeit von den ermittelten Amplitu denwerten der Subkanalübertragungsfunktion ein Belegungsschema derart, daß die N_l = N - N_u am stärksten gedämpften Subkanäle von der Informationsüber tragung ausgeschlossen werden.

Die Auswahl der Subträger erfolgt dabei adaptiv, d. h. es findet eine Entschei dung anhand der zu erwartenden Zuverlässigkeit der einzelnen Subkanäle je nach momentaner Empfangssituation bzw. je nach momentaner Betragsübertra gungsfunktion am OFDM-Empfänger mit laufender Anpassung statt. In einer lndoor-Umgebung ändert sich der Subkanal bzw. die jeweilige Subkanalübertra gungsfunktion nur sehr langsam, so daß eine geringe Adaptionsgeschwindigkeit in der Regel ausreicht. Diese adaptive Subkanalselektion erfolgt am OFDM- Empfänger, wobei durch eine bidirektionale Übertragung, beispielsweise auf Protokollebene, die Information über die jeweilige Auswahl der Subkanäle eben falls dem OFDM-Sender vorliegt.

Bei einem OFDM-System beeinflussen sich die einzelnen Subträger aufgrund der oben erläuterten 181-Freiheit des Systems nicht untereinander. Störungen benachbarte Subkanäle bezeichnet man als ACI. Dies bezeichnet man als "or thogonal" bzw. die Subkanäle sind "orthogonal" zueinander (ACI-Freiheit). Auf grund der Mehrwegeausbreitung des Mobilfunkkanals kommt es zu einer Über lagerung mehrerer Signal am Empfänger. Durch unterschiedliche Laufzeiten und Dämpfungen der einzelnen Signalpfade werden einige Frequenzen konstruktiv und andere destruktiv überlagert. Da das Rauschen hingegen alle Frequenzen gleichermaßen stört, kommt es zu unterschiedlich starken relativen Signalstö rungen der einzelnen Subträger. Auf jedem Subkanal werden komplexe Symbole übertragen. Diese werden im Sender aus einem Alphabet von M verschiedenen komplexen Werten gebildet. Der Empfänger muß diese Werte auf jedem Subka nal zurückgewinnen bzw. rekonstruieren. Gelingt dies aufgrund von Störungen nicht, so spricht man von Symbolfehlentscheidungen. Durch die unterschiedli chen oben erwähnten Signalstörungen kommt es bei der Rückgewinnung des ursprünglichen digitalen Bitfolge am häufigsten auf den stärker gestörten Sub trägern zu Symbolfehlentscheidungen. Bei Anwendung der oben erläuterten ad aptiven Subträgerselektion werden alle Subträger nicht mit Information belegt, welche unterhalb einer vorbestimmten Schwelle liegen. Dies erzielt zwar eine deutlich geringere Gesamtfehlerwahrscheinlichkeit, es ergibt sich jedoch der Nachteil, daß nur eine geringere Bitrate und eine geringere Bandbreite-Effizienz erreichbar ist. Diese Faktoren begrenzen die Möglichkeit der Verbesserung der Bitfehlerrate der OFDM-Übertragung erheblich.

Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbesserte Multiträgerübertra gungsverfahren der obengenannten Art zur Verfügung zu stellen, wobei eine verminderte Bitfehlerrate auf einfache Weise erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Multiträgerübertragungsverfahren der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst.

Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Empfänger ein jeweiliges Belegungsschema c _u, welches die N_u Kanäle mit Informationen und die N_l Ka näle ohne Informationen spezifiziert, dadurch bestimmt, daß Kanäle mit lediglich Rauschen den N_l unbelegten Kanälen und die Kanäle, auf denen ein Nutzsignal empfangen wird, den Nu belegten Kanälen zugeordnet werden.

Dies hat den Vorteil, daß eine zusätzliche Übertragung des Belegungsschemas zwischen Sender und Empfänger nicht erforderlich ist.

Vorzugsweise Weitergestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen be schrieben.

So ist es besonders bevorzugt, daß das Multiträgerübertragungsverfahren ein OFDM-Verfahren (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) ist.

