SE504897C2 - Förfarande och anordning i ett OFDM system med variabel varaktighet av symbolskur - Google Patents

Description

30 35 504 897 2 frekvensdomänen, eller fördröjningsspridning i tidsdomänen, i en kommunikationskanal som använder OFDM.

För att säkerställa att prestandan i ett ODFM-system blir tillräcklig är det nödvändigt att ordna ett tidsmellanrum (guard space) mellan symbolerna sà att effekterna av ömsesidig interferens mellan angränsande symboler undviks. I ett konventionellt OFDM-system mäste längden pá detta tidsmellanrum vara lika med, eller större än, den maximala fördröjningsspridningen i systemet. Med tanke pá att fördröjningsspridningen (delay spread) i ett mobilt system under vissa förhållanden kan vara stor, medan den under andra förhållanden kan vara liten, innebär användandet av ett fast tidsmellanrum som motsvarar den längsta fördröjningsspridningen att man tillför en overhead pá överföringskapaciteten hos en kommunikationskanal. Varje kompromiss i valet av längd när det gäller tidsmellanrum att förorsaka en förlust kommer, under vissa förhållanden, av sänd data.

Ett mal med den föreliggande uppfinningen är att minimera den overhead som införs pá kanaltrafikkapacitet i ett OFDM- system genom att använda tidsmellanrum mellan symboler utan att minska systemprestanda.

Användningen av tidsmellanrum i mobila telekommunika- tionssystem är väl känd. Europeisk patentansökan EP O,295,227 beskriver ett digitalt TDMA (Time Division Multiple Access) mobilt telefonsystem i vilket tilldelning av tidslucka görs beroende pá utbredningstiden (propagation time) mellan olika mobila stationer och en basstation. Varje tidsram inluderar ett tidsmellanrum som används för att olika mobila överlappa mellan sändningar till, eller fràn, stationer.

USA-patent 5,37l,548 visar användningen av tidsmellanrum vid OFDM-system. 10 20 30 35 3 504 897 Europeiska patentansökan EP 0,589,709 A2 visar ett OFDM- system som använder kvadraturamplitudmodulering (Quadrature Amplitude Modulation), eller modifierad fasskiftmodulering (Modified Phase Shift Keying), i vilka lànga skyddstider och/eller större avstànd mellan kanaler används.

USA-patent 4,937,8l9 visar ett TDMA-system i vilket ranging, används för att minska skyddstider mellan pà varandra följande sändningar.

Den föreligganden uppfinningen övervinnar av konflikten mellan kanaltrafikkapacitet och behovet av lànga tidsmellanrum mellan symboler genom att använda ett tidsmellanrum med variabel längd, dvs ett tidsmellanrum med variabel varaktighet. En mottagare kan instruera en sändare att öka varaktigheten pà tidsmellanrummet om systemet försämras.

Användningen av variabla längder pá tidsmellanrum i OFDM- system finns ej yppad i teknikens stàndpunkt, Enligt en första aspekt pà den föreliggande uppfinningen tillhandahálles ett OFDM-system omfattande en mottagare och en sändare, där nämnda sändare är anpassad att sända data i OFDM-symbolskurar i vilka, symbolskur repeteras inom nämnda symbolskur som ett och nämnda sändare har ett tidsfönster med nämnda symbolskur mäste vara i tidsdomänen, en del av en tidsmellanrum, vilket, efter demultiplexering, inställt, kännetecknat av att nämnda repeterade del av en symbolskur har en varaktighet som är variabel och som justeras, medan systemet är igáng, till en minsta varaktighet som erfordras för att förhindra förlust av data som orsakas av fördröjningsspridning.

Företrädesvis anpassas nämnda mottagare att variera nämnda tidsfönster att producera, vid demultiplexering, ett tidsmellanrum men en minsta varaktighet som erfordras för 20 25 30 35 504 897 4 att förhindra dataförluster som orsakas av fördröjningspridningen.

Den del av nämnda symbolskur som repeteras kan kopieras fràn en framkant av nämnda symbolskur.

Nämnda repeterade del av nämnda symbolskur kan repeteras vid en bakkant av nämnda symbolskur.

