DE69937178T2

DE69937178T2 - Spreizspektrumübertragungssystem mit einer gefilterten Mehrträgermodulation

Info

Publication number: DE69937178T2
Application number: DE69937178T
Authority: DE
Inventors: Emmanuel Lemois; Fabien Buda; Joel Richard
Original assignee: Alcatel Lucent SAS
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1998-10-16
Filing date: 1999-10-15
Publication date: 2008-06-26
Anticipated expiration: 2019-10-16
Also published as: CA2285164A1; ATE374488T1; US6680966B2; EP0994613B1; FR2784821A1; DE69937178D1; IL132211A0; EP0994613A1; US20030215001A1; FR2784821B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Funkübertragung und spezieller das Gebiet der militärtaktischen Übertragung. Die Übertragung einer solchen Art muss in der Lage sein, zusätzlich zu den Randbedingungen der herkömmlichen Funkübertragung weitere Randbedingungen zu erfüllen; sie muss auf zahlreichen Arten von Übertragungskanälen und insbesondere auf frequenzselektiven Kanälen implementiert werden können. Sie muss diskret sein und sie muss Störungen so gut wie möglich widerstehen. Schließlich ist es für Übertragungen dieses Typs erforderlich zu garantieren, dass das System robust bezüglich der Erlangung und Aufrechterhaltung der Synchronisation ist.
Um Störungen zu widerstehen, ist es bekannt, Spektrum-Spreiz-Verfahren einzusetzen. Diese Verfahren werden zum Beispiel von M.K. Simon et al. in "Spread spectrum communications", veröffentlicht von Computer Sciences Press, 1988, beschrieben. Eines der Probleme bei solchen Spreiz-Verfahren ist, dass wenn die Spreizung der Signale rückgängig gemacht wird, ein Teil der Energie des Störers in Form von Rauschen wiedergewonnen wird. Dies kann bei Störern mit sehr hoher Leistung ein Problem sein.
Ein weiteres Problem bei Spreiz-Verfahren ist, dass die übliche Annahme, der Übertragungskanal sei störungsfrei, nicht mehr für das breite Band eines gespreizten Signals gilt. Lösungen dieses Problems wurden bereits vorgeschlagen, und der als "Rake"-Empfänger bekannte Empfänger macht es insbesondere möglich, Störungen durch mehrere Wege des gespreizten Signals zu beseitigen. Diese Technik wird zum Beispiel von John P. Proakis in "Digital communications", dritte Auflage, herausgegeben von McGraw-Rill International Editions, Electrical Engineering Series, 1995, beschrieben.
1 ist ein Blockdiagramm eines bekannten Spreiz-Verfahrens. Die Symbole S_i des Signals der Periodendauer T werden anfangs überabgetastet, bevor sie mit einer Codierungs-Sequenz, z. B. einer Sequenz P_N von pseudozufälligem Rauschen, multipliziert werden. Die Chips c_i,j der Periodendauer T/N werden dann über den Kanal übertragen. Beim Empfang wird die Synchronisation durchgeführt, wozu die Selbst-Korrelations-Eigenschaften der Sequenz P_N verwendet werden, wonach es möglich ist, die empfangenen Chips c ^_i,j mit der Sequenz P_N zu multiplizieren, um die geschätzten Symbole S ^_i zu erhalten.
Ein Signal, welches ein Frequenzband 2B belegt, wird in ein Signal gespreizt, das ein Frequenzband 2NB belegt. 2 zeigt das Aussehen des anfänglichen Spektrums der Symbole als gestrichelte Linie und das Aussehen des Spektrums nach der Spreizung als durchgezogene Linie.
Für Modems, die eine Vielzahl von Spreizungs-Modi haben, der Art, die in militärtaktischen Übertragungssystemen benutzt werden, ist es üblich, zwei verschiedene Arten von Entzerrungs-Algorithmen vorzuschlagen. Ein erster Typ von Algorithmus wird für nicht gespreizte Signale verwendet, während ein anderer Typ von Algorithmus, z. B. der in einem "Rake"-Empfänger implementierte Algorithmus, für gespreizte Signale benutzt wird.
