DE69434353T2

DE69434353T2 - Mehrträger-Frequenzsprungkommunikationssystem

Info

Publication number: DE69434353T2
Application number: DE69434353T
Authority: DE
Inventors: c/o Societe Civile S.P.I.D. Americo Brajal; Antoine c/o Societe Civile S.P.I.D Chouly
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1993-12-22
Filing date: 1994-12-15
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2014-12-16
Also published as: KR950022501A; US5548582A; EP0660559B1; SG48266A1; DE69434353D1; JPH07288491A; KR100379047B1; EP0660559A1; JP3693303B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Mehrträger-Frequenzsprung-Kommunikationssystem mit Spektrumsspreizung mit mindestens einer Sendestation und mindestens einer Empfangsstation, die über mindestens einen Übertragungskanal miteinander kommunizieren, wobei das System bei der Übertragung Übertragungsmittel in Basisband von Daten durch Kodierung in Frequenzsprung-Spektrumsspreizung und beim Empfangen umgekehrte Übertragungsmittel für den Rückerhalt der bewerteten Daten enthält.
Sie betrifft auch ein Kommunikationssystem mit einer Sende/Empfangs-Basisstation und einer Vielzahl von Sende/Empfangs-Anwenderstationen. Sie betrifft auch eine Sende/Empfangs-Anwenderstation, und insbesondere entweder eine mobile Station zur Übernahme von Übertragungen per Funk oder eine Feststation zum Kommunizieren über Kabel, Satelliten oder anders. Sie betrifft auch eine Basisstation bestimmt für den Empfang und die Übertragung von Meldungen hinsichtlich des Kommunikationsaufbaus zwischen mobilen Stationen.
Ein Kommunikationssystem zwischen Anwendern muss mehrere Kriterien befriedigen, worunter das der Vertraulichkeit leicht nachvollzogen werden kann. Die Planer derartiger Systeme wandten sich folglich der Verwendung von Kodierungen für die Übertragung der zu übertragenden Meldungen zu. Ein leistungsstarkes Kodierungssystem ist das System mit Kodevielfachzugriff mit der Bezeichnung CDMA in englischer Sprache (Code Division Multiple Access). Dieses System weist die Vorteile der Vertraulichkeit, Robustheit gegen Störungen, Robustheit gegen Interferenzen oder Beeinträchtigungen auf und ist außerdem leicht auf eine beliebig Anzahl von Anwendern dimensionierbar. Das Prinzip des CDMA-Systems besteht darin, eine Spreizung des Frequenzspektrums zu machen. Dafür wird eine zu kodierende Meldung elementarer Dauer Ts in eine Meldung elementarer Dauer Tc wie Tc = Ts/1 transformiert. Der Parameter 1 kann niedriger, gleich groß oder größer als 1 sein. Mit M Anwendern entsprechen in einem bestimmten Zeitpunkt M Meldungen einer Dauer Tc. Diese Meldungen werden dann mit der bekannten so genannten Technik der Frequenzsprung-Spektrumsspreizung kodiert, die aus der Modulation von M unterschiedlichen Trägern mit den M Meldungen und dem Austausch von Zeit zu Zeit der Zutei lung jedes Trägers zu respektive jedem Teilnehmer besteht, um die Übertragungsfehler des Kanals zu verteilen. Je nach dem, ob 1 größer oder kleiner als 1 ist, erhält man die schnelle Frequenzsprungtechnik oder die langsame Frequenzsprungtechnik. Wenn 1 gleich 1 ist, bleibt die Dauer der zu kodierenden Meldung unverändert.
Ein solches System wird beispielsweise beschrieben in dem Buch von J. G. PROAKIS, „Digital Communications", Kapitel 8, Seiten 845–860, veröffentlicht von der Mc CRAW-HILL Book Company (1989), New York.
Eine Basisstation erhält die kodierten Meldungen kommend von allen Anwendern, dekodiert sie, kodiert sie um und sendet sie wieder an alle Anwender. Sie verwaltet die Übertragungen, d. h. sie ermöglicht es einem adressierten Anwender, und nur diesem, eine Meldung zu dekodieren, die für ihn bestimmt ist. Ein solches System erfordert die Verwendung beim Empfang eines Ausgleichers, der komplex werden kann, wenn die Anzahl Anwender steigt. Tatsächlich sind bei Vorhandensein von Echos in einer Umgebung mit mehreren Wegen die Echos, die sich auf den Kanal eines Anwender beziehen, generell nicht dieselben wie die Echos des Kanals, die sich auf einen anderen Anwender beziehen. Die reellen Leistungen eines solchen Systems sind folglich begrenzt. Andererseits ist es notwendig, den Empfänger auf den Anfang jeder Sprungsequenz gut zu synchronisieren, damit die erhaltene Meldung dekodiert werden kann, was oft ein Problem darstellt.
Andererseits erfordert solch eine Technik die Verwendung eines Frequenzgenerators zum Erzeugen des jedem Anwender zugeteilten Trägers. Dieser Generator muss bei jedem Frequenzsprung schnell die Frequenz wechseln können. Um Überlappungen zwischen den Frequenzen von zwei Generatoren zu vermeiden muss man generell ein Schutzband vorsehen, was ein Hindernis bildet.
Ein Ziel der Erfindung ist folglich die Beseitigung dieser Nachteile und die Steigerung der Zuverlässigkeit und der Kapazität der Übertragungen bei den Kommunikationen zwischen Anwendern.
Ein zusätzliches Ziel ist der Erhalt eines Systems mit geringer Komplexität als Zusatz zu den gesteigerten Leistungen.
Diese Ziele werden mit einem in der Einleitung beschriebenen Kommunikationssystem erreicht, in dem die Übertragungsmittel die Kodierung gemäß einer Aufteilung orthogonaler Frequenzen ausführen und in dem die umgekehrten Übertragungsmittel eine Dekodierung ausführen, welche eine zu der der Kodierung umgekehrte Transformation bewirkt.
Um die Kodierung/Dekodierung durchzuführen enthalten die Übertragungsmittel Mittel zur Anwendung einer Fourierschen Rücktransformierten, und die umgekehrten Übertragungsmitel enthalten Mittel zur Anwendung einer direkten Fouriertransformierten.
Somit ist es vorteilhafterweise nicht mehr notwendig, für jede Station über einen individuellen Frequenzgenerator zu verfügen, ein Generator, der gemäß dem alten Stand der Technik bei jedem Frequenzsprung schnell die Frequenz wechseln können musste. Es ist folglich nicht mehr notwendig, die Übergangszeiten jedes Generators oder deren Synchronisation zu berücksichtigen. Auch gibt es kein Überlappungsphänomen von Spektren zwischen zwei Generatoren mehr.
Um eine Mischung durchzuführen, die mit der Zeit wechselt, muss man über einen derart gesteuerten Generator von Mischsequenzen verfügen, dass zwei Anwendern nicht im selben Zeitpunkt dieselbe Frequenz zugeteilt wird.
Um dies zu erreichen, zum Kodieren respektive zum Dekodieren der Frequenzsprünge, enthalten die Übertragungsmittel, respektive die umgekehrten Übertragungsmittel Mittel zum Mischen respektive Mittel zum Entmischen der Daten, die alle zwei enthalten:

– einen Adressengenerator, der variable Adressensequenzen liefert,
– einen Speicher, in den respektive die zu mischenden oder zu entmischenden Daten geschrieben werden und der beim Lesen respektive gemischte oder entmischte Daten ausgibt, wobei das Mischen und/oder das Entmischen gemacht wird, indem der Speicher mit Hilfe des Adressengenerators mit variablen Sequenzen beim Lesen und beim Schreiben unterschiedlich adressiert wird.

Es kann sich dabei um digitale Daten kommend aus einem mit einer digitalen Modulation modulierten Signal handeln. Dieses kann mit einer Konstellation von Zuständen in einer zweidimensionalen Darstellung dargestellt werden: Gleichphasige Komponente/phasenverschobene Komponente. Das System enthält dann in der Sendestation Mittel zur Transformierung der zu sendenden Meldungen in Symbole der digitalen Modulation und in der Empfangsstation Mittel zur umgekehrten Entnahme der Meldungen aus den erhaltenen Symbolen.
Für jedes Symbol Se der Konstellation können die Abtastmittel eine beliebige Anzahl von abgetasteten Symbolen generieren. Diese Zahl ist eine reelle Zahl. Je nach der Anzahl von dem Symbol genommener Muster und der Frequenz zur Änderung der Zu teilung der Mischung wendet man entweder die schnelle Frequenzsprungtechnik (fast frequency hopping) oder die langsame Frequenzsprungtechnik (slow frequency hopping) an. Im Falle der schnellen Technik enthalten die Mittel zum Mischen Mittel zum Gruppieren mehrerer abgetasteter Symbole in Paketen, wobei ein Paket eine Anzahl abgetasteter Symbole enthält, die größer oder gleich der Anzahl von Symbolen der Konstellation ist, woraus sie hervorgingen.
Die frequenzmultiplexierten Symbole können vorzugsweise genutzt werden, indem man sie in ein Rasterformat wie dem bei der Technik des mehrfachen orthogonalen Frequenzmultiplex, der so genannten OFDM-Technik (in englischer Sprache: Orthogonale Frequency Division Multiplexing) verwendeten, bringt.
Aufgrund dieser Tatsache ist es vorteilhafterweise nicht mehr notwendig, beim Empfang einen komplizierten Ausgleicher zu verwenden, um die Signale auszugleichen, die wegen einer Umgebung mit mehrfachen Wegen Echos ausgesetzt waren. Tatsächlich, wenn man das multiplexierte Signal in der Form von aufeinander folgendenden Rastern organisiert, gebildet aus mit Schutzintervallen ausgestatteten Blöcken, ist es möglich, alle Verzögerungen aufgrund mehrfacher Wege zu absorbieren.
Mit in OFDM-Raster organisierten Symbolen gibt es auch keine Synchronisationsprobleme mehr am Anfang jeder Mischungssequenz, denn alle Synchronisationsmechanismen werden von denjenigen abgeleitet, die in dem mehrfachen orthogonalen Frequenzmultiplex umgesetzt werden. Die Selektion und die Anzahl der Mischsequenzen ist weitaus weitläufiger.
Um ein OFDM-Raster zu bilden enthalten die Mittel für das Multiplexing dann außerdem:

– Mittel zum Hinzufügen von Schutzsymbolen,
– Mittel zur Parallel-Seriell-Transformation,
– Mittel zur Bildung von Symbolblockrastern und zum Hinzufügen von speziellen Symbolblöcken.

Die Spezialsymbole können des Synchronisations-, Dienst-, Kanalbewertungs- oder andere Symbole sein.
Beim Empfang enthalten die Mittel für das Demultiplexing dann in Serie:

– Eine Abtastschaltung,
– Mittel für den Eingang der Seriell-Parallel-Transformation der erhaltenen modulierten Daten,
– Mittel zur Anwendung einer direkten Fouriertransformierten zum Ausgeben der besagten erhaltenen bewerteten Symbole.