Nämnda mottagare kan anpassas att sända en signal till nämnda sändare som indikerar en nivà pà fördröjningsspridning i en mottagen signal, och nämnda sändare är anpassad att justera varaktigheten pá nämnda tidsmellanrum till ett minsta värde som erfordras för att förhindra dataförlust orsakad av fördröjningsspridning.

Företrädesvis är nämnda mottagare anpassad att detektera en sänd signal när nämnda tidsfönster är felaktigt inställt.

Nämnda OFDM-system kan anpassas att arbeta som ett mobilt telekommunikationssystem_ Enligt en andra aspekt pà den föreliggande uppfinningen tillhandahàlles en mottagare, system som inkluderar en sändare anpassad att sända data i OFDM-symbolskurar, symbolskur repeteras inom nämnda symbolskur som ett och nämnda mottagare har ett tidsfönster med nämnda symbolskur mäste vara för användning med ett OFDM- i vilka, i tidsdomänen, en del av en tidsmellanrum, vilket, inställd, kännetecknad av att nämnda repeterade del av en efter demultiplexering, symbolskur har en varaktighet som är variabel, och nämnda mottagare är anpassad att variera nämnda tidsfönster för att producera, vid demultiplexering, ett tidsmellanrum med en minsta varaktighet som erfordras för att förhindra dataförlust som orsakas av fördröjningsspridning.

Företrädesvis inkluderar nämnda mottagare medel för prestandamätning för mätning av mottagen signalkvalitet och 10 20 25 30 35 s 504 897 justeringsmedel för mottagningsfönster för att ställa inn varaktigheten hos nämnda tidsfönster som respons pà en signal fràn nämnda medel för prestandamätning.

Företrädesvis är nämnda mottagare anpassad att sända en signal till nämnda sändare som indikerar en nivà pá fördröjningsspridningen i en mottagen signal, och nämnda sändare är anpassad att justera nämnda varaktighet pá tidsmellanrummet till ett minsta värde som erfordras för att förhindra dataförlust som orsakas av fördröjningsspridning.

Nämnda mottagare kan anpassas att detektera en sänd signal när nämnda tidsfönster är felaktigt inställt.

Enligt en tredje aspekt pà den föreliggande uppfinningen tillhandahàlles en metod att halla ett OFDM-system i drift som omfattar en mottagare och en sändare, genom att sända data som en serie OFDM-symbolskurar, där varje symbolskur, i tidsdomänen, har en del därav repeterad däri som ett tidsmellanrum, att nämnda mottagare har ett tidsfönster med vilket, efter demultiplexering, nämnda symbolskur mäste vara inställd, kännetecknad av att den repeterade delen av en symbolskur har en variabel varaktighet, och justering av nämnda variabla tidslängd för att producera ett tidsmellanrum av minsta varaktighet som erfordras för att förhindra dataförlust orsakad av fördröjningsspridning.

Företrädesvis justeras nämnda mottagartidsfönster att producera, vid demultiplexering, ett tidsmellanrum av en minsta varaktighet som erfordras för att förhindra dataförlust orsakad av fördröjningsspridning.

Den repeterade delen av nämnda symbolskur kan kopieras fràn en framkant därav.

Den repeterade delen av nämnda symbolskur kan repeteras frán en bakkant av nämnda symbolskur. 10 20 25 30 35 504 897 6 Nämnda mottagare kan mäta mottagen signalkvalitet och kan justera nämnda tidsfönsters varaktighet sá att nämnda mottagna signalkvalitet överstiger en fastställd tröskel.

Utförandeformer av uppfinningen kommer nu att beskrivas, med hjälp av exempel, under hänvisning till de medföljande figurerna, där: Figur 1 visar ett typiskt impulssvar för bergig, lantlig terräng.

Figur 2 visar ett typiskt impulssvar för stadsterräng.

Figur 3 visar ett typiskt impulssvar för det inre av en byggnad.

Figur 4 visar ett typiskt impulssvar för en mikrocell i ett cellulärt, digitalt mobiltelefonisystem.

Figure 5 är en illustration i diagramform av en OFDM sändningsskur.