Es ist auch bekannt, eine Mehrträger-Übertragung unter Verwendung der Spektrum-Spreizung durchzuführen, wie in 3 gezeigt. Wie in 1 werden die Symbole S_i überabgetastet und dann mit der Sequenz P_N multipliziert; die Chips werden jedoch nicht direkt über den Kanal gesendet, wie im Fall von 1, sondern sie werden gedemultiplext und über eine Vielzahl von Unterträgern verteilt; die Chips dki für die Übertragung auf Unterträger k werden darauf moduliert, indem sie mit exp(2jπf_kt) multipliziert werden. Die modulierten Unterträger werden dann aufsummiert, bevor sie über den Kanal gesendet werden. Beim Empfang ist es erforderlich, die Zeit- und Frequenz-Synchronisation der verschiedenen Unterträger durchzuführen, um es zu ermöglichen, dass die verschiedenen Chips in Phase rekonstruiert werden können. Danach können die Chips auf jedem Unterträger wiedergewonnen und dann neu gemultiplext werden, wonach der Ablauf derselbe ist wie zum Empfang in dem Diagramm in 1. Ein Beispiel für eine solche Technik wird von A. Chouly et al. in "Orthogonal multicarrier techniques applied to direct sequence spread spectrum CDMA systems", Globecom 1993, Seite 1723-1728 angegeben.
In zivilen Anwendungen, bei denen Diskretion kein Problem ist, sind Synchronisations-Lösungen bekannt. Zur Zeitsynchronisation ist es möglich, das Signal von Zeit zu Zeit anzuhalten und dann am Empfänger eine Hüllkurvengleichrichtung durchzuführen. Zur Frequenzsynchronisation am Empfänger ist es möglich, zu bestimmten Zeiten einen Unterträger mit größerer Leistung zu senden oder alle Unterträger bis auf einen zu einem gegebenen Zeitpunkt abzuschalten. Solche Lösungen haben den Vorteil, dass sie einfach zu implementieren sind. Sie erfüllen jedoch nicht die Anforderungen an die Diskretion, die für militärische Systeme gelten. Zusätzlich dazu sind sie nicht geeignet, um sich von Störungen zu befreien.
Wenn das Verfahren der Mehrträgermodulation mit zyklischer Erweiterung verwendet wird, ist es in manchen Fällen auch möglich, bekannte Algorithmen zu verwenden, die es ermöglichen, die Frequenz und die Taktrate aus den Unterträgern wiederzugewinnen. Zusätzlich zu ihrem spezifischen Charakter arbeiten diese Lösungen nicht bei kleinen Signal-Rauschverhältnissen, die typisch für eine Spektrum-Spreizung sind.
Auf herkömmliche Weise können die Funktionen des Demultiplexens, der Modulation der Unterträger und der Addition der modulierten Unterträger durch die Fast-Fourier-Transformation durchgeführt werden, wie durch die geschweifte Klammer in 3 dargestellt. Als Ergebnis erhält man Kardinalsinus-(sinc)-Unterträger der Breite 2N/MT im Abstand von N/MT, wobei dieselbe Notation verwendet wird.
4 zeigt mit gestrichelten Linien das Spektrum des gespreizten Mehrträger-Signals, das man in einem Schaltkreis des in 3 gezeigten Typs erhält; die Frequenz ist auf der Abszisse aufgetragen, die in Vielfache von 2NB/M unterteilt ist. Die Ordinate gibt die spektrale Leistungsdichte in dB an. Man erhält ein Spektrum, das aus M Bögen der Einheitsbreite 2NB/M besteht, wobei M die Anzahl der Unterträger ist. Wie man in der Figur sehen kann, überlappen sich die Bögen. Eine geeignete Wahl des Wertes M, der die Anzahl von Unterträgern ergibt, ermöglicht es, jeden Unterträger unter Bedingungen zu senden, bei denen die Annahme eines störungsfreien Kanals erfüllt ist. Dies macht es möglich, die Entzerrungs-Probleme zu vermeiden, die bei Spreizungs-Verfahren auftreten.