Zweckmäßigerweise ist der Übertragungsstrecke eine Funkstrecke, wie bei spielsweise ein Mobilfunkkanal, oder ein Kabel, wie beispielsweise ein Breit bandkabel.

Für eine optimale Bewertung von Subkanälen zur Eignung zur Übertragung von Informationen wird in bevorzugter Weise aus der Übertragungsfunktion ein re sultierender Amplitudenwert bestimmt.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Nachstehend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher er läutet Diese zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer bevorzugten Ausfüh rungsform eines erfindungsgemäßen Multiträgerübertragungssystems.

Die in der Figur dargestellte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemä ßen Multiträgerübertragungssystems 100 umfaßt einen OFDM-Sender 10, einen OFDM-Empfänger 12 und einen dazwischen liegender Übertragungsweg 14.

Der OFDM-Sender 10 umfaßt in Datenstromrichtung gesehen (in der Figur oben von links nach rechts) einen Dateneingang 16, an dem Daten, wie beispielsweise Datenbits binärer Daten, seriell eingehen, einen Seriell-Parallel-Wandler 18, wel cher eingehende Datenbits N Subträgern zuordnet, eine Signalraumzuordnungs vorrichtung 20 mit einer Stufigkeit M, welche log₂(M) Bits zu einem komplexen Symbol s(i) generiert, eine Ausblendvorrichtung 22, welche gemäß einem nach folgend erläuterten Belegungsschema c _u in Form eines Vektors mit Vektorele menten c₁, c₂, . . . c_i . . . c_N nicht für die Informationsübertragung verwendete Sub kanäle ausblendet, eine erste Transformationsvorrichtung 24, welche die s(i) aller Subkanäle in eine jeweilige Subkanallage verschiebt und zu einer Funktion im Zeitbereich x(k) aufsummiert.

Zusätzlich ist am OFDM-Sender folgendes nach der ersten Transformationsvor richtung 24 im Datenstromweg in Form einer Rückkoppelschleife angeordnet:
Ein Schwellwertentscheider 26, welcher in Abhängigkeit von |x(k)| und einem Schwellwert S_x eine Korrekturfunktion Δx_r,soll(k) bestimmt, eine zweite Transfor mationsvorrichtung 28 welche in umgekehrter Weise bezüglich der ersten Transformationsvorrichtung 24 die Korrekturfunktion Δx_r,soll(k) in eine Trägerbele gung Δs_r,soll(i) transformiert, eine Ausblenvorrichtung 30, welche die N_u mit Infor mationen belegten Subkanäle ausblendet und so Funktionen Δs_r,ist(i) für jeden i- ten Subkanal mittel des inversen Vektors c_u erzeugen, Rückkoppelleitungen 32 für jeden Subkanal, welche in jeweilige Akkumulatoren 34 der N Subkanäle vor der ersten Transformationsvorrichtung 24 münden und S_r-1(i) mit Δs_r,ist(i) für alle i, d. h. für alle jeweiligen Subkanäle, aufsummieren.

Nach dem ersten Durchlauf der Rückkoppelschleife wird in der ersten Transfor mationsvorrichtung 24 dann entsprechend x_r(k) = x_r-1(k) + Δx_r,ist(k) generiert und über einen nochmaligen Durchlauf der Rückkoppelschleife oder ein Aussen den von x_r(k) entschieden. Bei einem nochmaligen Durchlauf wird r = r+1 gesetzt.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Die Aussendung erfolgt in den Kanal 40 über Leitung 36, eine Vorrichtung 38, welche ein Guardintervall hinzufügt und eine Fensterung 41, bei der das Signal mit einer Fensterfunktion derart multipliziert wird, daß sich günstigere spektrale Eigenschaften ergeben. Im Übertragungsweg 14 ist mit N₀ eine Störung symboli siert.

Der Empfänger 12 ist bezüglich der Datenstromrichtung (in der Figur unten von rechts nach links) umgekehrt symmetrisch aufgebaut und umfaßt eine Abtastvor richtung 42, welche das vom Kanal 40 empfangene Signal (k), welches durch den Kanal bezüglich des Signals x(k) abgeändert ist, abtastet, eine Vorrichtung 44, welche die entsprechenden Guardintervalle entfernt, eine dritte Transforma tionsvorrichtung 46, welche das empfangene (k) zurück in den Frequenzraum, d. h. in (i) rücktransformiert, eine Bit-Dekodiervorrichtung 48, welche für jeden der N Subkanäle aus den jeweiligen (i) die entsprechenden Datenbits deko diert, und einen Parallel-Seriell-Wandler 50, welcher schließlich den ursprüngli chen seriellen Datenstrom wieder herstellt.