Beim Empfang kann man zur Berücksichtigung der Abschwächungen des Signals ein oder mehrere Module) zur automatischen Steuerung der Leistung hinzufügen. Sie können angeordnet sein, um auf jede kodierte, jedem Träger am Ausgang der Mittel zur Anwendung der direkten Fouriertransformierten zugeteilten Meldung einzuwirken.
Der Erfindung zufolge wird die übertragene Energie frequenzlich weitaus besser über den Kanal verteilt, was dieses System robuster gegen selektive Fadings macht. Die Kombination der Technik der Frequenzsprung-Spektrumsspreizung mit der Technik der Mehrträger im mehrfachen orthogonalen Frequenzmultiplex bringt so neue Leistungen und Vorteile.
In einer vorgezogenen Ausführungsform enthält das System nach der Erfindung Sende/Empfangs-Anwenderstationen, die Mobiltelefone sein können, und mindestens eine feste Basisstation. Eine Basisstation deckt das, was man eine Zelle bezeichnet, d. h. dass sie über einen bestimmten Aktionsradius verfügt. Über diesen Aktionsradius hinaus ist es eine andere Basisstation, die übernimmt, wenn die mobile Station die grenzen der Zelle verlassen hat. Vorteilhafterweise kann eine Zelle dank der Erfindung eine größere Größe haben, während davor die Zunahme an Größe eine gesteigerte Komplexität des Ausgleichers erforderte.
Jede Anwenderstation verfügt über Mittel zum Senden an die Basisstation und zum ausschließlichen Dekodieren der für sie bestimmten Meldungen.
Die Basisstation verfügt über Mittel zum Senden an alle Anwenderstationen und zum Empfangen der von allen Anwenderstationen kommenden Meldungen und über Mittel zum Verwalten des Kommunikationsaufbaus der Anwenderstationen miteinander.
Diese verschiedenen und noch andere Aspekte der Erfindung werden anhand der hiernach beschriebenen Ausführungsformen ersichtlich und erläutert.
Die Erfindung wird besser mit Hilfe der folgenden Figuren verstanden, die nicht erschöpfende Beispiel sind und folgendes darstellen:
1: Ein Schema einer in einer Anwenderstation arbeitenden Sende/Empfangs-Verarbeitungskette.
2: Ein allgemeines Schema eines Teils eines Kommunikationssystem nach der Erfindung.
3: Ein Basisschema der bekannten Technik der Frequenzsprung-Spektrumsspreizung.
4: Ein Schema eines Beispiels zur Umsetzung der Frequenzsprung-Spektrumsspreizung nach der Erfindung.
5: Ein Beispiel eines Schemas der Mittel zum Mischen der Symbole.
6: Ein Schema eines OFDM-Multiplexers zur Verwendung mit einer Mehrträgersendung.
7: Ein Schema eines OFDM-Demultiplexers.
8: Ein Schema eines Demultiplexers, verwendet zum Schätzen der in einer Anwenderstation mit automatischer Steuerung der Leistung erhaltenen Symbole.
9: Ein Beispiel von Mitteln zur Entscheidung, verwendet beim Empfang.
10: Ein allgemeines Schema eines Mehrbenutzer-Kommunikationssystems.
11: Zwei Kurven der Frequenzreaktion eines herkömmlichen Systems mit Spektrumsspreizung und eines Systems nach der Erfindung.
12: Ein Diagramm der Aufteilung der Symbole über einen Zeitraum μTs.
Die nachfolgende Beschreibung betrifft den allgemeinen Fall, in dem die Übertragung zwischen der Sendestation und der Empfangsstation über die Basisstation verläuft. Selbstverständlich betrifft die Erfindung auch den Fall, in dem die Übertragung direkt und ohne den Einsatz einer Basisstation verläuft.
10 zeigt symbolisch ein Mehrbenutzer-Kommunikationssystem (U₁, U₂ ... U_k ... U_M), wobei M die Gesamtzahl der Anwender ist. Alle Anwender kommunizieren über bidirektionale Verbindungen mit einer Basisstation B. Diese dient als Relais für den Kommunikationsaufbau zwischen zwei Anwenderstationen. Eine Basisstation verfügt über einen Aktionsradius. Da die Anwenderstationen a priori mobile Stationen sind kann eine Anwenderstation U₂ (oder mehrere) den Aktionsradius einer Basisstation B1 überschreiten. In diesem Fall beteiligt sich eine andere Basisstation B₂ an der Verwaltung der Kommunikationen. Die zwei Basisstationen B₁, B₂ tauschen dann Informationen über die Verwaltung des Kommunikationsaufbaus einer Anwenderstation U₁ (der aktiven Zone von B₁) mit einer Anwenderstation U₂ (der aktiven Zone von B₂) aus.
Eine herkömmliche, in einer beliebigen Anwenderstation eingesetzte Verarbeitungskette ist auf 1 dargestellt. Bei der Übertragung (1A) enthält sie in Serie:

– Mittel 10 zum Kodieren der zu sendenden Meldungen Me, und um sie in Symbole Se einer Konstellation zu transformieren,
– Mittel FH 12 zur Übertragung in Basisband der besagten Symbole Se auf einer Vielzahl von Trägern mit Frequenzsprung-Kodierung zum Ausgeben der zu sendenden kodierten Symbole Sce, und
– Mittel zur Modulation 14 in Radiofrequenzen. Dann wird die Übertragung auf einem Kanal CHA 16 durchgeführt.

Die Mittel 10 zum Kodieren der Meldungen Me enthalten in Serie:

– Mittel 71 zur Analog-Digital-Wandlung A/D, die von einem Quellenkodierer 73 SOUR COD gefolgt werden können,
– einen Kanalkodierer 75 CHAN COD und
– ein Organ 77 für die Zuteilung MAPP der binären Daten in einer Konstellation.