R. Vallet und K. Haj Taieb machen in "Spaced multicarrier modulation, special issue an multicarrier communication", veröffentlicht von der Ecole Nationale supérieure des télécommunications, 1994, den Vorschlag einer digitalen Implementation eines Mehrträgermodulationsverfahrens unter Verwendung einer QAM-Modulation und einer Impulsformungs-Funktion mit einem Nyquist-Filter. In dem Beitrag wird vorgeschlagen, eine Fast-Fourier-Transformation einem Polyphasen-Filter zuzuordnen. Eine solche Lösung unter Verwendung von gefilterten Mehrträgern setzt weiterhin eine Synchronisation voraus, die weder diskret noch robust ist, wie oben erläutert.
Im Dokument "Multicarrier DS CDMA systems in the presence of partial band interference" 1994 MILCOM. CONFERENCE RECORD KONDO S ET AL. wird ein Mehrträger-Signalisierungsverfahren für ein CDMA–System mit direkter Sequenz offen gelegt, das einen Unterdrückungs-Effekt für Schmalband-Störungen hat, ohne dass die RAKE-Struktur oder Störunterdrückungs-Filter benutzt werden.
In der Patentanmeldung WO99/14878 , die vor dem Rangfolge-Datum der vorliegenden Erfindung eingereicht, aber danach veröffentlicht wurde, wird ein Verfahren zum Senden von Daten in einem Mehrträger-CDMA-Kommunikationssystem offen gelegt.
Die Erfindung schlägt eine Lösung des Problems der Synchronisation von Unterträgern in einem Spreizspektrum-Mehrträger-Übertragungssystem für militärische Anwendungen vor. Es ermöglicht es, die Anforderungen an die Diskretion, die bei militärischen Anwendungen gestellt werden, zu erfüllen.
Mit Differenz-Modulation ermöglicht es die Erfindung, die durch die Differenz-Modulation verursachte Rekombinations-Dämpfung zu begrenzen und dabei eine geeignete Widerstandsfähigkeit gegen Störungen beizubehalten.
Präziser stellt die Erfindung ein Spreizspektrum-Übertragungssystem mit Mehrträgermodulation gemäß Anspruch 1 bereit.
In einer Ausführung werden die verschiedenen Unterträger einer kohärenten Modulation unterzogen, und jeder Unterträger überträgt eine Anzahl von Chips, die sich aus der Spreizung eines einzelnen Symbols ergeben und deren Anzahl ausreicht, es zu ermöglichen, dass die verschiedenen Unterträger in eine Phasen-Ausrichtung gebracht werden, indem Chips, die von einem einzelnen Symbol auf jedem Unterträger kommen, rekombiniert werden.
In einer anderen Ausführung werden die verschiedenen Unterträger einer Differenz-Modulation unterzogen, und jeder Unterträger überträgt eine Anzahl von Chips, die sich aus der Spreizung eines einzelnen Symbols ergeben und deren Anzahl ausreicht, eine Widerstandsfähigkeit gegen Störungen zu bieten, indem die durch die Differenz-Modulation verursachte Rekombinations-Dämpfung begrenzt wird.
Zweckmäßigerweise werden die Signale durch Tiefpassfilter gefiltert, die sicherstellen, dass die Spektren der Unterträger getrennt bleiben.