Der Empfänger umfaßt ferner in Datenstromrichtung gesehen nach der dritten Transformationsvorrichtung 46 für jeden Subkanal eine Vorrichtung 52 zur Be tragsschätzung eines jeden Subkanals. Deren Ausgangswerte werden in einem Entscheider 54 zugeführt, welcher darüber entscheidet, welche N_u Subkanäle zur Informationsübertragung benutzt werden und welche N_l = N-N_u Subkanäle für die Informationsübertragung gesperrt werden. Hierzu generiert der Entscheider ein Belegungsschema in Form eines Vektors c _u, dessen N Vektorelemente den Wert 0 oder 1 annehmen. Ein Wert 1 im i-ten Vektorelement c_i bedeutet dabei, daß der i-te Subkanal zur Informationsübertragung freigegeben ist, wogegen ent sprechend umgekehrt ein Wert 0 bedeutet, daß der i-te Kanal für die Informa tionsübertragung gesperrt ist. Dieses Belegungsschema c _u wird auf durch gestri chelter Linien 56 symbolisierten Informationswegen an die Ausblendvorrichtun gen 22 und 30 sowie an den Parallel-Seriell-Wandler 50 und den Seriell-Parallel- Wandler 18 gegeben.

Nach der Seriell-Parallel-Wandlung in 18 erfolgt ein Mapping der zu übertragen den Bits auf die zu nutzenden Subträger. Anschließend findet eine Signalraum zuordnung in 20 statt, welche beispielsweise in Form einer differentiellen Modu lation erfolgt. Hierbei werden mehrere Bits (nämlich log₂(M)) auf jedem Subträger einem komplexen Wert bzw. Symbol s(i) zugeordnet. Die Information steckt dann in den komplexen Symbolen s(i) auf jedem Subkanal. Bei differenzieller Modula tion steckt die Information in der Differenz entweder zweier benachbarter Sym bole oder zweier zeitlich aufeinanderfolgender Symbole. Anschließend werden in 22 N_l Subträger gemäß dem Belegungsschema c _u ausgeblendet und mit Hilfe der IFFT ergibt sich in 24 das OFDM-Symbol x(k) im Zeitbereich. Per Schwell wertentscheidung in 26 wird nun eine Korrekturfunktion gebildet, die nach Durchführung der FFT in 28 und einem Ausblenden nach dem inversen Bele gungsschema cu in 30 und anschließender IFFT in 24 möglichst gut approxi miert werden kann. Nach Durchführung mehrerer Iterationen wird das Guard intervall in 38 angehängt und die einzelnen Symbole werden mit einer Fenster funktion (cos-roll-off) gewichtet.

Im Empfänger findet zunächst in 42 eine Abtastung statt, bevor das Guardinter vall in 44 entfernt wird. Nach der Transformation in 46 in die jeweiligen Subträ gerlagen, d. h. Zerlegung in spektrale Anteile mittels FFT, werden die komplexen Symbole entsprechend der verwendeten Modulationsart dekodiert. Eine Schät zung der Betragsübertragungsfunktion der einzelnen Subträger erfolgt in 52 par allel und wird zur Aktualisierung des Subträger-Belegungsschemas c _u herange zogen.

Im folgenden wird ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Übertragungsverfah rens näher erläutert, bei dem die Übertragungsstrecke beispielhaft ein Mobil funkkanal ist. Dies ist jedoch nicht zwingend erfoderlich. Für die nachfolgenden Betrachtungen sei angenommen, daß sich der jeweilige Mobilfunkkanal im we sentlichen reziprok verhält. Dies bedeutet, daß sich ein zweitvarianter und fre quenzselektiver Mobilfunkkanal im Up- und Downlink zum gleichen Zeitpunkt und im gleichen Frequenzband auch im wesentlichen gleich verhält.