Es kann sich um MAQ-, QPSK-, BPSK- oder andere Konstellationen handeln. Die Quellen- 73 und Kanalkodierer 75 können entsprechend den Merkmalen des Kommunikationkanals nicht vorhanden sein. Ebenso können der Wandler A/D 71 und der Quellenkodierer 73 nicht vorhanden sein, wenn die Meldung Mein einer digitalen Form verfügbar ist (Verbindung 9). Dagegen gibt es den Wandler beispielsweise im Falle von Sprachmeldungen für Telefonkommunikationen ausgehend von mobilen Anwenderstationen.
Eine Anwenderstation ist auch mit Mitteln für den Empfang von Daten ausgestattet, die von anderen Anwenderstationen über die Basisstation kommen. Dafür enthält sie auch (1):

– Mittel 24 zur Demodulation in Radiofrequenzen für die Entnahme der digitalen Daten, welche die erhaltenen kodierten Symbole Scr darstellen,
– Mittel 22 zur umgekehrten Übertragung FH^–1 für die Entnahme der erhaltenen Symbole Sr, während die besagten Mittel 22 die umgekehrten Operationen zu den von den Mitteln 12 ausgeführten ausführen,
– Mittel 20 zum Dekodieren der erhaltenen Meldungen Mr ausgehend von den erhaltenen Symbolen Sr bei der Ausführung der zu den bei der Übertragung von den Mitteln 10 ausgeführten umgekehrten Operationen.