Refererande till Figur l till 4, visas effekten av miljön pá fördröjningspridningen i ett OFDM-system. Som framgár av figurerna kan fördröjningsspridningen variera fràn 0,2 us till 50 us. Om ett tidsmellanrum skall användas som skall förhindra interferens mellan symboler orsakad av fördröjningsspridning i alla de olika miljöer för vilka impulssvar illustreras i figurerna 1 till 4, behöver det 50 us. I det fall att födröjningsspridningen är lika med 0,2 us, kommer detta att vara lika med, eller större än, införa en onödig förlust av kanalkapacitet. Det bör observeras att fördröjningsspridningen i tidsdomänen omformas till frekvensdispersion i frekvensdomänen. Oavsett om effekten betraktas som en frekvensdispersion, eller en dvs förlust av tidsdispersion, är effekten densamma, kanalkapacitet. 15 20 25 30 35 7 534 897 Användningen av ett tidsmellanrum i ett OFDM-system för att övervinna effekterna av fördröjningsspridningen, visas i figur 5. Tidsmellanrummet tar formen av en cyklisk repetition av den första delen av en OFDM-skur, dvs början av en OFDM-skur kopieras och repeteras i slutet av skuren.

Varaktigheten pà OFDM-symbolen är angiven med TS och varaktigheten av tidsmellanrummet är betecknad med Tg. En OFDM-mottagare har ett tidsfönster i vilket det kan ta emot en OFDM-symbol. Den minsta varaktigheten pá detta tidsfönster är lika med TS. Mottagaren kan därför endast se den del av signalen som inte är förstörd av fördröjningsspridningen i kommunikationskanalen. En mottagare mäste därför ha ett tidsfönster som motsvarar Prestandaförlusten som införes med användningen av ett lOlog(Tw Tg)dB. Genom att i motsats till ett fast Ts+Tg. tidsmellanrum Tgär A, där: A = använda ett variabelt tidsmellanrum, tidsmellanrum som har en varaktighet motsvarande det maximala behovet för att övervinna effekterna av tidsfördröjning, reduceras förlusten av systemprestanda till den minsta nivá som erfordras för att undvika dataförlust.

För att ta med i beräkningen fördröjningsspridningen i olika miljöer, mäste Tgkunna varieras fràn 0,2 us till 50 ps.

Idén med den förelígganden uppfinningen, nämligen användningen av ett variabelt tidsmellanrum, kan impementeras i ett OFDM-system pà sätt som föklaras nedan.

Tidsmellanrummet insättes i den sända dataströmmen efter modulering och före multiplexering av sändaren. I den multiplexerade OFDM-signalen omformas tidsmellanrummet till en ökning i "carrier spacing" i OFDM-skuren i frekvensdomänen. Vid mottagaren àtergenereras tidsmellanrummet när OFDM-skuren demultiplexeras av FFT (Fast Fourier Transform)-processen. Mottagaren kan detektera OFDM-skuren även om dess tidsfönster är felaktigt inställt, och kan justera sitt tidsfönster till det rätta värdet för korrekt mottagning av följande OFDM-skurar. 10 20 25 30 35 504 897 8 När systemet är anpassat för tvävägsöverföringen av data, dvs när mottagaren är kapabel att sända, kan mottagaren mäta den fördröjningsspridning som finns i en mottagen signal och sända en styrsignal till sändaren som far sändaren att justera varaktigheten pá Tgtill det minsta värde som erfordras för att övervinna förlust av data genom fördröjningsspridningen. Pá detta sätt använder systemet det minsta tidsmellanrum som krävs för att övervinna effekterna av fördröjningsspridning och maximerar därigenom kanaltrafikskapaciteten utan signalförsämring i mottagaren.

En sändare som skall användas i den föreliggande uppfinningen mäste kunna sätta in ett tidsmellanrum i de sända dataskurarna och kunna justera varaktigheten pä tidsmellanrummet sä att det precis är tillräckligt för att eliminera signalförsämring genom fördröjningsspridning.