Zunächst erfolgt eine Schätzung der Kanalübertragungsfunktion. Dies erfolgt beispielsweise für alle Nutzer in einer Mobilfunkzelie gleichzeitig, indem eine sogn. Trainingssequenz von einer Basisstation an alle Mobilfunkstationen (Broadcast-Betrieb) gesendet wird. Daraufhin schätzt jede Mobilfunkstation den betrag des jeweiligen Mobilfunkkanals, wobei jeder Mobilfunkteilnehmer einen anderen Übertragungskanal sieht. Dies erfolgt in den Blöcken 52. Anschließend findet einen Auswahl der zu benutzenden Unterträger in Block 54 statt. Damit liegt der Mobilfunkstation und auch dem zugehörigen Sender das Belegungs schema c vor, bei der nächsten Uplink-Übertragung kann die Mobilfunkstation dieses Belegungsschema bereits anwenden und Daten nur auf den dafür durch das Belegungsschema c bestimmten Unterträgern übertragen. Der Empfänger in der Basisstation kann nun anhand der Leistungsverteilung über die empfange nen Unterträgersignale bestimmen, auf welchen Unterträgern Informationen ge sendet vrurden und welche nicht belegt wurden, da auf den letzteren, abgesehen von einer Rauschstörung, keine Leistung empfangen wird. Damit ist auch der Sendeeinheit in der Basisstation das jeweilige Belegungsschema bekannt. Eine weitere Signalübertragungsprozedur für das Belegungsschema ist somit nicht erforderlich.

Die erfindungsgemäße adaptive Unterträgerbelegung erlaubt zusätzlich eine Anpassung einer Datenrate an jeweilige Übertragungsbedingungen. Die Ge samtdatenrate wird bei gleicher Bandbreite in Abhängigkeit von der Anzahl der mit Informationen belegten Unterkanäle angepaßt. Bei hohem Signal-Rausch- Verhältnis am Empfängereingang läßt sich die Anzahl der für die Informationen nutzbaren Unterträger vergrößern, woraufhin die mögliche Datenrate linear mit der Anzahl der mit Information belegten Unterträger ansteigt. Bei niedrigem Si gnal-Rausch-Verhältnis am Empfängereingang kehrt sich dieser Zusammenhang um. Es findet somit ein Austausch zwischen Übertragungsqualität und Übertra gungsrate statt.

Claims

1. Multiträgerübertragungsverfahren zum parallelen Übertragen von Infor mationen in Form eines Signals x(k) auf N Subkanälen über eine Über tragungsstrecke zwischen einem Sender und einem Empfänger, wobei in dem Empfänger für jeden Subkanal eine Übertragungsfunktion bestimmt wird, wobei ferner die N Subkanäle gemäß der jeweiligen Übertragungs funktion in ihrer Eignung zur Informationsübertragung bewertet und die N_u besten Subkanäle für eine Informationsübertragung freigegeben und die übrigen N_l = N-N_u Subkanäle für eine Informationsübertragung gesperrt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger ein jeweiliges Belegungsschema c _u, welches die N_u Ka näle mit Informationen und die N_l Kanäle ohne Informationen spezifiziert, dadurch bestimmt, daß Kanäle mit lediglich Rauschen den N_l unbelegten Kanälen und die Kanäle, auf denen ein Nutzsignal empfangen wird, den N_u belegten Kanälen zugeordnet werden.

2. Multiträgerübertragungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Multiträgerübertragungsverfahren ein OFDM-Verfahren (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) ist.

3. Multiträgerübertragungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungsstrecke eine Funkstrecke, wie beispielsweise ein Mo bilfunkkanal, oder ein Kabel, wie beispielsweise ein Breitbandkabel, ist.

4. Multiträgerübertragungsverfahren nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Übertragungsfunktion ein resultierender Amplitudenwert bestimmt wird.

5. Multiträgerübertragungsverfahren nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Übertragungsrate in Abhängigkeit von der Anzahl N_l verändert wird.

6. Multiträgerübertragungsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsrate linear mit steigendem N_l erniedrigt und linear mit sinkendem N_l erhöht wird.