Die Mittel 20 enthalten in Serie Mittel 97 zur Kanaldekodierung CHAN DECOD, Mittel 93 zur Quellendekodierung SOUR DECOD und Mittel 91 zur Digital-Analog-Wandlung DIA. Diese Mittel sind in dem Maße vorhanden, in dem die entsprechenden Kodierungen im voraus vor der Übertragung durchgeführt wurden.
Die Mittel 24 führen beim Empfang die umgekehrten Operationen zu denjenigen aus, die bei der Übertragung ausgeführt wurden.
Die Erfindung betrifft grundsätzlich die Mittel 12 zur Frequenzsprung-Spektrumsspreizung, die bei der Übertragung auf die zu sendenden Symbole Se wirken, und die Mittel 22 zur Entnahme der erhaltenen Symbole Sr.
3 zeigt ein Schema eines herkömmlichen Systems zur Spektrumsspreizung bestehend aus der gleichzeitigen Modulation der unterschiedlichen Träger Fa, Fb mit den zu übertragenden Meldungen unter Vorgabe von Frequenzsprüngen bei der Zuteilung der Träger an die besagten Meldungen. 3 betrifft eine Basisstation. Für eine Anwenderstation wird das Schema dann vereinfacht, denn sie verfügt nur über einen einzigen Pfad. Somit wird die Meldung Me1 eines Anwenders zuerst in Symbole Se1 kodiert (1A), die mit einem Takt der 1/Tc von einer Abtastschaltung, 82₁ abgetastet werden (3). Die so erhaltenen Muster werden in einem Multiplizierer 80₁ mit einem Frequenzträger Fa kommend aus einem lokalen Generator GENT multipliziert. Die von allen Anwendern ausgegangenen Daten transitieren alle über die Basisstation. Wie in 3 gezeigt gibt es dann so viele Pfade in der Basisstation wie mögliche Anwender. Der dem M-ten Anwender zugeteilte Pfad enthält einen Generator GEN_M, der einen anderen Träger Fb ausgibt, mit einem anderen Multiplizierer 80_M und einer anderen Abtastschaltung 82_M . Alle Ausgänge des Multiplizierers werden in einem Addierer 84 miteinander addiert, um an einem einzigen Ausgang die Sce Mehrträgersymbole auszugeben. Jedem Pfad ist eine eigene Frequenz in einem bestimmten Zeitpunkt zugeteilt. Um die Qualität der Übertragung zu versichern wird der jedem Pfad zugeteilte Frequenzwert von Zeit zu Zeit geändert, indem vorzugsweise die Besonderheit beibehalten wird, dass dieselbe Frequenz in jedem Zeitpunkt nicht zwei verschiedenen Pfaden zugeteilt wird. Die Generatoren werden folglich gesteuert, um schnell die Trägerfrequenz zu wechseln, wenn der Zeitpunkt des Frequenzsprungs kommt.
Die Symbole Sce werden dann in den Modulator der Radiofrequenzen MOD 14 eingegeben, um auf dem Kanal übertragen zu werden.
Der Erfindung zufolge wird das selbe Prinzip der Zuteilung eines spezifischen Trägers an jeden Pfad sowie der Frequenzsprünge beibehalten. Die Umsetzung wurde allerdings völlig geändert. Sie ist auf dem Schema der 2 dargestellt.
2 zeigt ein Schema eines Kommunikationssystems nach der Erfindung mit einer Basisstation B und Anwenderstationen, beispielsweise zwei Stationen U₁ und U₂. Da die An wenderstationen dieselben Sende/Empfangs-Mittel haben wird nachstehend nur die Station U₁ im Detail beschrieben, wobei vorausgesetzt wird, dass eine Sendestation mit einer anderen dann als Empfangsstation fungierenden Station kommuniziert.
Der Erfindung zufolge führt man bei der Übertragung eine Kodierung in Frequenzsprung-Spektrumsspreizung aus. Beim Empfang führt man die umgekehrten Operationen in der umgekehrten Reihenfolge aus.
Die Station U₁ enthält die Kodierungsmittel 10, welche die Symbole Se ausgeben. Diese werden dann in einem Mischer MIX 13 kodiert, gefolgt von einer Anordnung 15 zur Ausführung einer Fourierschen Rücktransformierten FFT^–1 und dem Radiofrequenzmodulator MOD 14, wobei die digitalen Daten wie zuvor beschrieben übertragen werden. Der Mischer 13 und die Anordnung 15 führen eine Verarbeitung der Daten aus, die mit den von den Mitteln 12 der 3 ausgeführten äquivalent ist. Allerdings werden die verarbeiteten Daten der Erfindung zufolge parallel ausgegeben, während sie gemäß der bekannten Technik an einem einzigen Ausgang kombiniert werden.
Diese Daten, die von dem Übertragungskanal CHA1 beeinträchtigt werden können, kommen gemäß den Daten Pmr an der Basisstation B an. Sie werden in einem Demodulator 24B demoduliert, dann in einer Anordnung 25B demultiplexiert, die eine Fouriertransformierte FFT ausführt, um kodierte erhaltene Symbole Pcr auszugeben, und dann liefert eine zu derjenigen umgekehrte Entmischung MIX^–1 23B, die bei der Übertragung ausführt wurde, die nicht kodierten Symbole P. Diese werden ihrerseits in der Basisstation von den Mischmittel MIX 13B umkodiert und dann von einer Anordnung 15B multiplexiert, die eine Fouriersche Rücktransformierte FFT 1 ausführt, und schließlich von einem Radiofrequenzmodulator B14 wieder übertragen. Die übertragenen Symbole kommen auf einem Kanal CHA2, der zum vorhergehenden unterschiedlich sein kann, an einer anderen Anwenderstation U₂ an, die als Empfangsstation arbeitet. Betrachten wir den Fall, in dem die Station U₁ als Empfangsstation einer anderen Sendestation arbeitet. Sie erhält die modulierten Symbole Smr, die von dem Demodulator 24 demoduliert, dann von einer Anordnung 25 demultiplexiert werden, die eine Fouriertransformierte FFT ausführt, die erhaltene kodierte Symbole Scr ausgibt, die dann von den Entmischungsmitteln MIX^–1 23 entmischt werden, die eine umgekehrte Entmischung der bei der Übertragung ausgeführten Mischung MIX ausführen.
Die Basisstation B erhält alle Daten kommend von allen Anwenderstationen. Diese Daten kommen übereinander überlagert im selben Frequenzband am Eingang der Basisstation an. Diese führt die Verwaltung der Kommunikationen aus. Dafür, wenn der Kommunikationsaufbau einer Station U₁ mit einer Station U₂ erforderlich ist, kodiert die Basisstation B die zu übertragende Meldung um, entweder mit dem Mischkode der Anwenderstation, für die diese Meldung bestimmt ist, oder mit dem selben Mischkode der Sendestation, und die Basisstation kommuniziert den der Sendestation eigenen Mischkode an die Empfangsstation, damit sie die Meldungen dekodieren kann, die sie über den Kanal erhält.