Dessutom kan sändaren anpassas att ta emot en styrsignal fràn en mottagare som indikerar storleken pá fördröjningsspridningen i en mottagen signal, och att använda denna signal för att justera varaktigheten pá tidsmellanrummet kontinuerligt. Denna förmága att kontinuerligt variera varaktigheten pá tidsmellanrummet, när systemet är i drift, är speciellt värdefullt när systemet används inom mobiltelefoni.

En mottagare som skall användas i den föreliggande uppfinningen mäste kunna justera mottagningsfönstret för OFDM-skurar för att matcha storleken pä den sända skuren som tas emot. Speciellt maste FTT-ramen vara synkroniserad med den mottagna OFDM-skuren, om den mottagna signalen skall demultiplexeras korrekt. Emellertid kan en mottagare fortfarande detektera en mottagen skur, även om dess mottagningsfönster är fel inställt, och kan justera mottagningsfönstret till att matcha det korrekta värdet pà den mottagna signalen. Dessutom kan mottagaren mäta mängden av fördröjningsspridning som finns i den mottagna signalen och sända en styrsignal till sändaren, som far sändaren att justera varaktigheten pá det tidsmellanrum som används. 9 504 897 Den föreliggande uppfinningen har en speciell tillämpning i vilken ett flertal basstationer sänder I sådana system kan i mobiltelefoni, data till ett flertal mobila stationer. fördröjningsspridningen variera under sändningen, mellan en given basstation och en given mobil, eftersom mobilens position kontinuerligt ändras. Dessutom står trafikkapacitet högt i kurs i sådana system. Förmågan att kontinuerligt mäta den aktuella fördröjningsspridningen och justera tidsmellanrum i OFDM-skurar för att säkerställa oförsämrad överföring med ett minimum av varaktighet på tidsmellanrum bevarar trafikkapacitet i en transmissionskanal.

Projekteringen och implementeringen av OFDM-system är väl kända för experter inom telekommunikationsområdet, och det sätt på vilket ett OFDM-system som implementerar den föreliggande uppfinningen kan realiseras inses lätt, genom föregående beskrivning, av personer med kunskaper inom området.

Claims (22)

20 25 30 504 897 10 PATENTKRAV

1. I. Ett OFDM-system innefattande en mottagare och en sändare, där nämnda sändare är anpassad att sända data i OFDM- symbolskurar i vilka, en del av en symbolskur repeteras inom nämnda symbolskur som ett tidsmellanrum där nämnda mottagare har ett tidsfönster med nämnda symbolskur mäste i tidsdomänen, (guard space), vilket, efter demultiplexering, ställas in, kännetecknat av att nämnda repeterade del av en symbolskur har en varaktighet som är variabel och som justeras, under systemets drift, till en minsta varaktighet som erfordras för att förhindra dataförlust orsakad av fördröjningsspridning (delay spread).

2. Ett OFDM-system enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda sändare är anpassad att variera nämnda tidsfönster för att producera, vid demultiplexering, ett tidsmellanrum med en minsta varaktighet som erfordras för att förhindra dataförlust orsakad av fördröjningsspridning.

3. Ett OFDM-system enligt antingen patentkrav 1 eller patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t av att den del av nämnda symbolskur som repeteras kopieras fràn en framkant av nämnda symbolskur.

4. Ett OFDM-system enligt nàgot av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda repeterade del av nämnda symbolskur repeteras i slutändan av nämnda symbolskur.

5. Ett OFDM-system enligt nàgot av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda mottagare inkluderar prestandamätande anordning för mätning av mottagen signalkvalitet, och mottagningsfönster justeringsanordning för justering av nämnda varaktighet hos tidsfönster. 20 25 30 35 11 504 897

6. Ett OFDM-system enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda mottagare är anpassad att sända en signal till nämnda sändare som indikerar en nivå på fördröjningsspridningen i en mottagen signal, och nämnda sändare är anpassad att justera nämnda varaktighet på tidsmellanrum till ett minsta värde som är nödvändigt för att förhindra dataförlust orsakad av fördröjningsspridning.

7. Ett OFDM-system enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda tidsmellanrum kan justeras till en varaktighet på mellan 0,2 ps och 50 ps.