4 zeigt im Falle einer Basisstation den Mischblock MIX 13B und den Block 15B FFT-1. Die Symbole Se1–SeM kommend von den M Anwendern gelangen an Abtastmittel 821–82M, die im Takt 1/Tc arbeiten, um die abgetasteten Symbole Su1–SuM auszugeben. Die abgetasteten Symbole werden in den Mitteln zum Gruppieren in Paketen S/P, 831–83M in Paketen (Symbole Sse) gruppiert. Die Mittel S/P 831–83M sind in dem Maße vorhanden, in dem die Abtastung mehr als ein Muster pro Symbol Se ausgibt. Dann führen die Mittel 11 eine Mischung der gruppierten abgetasteten Symbole Sse aus. Am Ausgang der Mittel 11 sind die abgetasteten Symbole nicht mehr in derselben Reihenfolge angeordnet, die sie am Eingang hatten. Diese Reihenfolge hängt von einer Mischsteuerung SA ab, die für jedes abgetastete Symbol eine spezifische Zuteilung an eine Trägerfrequenz einer Mehrträgermodulation vorgibt, wobei die Zuteilung außerdem Gegenstand von Frequenzsprüngen ist. Die so gemischten Symbole werden dann in frequenzmultiplexierte Symbole nach einer orthogonalen Frequenzaufteilung transformiert. Dies wird in den Multiplexingmitteln 15B ausgeführt, die eine Fouriersche Rücktransformierte ausführen. Zur Ausführung der Fourierschen Rücktransformierten muss man am Eingang parallel eine Anzahl von Daten N = 2G eingeben, wobei G ein positive Ganzzahl ist. Wenn die gesamte Anzahl an Trägern Nc so ist, dass Nc < N, muss man an den Eingängen, die beiderseits der Eingänge als Informationsträger angeordnet sind, Nulldaten hinzufügen. Man verfügt am Ausgang des Blocks 15B über parallele Daten Sce gemäß einer Aufteilung von Mehrträgern in orthogonalen Frequenzen.
5 stellt ein Ausführungsbeispiel der Mischmittel 11 dar. Die Symbole Sse werden beispielsweise von einem Adressengenerator ADDR GEN 89 an bestimmte Adressen eines Speichers MEM 88 geschrieben. Beim Lesen dieses Speichers MEM gibt der Adressengenerator 89 Adressen aus, die sich von den beim Schreiben verwendeten unterscheiden. Man verwirklicht somit die schematisch in 4 gezeigte Mischung der Symbole. Ein Ausgangsregister 87 ermöglicht die Gruppierung der Symbole für einen parallelen gemeinsamen Ausgang.
Diese Symbole können in dieser Form genutzt werden oder man bringt sie der Erfindung zufolge in ein Format einer Mehrträger-Modulation mit der Bezeichnung OFDM. Dies erfordert es, eine bestimmte Anzahl von Dienstsignalen hinzuzufügen, die eine Steigerung der Zuverlässigkeit der Übertragungen ermöglichen.
Die Mechanismen zum Aufbau eines OFDM-Rasters sind auf dem Schema der 6 dargestellt.
In einem bestimmten Zeitpunkt bilden die aus den Mitteln 15 kommenden parallelen N Symbole einen Teil eines OFDM-Datenblocks. Eine Schutzanordnung PROT 54 fügt diesem Teil des Datenblocks einem Schutzintervall entsprechende Daten hinzu. Dies besteht aus dem Kopieren bestimmter Daten.
12 detailliert die beim Bau eines OFDM-Datenblocks eingebrachten Mechanismen. Ein Symbol Se ist im Allgemeinen ein komplexer Wert. Die erste Leitung stellt beispielsweise eine Folge von Zuständen für ein für den Anwender U1 zu kodierendes Symbol Se1 dar. Ein Symbol Se1 hat eine Dauer Ts. Man betrachtet eine Folge von mehreren Symbole, beispielsweise u Symbole, entsprechend einer Dauer μ·Ts. Jedem Anwender U1 ... UM entspricht eine solche Folge Se1–SeM.
Nach ihrem Durchgang durch die Abtastschaltung 821–82M (4) bringen diese Symbole Se die abgetasteten Symbole Su1–SuM hervor, die nach paralleler Gruppierung die gruppierten Symbole Sse (Bezug V, 4) hervorbringen. Somit bringen μ Symbole Se am Ausgang jedes Gruppierungsmittels S/P, 831–83M für jede Dauer μ·Ts und für jeden Anwender U (mit L ≥ μ) L Symbole hervor. Vorzugsweise ist das Verhältnis L/μ eine Ganzzahl.
Die von den M Anwendern kommenden Daten werden zur Bildung von M·L Daten Sse (Signal V) gruppiert. Dann werden die M·L Daten nach dem in 5 beschriebenen Prinzip gemischt, um Nc Daten (Signal W) hervorzubringen, mit Nc gleich der Höchstzahl Anwender multipliziert mit L. Allerdings kann Nc größer als M·L sein. Die Nc Daten bilden dann Nc Symbole eines OFDM-Signals. Man hat folglich Nc Symbole, die parallel in den Block 15 kommen, der eine Fouriersche Rücktransformierte der Reihenfolge N ausführt, wie N = 2G > Nc mit G als Ganzzahl. Dafür werden die Nc Symbole it einer Anzahl L1 = (N – Nc)/2 von Daten „0" beiderseits am Eingang des Blocks 15 (Bezug X, 6) komplettiert. Wenn N – Nc ungerade ist, erhält der Anfang oder das Ende des Blocks ein Symbol mehr. Wenn μ·L gleich 1 ist (was einem Muster pro Initialsymbol Se entspricht), wird ein System mit langsamen Frequenzsprüngen erhalten, indem die Mi schung alle k Blöcke (mit k als Ganzzahl größer oder gleich 1) geändert wird. Um es den N Symbolen zu ermöglichen, später im Laufe einer Dauer μTs herauszugehen, arbeitet der Block 15 mit einer kürzeren Dauer, d. h. μ·Ts/N (Bezug Y). Die N Symbole, die aus Block 15 herausgehen, werden ihrerseits mit KG Symbolen entsprechend einem Schutzintervall Δ = KG·T'c zur Schutzbildung komplettiert. Die KG Symbole entsprechen einer Kopie der letzten Symbole der N vorhergehenden Symbole. Diese KG Symbole werden vor die N Symbole zur Bildung eines Blocks von (KG + N) zu sendenden Symbolen (Bezug Z) hinzugefügt. Auch da arbeitet der Schutzblock 54 mit einer noch verminderten Dauer (T'c = μTs/(N + KG), um einen nachfolgenden seriellen Ausgang der (KG + N) Symbole im Laufe einer mit μTs gleich gehaltenen Dauer zu ermöglichen. Ein Anordnung 56 zur Parallel-Seriell-Transformation führt die serielle Anordnung der (KG + N) Symbole aus. Die aufeinander folgenden Blöcke der (KG + N) OFDM-Symbole werden dann in OFDM-Rastern in einer Anordnung 58 FRAME organisiert. Diese fügt (Synchronisations-Wobbel- oder andere) Spezialsymbole 53 hinzu, die u. a. zur Synchronisation der Übertragung und des Empfangs oder der Bewertung des Kanals dienen. Ein Frequenzbereichsfilter 59 LPF filtert die Signale vor ihrer Übertragung durch den Radiofrequenzmodulator 14, 14B (2).
Beim Empfang werden die erhaltenen modulierten Symbole Smr im Demodulator 24 (2) demoduliert und kommen dann in die Demultiplexeranordnung FFT 25, die eine zu derjenigen umgekehrte Verarbeitung ausgeführt, die bei der Übertragung mit der Fouriertransformierten ausgeführt wurde. Die Anordnung 25 enthält in Serie (7):

– Einen Frequenzbereichsfilter 69,
– eine Abtastschaltung 63 mit dem Takt 1/T'c,
– ein Anordnung 66 zur Seriell-Parallel-Transformation, die N Nutzsymbole ausgibt und die folglich die KG während dem Schutzintervall erhaltenen Symbole nicht berücksichtigt,
– ein Anordnung 25 zur Berechnung einer direkten Fouriertransformierten, die eine Folge von Blöcken mit N Symbolen ausgibt.

Die Enden der Blöcke von N Symbolen werden vernachlässigt, um nur den Mittelteil mit Nc Symbolen Scr beizubehalten. Diese kommen in den Entmischer MIX-1 23, 23B (2) um entmischt zu werden.
11 zeigt die potenzielle Spektraldichte des übertragenen Signals unter Berücksichtigung der Frequenz. Die Kurven 701–70N entsprechen einem herkömmlichen System mit Spektrumsspreizung, gekennzeichnet durch ein aus schmalen Bändern gebildetes, jeweils auf die Frequenzen f1, f2 ... fN, voneinander mit einem Schutzband Δf getrennt, zentriertes Spektrum. Die Kurve 72 entspricht einem System nach der Erfindung, welches die Technik der Frequenzsprung-Spektrumsspreizung mit der Technik des mehrfachen orthogonalen Frequenzmultiplex, auf Mehrträgern übertragen, miteinander kombiniert. Die horizontale Stufe entspricht einer Frequenz Fn in Basisband, normiert in Bezug auf das Nutzband des Signals. Die vertikale Stufe entspricht der potenziellen Spektraldichte ausgedrückt in Dezibel. Man beobachtet, dass für ein herkömmliches System das Spektrum 70 mehrere schmale getrennte Bänder aufweist, um eine Trennung der Oszillatoren und folglich einen Verlust zu ermöglichen. Dagegen ist bei dem Mehrträgersystem nach der Erfindung das Spektrum 72 rechteckig, was zeigt, dass die übertragene Energie für alle Träger konstant im Nutzband des Signals bleibt. Man erzielt folglich eine bessere Verwendung des Übertragungskanals, was die Übertragungen zuverlässiger macht und die Komplexität der Empfangsschaltungen schmälert.
Das Schema des in 6 dargestellten OFDM-Multiplexers, der eine komplexere Version des Multiplexers FFT-1 15 der 2 ist, wird vorzugsweise genauso in einer Anwenderstation wie in einer Basisstation verwendet.
Die Übertragungskanäle können zu Fadings neigen, welche die erhaltenen Signale beeinträchtigen. Diese Fadings können im Frequenz- und/oder Temporalbereich auftreten. Es ist folglich wünschenswert, beim Empfang eine automatische Leistungssteuerung durchzuführen. Diese letztere kann allerdings umgänglich sein. Sie ist folglich in 8 gestrichelt dargestellt.
8 zeigt ein Schema des Empfangsteils einer Anwenderstation mit automatischer Leistungssteuerung AGC.
Die Nc jedem Träger zugeteilten Signale werden vorzugsweise mit einer AGC-Anordnung 631 63Nc ausgestattet.
Nach dem Entmischen durch die Entmischungsmittel 21 kommen die M·L Daten in Gruppen zu M Paketen mit L Daten heraus. Jedes Pakete bezieht sich auf einen Anwender U1, ... UM. Ein Paket mit L parallelen Daten wird von den Mittel der Parallel-Seriell-Transformation P/S 931–93M in L serielle Daten transformiert, die im Takt 1/Tc von den Abtastungsmitteln 921–92M abgetastet werden. Die Mittel 931–93M zum Trennen der Muster eines Pakets gibt es in dem Maße, in dem bei der Übertragung die umge kehrte Operation durchgeführt wurde. Schließlich ermöglichen die Entscheidungsmittel 901–90M die Bewertung der μ Übertragungssymbole ^Se1, ^SeM für jeden Anwender.
Ein Entscheidungsmittel 901–90M kann beispielsweise mit einer Anordnung zur Bestimmung des Mittelwerts E 95 in Serie mit einem Organ zur Entscheidung des Grenzwerts 97 (9) gebildet werden.
Die Kombination der Kodierung in Frequenzsprung-Spektrumsspreizung mit einer Modulation mit Mehrträgern im mehrfachen orthogonalen Frequenzmultiplex weist zahlreiche Vorteile auf.
Es ist nicht mehr notwendig, beim Empfang eine Synchronisation auf den Anfang jeder Mischungsequenz durchzuführen, wie die bekannte Technik es erfordert, wenn sie alleine verwendet wird. Dank der Verwendung einer Modulation mit Mehrträgern verfügt man über eine größere Freiheit bei der Selektion der Pseudo-Zufalls-Sequenzen.
Vorzugsweise verwendet man in Raster organisierte OFDM-Signale. Aufgrund der Tatsache, dass jede Anwenderstation über ein Raster verfügt, das ihr eigen ist, werden die Synchronisationsmechanismen beim Empfang vereinfacht. Außerdem ermöglicht die Verwendung eines Schutzintervalls pro Datenblock die Absorption aller Ungewissheiten, die sowohl aufgrund der Tatsache der Verzögerungen der variablen Propagation je nach den Distanzen Sender/Empfänger als auch aufgrund der Tatsache der Verzögerungen aufgrund der Mehrfachwege auftreten könnten. Insbesondere die Verzögerungen der Propagation sind mit dem Aktionsradius der Basisstation verbunden. Man stellt fest, dass das Vorhandensein des Schutzintervalls die Steigerung dieses Aktionsradius in Bezug auf die herkömmlichen Techniken zur Spektrumsspreizung ermöglicht, ohne die Komplexität des eingesetzten Materials zu steigern. Im Falle der herkömmlichen Technik müsste man zwangsläufig über einen komplexen Ausgleicher verfügen, um diese Probleme zu bewältigen.

Außerdem ist der Erfindung zufolge die Energie gleichmäßiger über den Kanal verteilt, was das System robuster gegen Fadings macht.