8. Ett OFDM-system enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda mottagare är anpassad att detektera en sänd signal när nämnda tidsfönster är fel inställt.

9. Ett OFDM-system enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda system inkluderar ett flertal mobila stationer och ett flertal basstationer, och är anpassat att arbeta som ett mobiltelekommunikationssystem.

10. En mottagare för användning med ett OFDM-system inkluderande en sändare anpassad att sända data i OFDM- symbolskurar, en del av en symbolskur repeteras inom nämnda symbolskur som ett tidsmellanrum, nämnda mottagare har ett tidsfönster med vilket, efter demultiplexering, nämnda symbolskur måste ställas in, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda repeterade del av en symbolskur har en varaktighet som är variabel, och nämnda mottagare är anpassad att variera nämnda tidsfönster i vilka, i tidsdomänen, för att producera, vid demultiplexering, ett tidsmellanrum med en minsta varaktighet nödvändig för att förhindra dataförlust orsakad av fördröjningsspridning.

11. En mottagare enligt patentkrav 10, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda mottagare inkluderar 20 25 30 35 504 897 12 prestandamätande anordning för mätning av mottagen signalkvalitet, och mottagningsfönsteranordning för justering av varaktighet pà nämnda tidsfönster som respons pà en signal fràn nämnda prestandamätande anordning.

12. En mottagare enligt patentkrav ll, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda mottagare är anpassad att sända en signal till nämnda sändare som indikerar en nivà pà fördröjningsspridningen i en mottagen signal, och nämnda sändare är anpassad att justera varaktigheten pá nämnda tidsmellanrum till ett minsta värde som är nödvändigt för att förhindra dataförlust orsakad av fördröjningsspridning.

13. En mottagare enligt nagot av patentkraven 10 till 12, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda tidsmellanrum kan justeras till en varaktighet av mellan 0,2 us och 50 ps.

14. En mottagare enligt nagot av patentkraven 10 till 13, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda mottagare är anpassad att detektera en sänd signal när nämnda tidsfönster är fel inställt.

15. En mottagare enligt nagot av patentkraven 10 till 14, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda mottagare är en mobilradiotelefonimottagare anpassad för användning med ett mobiltelekommunikationssystem.

16. En metod att halla ett OFDM-system i drift innefattande en mottagare och en sändare, genom att sända data som en serie OFDM-symbolskurar, där varje symbolskur, i tidsdomänen, har en del därav repeterad däri som ett tidsmellanrum, nämnda mottagare har ett tidsfönster med vilket, ställas in, k ä n n e t e c k n a d av att den repeterade efter demultiplexering, nämnda symbolskur mäste delen av en symbolskur har en variabel varaktighet, och justerar nämnda variabla varaktighet till att producera ett 20 25 30 13 504 897 tidsmellanrum med en minsta varaktighet som erfordras för att förhindra dataförlust orsakad av fördröjningsspridning.

17. En metod enligt patentkrav 16, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda mottagartidsfönster justeras till att producera, vid demultiplexering, ett tidsmellanrum med en minsta varaktighet nödvändig för att förhindra dataförlust orsakad av fördröjningsspridning.

18. En metod enligt antingen patentkrav 16 eller patentkrav 17, k ä n n e t e c k n a d av att den repeterade delen av nämnda symbolskur kopieras fràn en främre kant därav.

19. En metod enligt nagot av patentkraven 16 till 18, k ä n n e t e c k n a d av att den repeterade delen av nämnda symbolskur repeteras fràn en bakre kant av nämnda symbolskur.

20. En metod enligt nagot av patentkraven 16 till 19, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda mottagare mäter mottagen signalkvalitet och justerar nämnda varaktighet pà tidsfönster sà att nämnda mottagna signalkvalitet överstiger en förutbestämd tröskel.

21. En metod enligt nagot av patentkraven 16 till 20, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda tidsmellanrum kan justeras till en varaktighet pá mellan 0,2 us och 50 ps.

22. En metod enligt nàgot av patentkraven 16 till 21, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda mottagare detekterar en sänd signal när nämnda tidsfönsterär fel inställt.