A/D =	A/D
SOUR. COD. =	Quellenkodierer
CHAN. COD. =	Kanalkodierer
MAPP =	Zuteilungsorgan
FH =	Übertragungsmittel
MOD =	Modulation
CHA =	Kanal
DEMOD =	Demodulation
DECOD CHAN. =	Kanaldekodierer DECOD
SOUR. =	Quellendekodierer
D/A =	D/A
MIX =	Gemisch
FFT =	schnelle Fouriertransformierte
GEN =	Generator
S/P =	Paketgruppierung

Claims

Sender mit: – Mitteln zum Kodieren in Spektrumsspreizung (10) für die Kodierung der zu sendenden Meldungen (Me) in Symbolen (Se) einer Modulation mit Mehrträgern in orthogonalen Frequenzen, – einem Mischer (13) für die Mischung der Symbole (Se) mit der Zuteilung an jedes Symbol von mindestens einer speziellen Frequenz der Modulation mit Mehrträgern, wobei die Zuteilung entsprechend einem Kode mit vordefiniertem Frequenzsprung periodisch geändert wird, – Mitteln zum Multiplexing (15) für die Verteilung der Symbole (Se) auf ihren spezifischen orthogonalen Frequenzen mit Hilfe einer umgekehrten Fourriertransformierten hinsichtlich der Ausgabe von kodierten zu sendenden Symbolen (Sce), multiplexiert entsprechend einer Modulation mit Mehrträgern in orthogonalen Frequenzen.
Sender nach Anspruch 1, in dem der Mischer (13B) enthält: – Mittel zum Abtasten (82₁ , ..., 82_M ) für die Abtastung der Symbole (Se) der Modulation, – Mittel zum Gruppieren (83₁ , ..., 83_M ) für die Gruppierung in Paketen mehrerer abgetasteter Symbole (Su₁, ..., Su_M), wobei ein Pakete eine Anzahl abgetasteter Symbole enthält, die größer oder gleich zu der Anzahl Symbole (Se₁–Se_M) der digitalen Modulation ist, woraus sie hervorgingen, – Mittel zum Mischen (11) für die Mischung der abgetasteten gruppierten Symbole, um so die Reihenfolge der abgetasteten Symbole gemäß einer Mischungssteuerung (SA), die für jedes abgetastete Symbol die Zuteilung durch Frequenzsprünge an eine Trägerfrequenz der Modulation mit Mehrträgern vorgibt.
Sender nach Anspruch 1 mit Mitteln zur Bildung von Signalrastern gekoppelt an die Mittel zum Multiplexing (15) für die Verbindung multiplexierter kodierter Symbole (Sce) gemäß einer Folge von Signalrastern.
Empfänger mit: – Mitteln zum Demultiplexing (25) für den Empfang demodulierter multiplexierter kodierter Symbole, und um eine direkte Fourriertransformierte auf sie anzuwenden, um die erhaltenen demodulierten Symbole (Scr) gemäß einer Modulation mit Mehrträgern in orthogonalen Frequenzen zu demultiplexen, – Mitteln zum Entmischen (23) zur Kombination der erhaltenen demultiplexierten Symbole (Scr) gemäß einem Kode mit vordefiniertem Frequenzsprung, – Dekodierungsmitteln (20) zum Dekodieren der erhaltenen Symbole (Scr), kodiert über eine Vielzahl von orthogonalen Trägerfrequenzen mit Hilfe einer Kodierung mit Frequenzsprung-Spektrumsspreizung und für die Entnahme der erhaltenen Symbole (Sr), die Punkte einer Modulation mit Mehrträgern darstellen.
Mehrträger-Frequenzsprung-Kommunikationssystem mit Spektrumsspreizung im Mehrfachzugriff mit mindestens einem Sender und mindestens einem Empfänger, die miteinander über Übertragungskanäle (CHA) kommunizieren, wobei der Sender Anspruch 1 und der Empfänger Anspruch 4 entspricht.
Basisstation in einem System nach Anspruch 5, die einen Sender nach Anspruch 1 enthält.
Basisstation in einem System nach Anspruch 5, die einen Empfänger nach Anspruch 4 enthält.
Sendeverfahren mit: – Einem Kodierungschritt mit Spektrumsspreizung (10) zum Kodieren der zu sendenden Meldungen (Me) in Symbolen (Se) einer Modulation mit Mehrträgern in orthogonalen Frequenzen, – einem Mischschritt (13) zum Mischen der Symbole (Se) mit der Zuteilung an jedes Symbol von mindestens einer speziellen Frequenz der Modulation mit Mehrträgern, wobei die Zuteilung entsprechend einem Kode mit vordefiniertem Frequenzsprung periodisch geändert wird, – einem Schritt des Multiplexing (15) zum Verteilen der Symbole (Se) auf ihren spezifischen orthogonalen Frequenzen mit Hilfe einer umgekehrten Fourriertransformierten hinsichtlich der Ausgabe von kodierten zu sendenden Symbolen (Sce), multiplexiert entsprechend einer Modulation mit Mehrträgern mit orthogonalen Frequenzen.
Empfangsverfahren mit: – Einem Schritt des Demultiplexing (25) für den Empfang demodulierter multiplexierter kodierter Symbole, und um eine direkte Fourriertransformierte auf sie anzuwenden, um die erhaltenen demodulierten Symbole (Scr) gemäß einer Modulation mit Mehrträgern in orthogonalen Frequenzen zu demultiplexen, – einem Schritt zum Entmischen (23) zur Kombination der erhaltenen demultiplexierten Symbole (Scr) gemäß einem Kode mit vordefiniertem Frequenzsprung, – einem Dekodierungsschritt (20) zum Dekodieren der erhaltenen Symbole (Scr), kodiert über eine Vielzahl von orthogonalen Trägerfrequenzen mit Hilfe einer Kodierung mit Frequenzsprung-Spektrumsspreizung und für die Entnahme der erhaltenen Symbole (Sr), die Punkte einer Modulation mit Mehrträgern darstellen.