Die Signale können durch Nyquist-Root-Filter gefiltert werden.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden deutlich, wenn man die folgende Beschreibung von Ausführungen der Erfindung, die als Beispiel angegeben werden, in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen liest, in denen:
1 ein Blockdiagramm eines bekannten Spreiz-Verfahrens ist;
2 das Aussehen der Spektren in der Vorrichtung aus 1 zeigt;
3 ein Blockdiagramm eines Übertragungsverfahrens ist, das mehrere Träger und Spektrum-Spreizung verwendet;
4 das Aussehen der Spektren in der Vorrichtung aus 1 zeigt;
5 ein Blockdiagramm ist, das die Sender-Mittel eines Übertragungssystems zeigt, das die Erfindung implementiert;
6 bis 8 Diagramme darstellen, die zeigen, wie Chips über die verschiedenen Unterträger verteilt sind;
9 ein Blockdiagramm der Empfänger-Mittel in dem System aus 5 zur kohärenten Demodulation ist;
10 ein Augendiagramm in einem Übertragungssystem der Erfindung ist;
11 ein Blockdiagramm von Sender-Mitteln in einem Übertragungssystem der Erfindung mit zwei aufeinanderfolgenden Stufen der Spreizung ist; und
12 ein Graph ist, der die Rekombinations-Dämpfung für den Fall der QPSK-Modulation zeigt.
Die Erfindung schlägt vor, in einem Spreizspektrumübertragungssystem die herkömmliche Mehrträgermodulation, wie mit Bezug auf 3 beschrieben, durch eine gefilterte Mehrträgermodulation zu ersetzen. Eine geeignete Verteilung von Chips über die verschiedenen Unterträger macht es dann möglich, Empfangs-Synchronisations-Algorithmen unabhängig auf jedem der Unterträger zu implementieren.
5 ist ein Blockdiagramm eines Spreizspektrumübertragungssystems, das die Erfindung implementiert. Wie 3 zeigt dieses Diagramm Eingangs-Symbole S_i. Diese Symbole sind typischerweise reelle oder komplexe Symbole einer linearen Modulation, wie einer Phasenumtastung mit M Zuständen (M-PSK) oder einer quadratischen Amplitudenmodulation mit M Zuständen (M-QAM). Die empfangenen Symbole S_i werden überabgetastet, wie durch 2 in der Figur dargestellt, und sie werden dann mit einer Spreizungs-Sequenz P_N multipliziert, um Chips c_i,j zu erhalten, wie durch 4 in der Figur gezeigt. Die Bezeichnung P_N bedeutet nicht, dass die Spreizungs-Sequenz eine Länge hat, die mit der Periodendauer eines Symbols identisch ist. Sie kann sich über eine Vielzahl von Symbolen erstrecken, oder sie kann eine Länge haben, die kürzer ist als die Periodendauer eines Symbols.
Die Chips werden dann gedemultiplext, d.h. sie werden auf die verschiedenen Unterträger verteilt, wie an 6 in der Figur durch die Chips dik symbolisiert und wie weiter unten detaillierter erklärt. Die Anzahl der Unterträger, über die ein Symbol verteilt wird, kann variieren, und der Exponent k bedeutet nicht, dass ein Symbol über alle M Unterträger verteilt wird.
In der Erfindung werden die Chips dik zur Übertragung über jeden der verschiedenen Unterträger gefiltert, wie durch 8_k in der Figur dargestellt. Die Filterung ist typischerweise eine Raised-Cosine-Root- oder Nyquist-Root-Filterung.
Allgemeiner ist es möglich, jede Form der Filterung zu benutzen, die es ermöglicht, die spektrale Form jedes Unterträgers zu bestimmen, um die Bandbreite jedes Unterträgers zu begrenzen und um sicherzustellen, dass die Spektren der Unterträger getrennt bleiben. Das Filter hat auch die Funktion, Störungen zwischen den Symbolen zu vermeiden. Die Filterung macht es auch möglich, die Zeitsynchronisation auf jedem Unterträger durchzuführen, wie weiter unten erläutert wird.
Bezeichnet man die Trägerfrequenzen mit f_k, 0 ≤ k ≤ M-1, ist es vorteilhaft, ein Filter so auszuwählen, dass die von den Filtern verursachte Dämpfung bei der Frequenz (f_k + f_k-1)/2 einen typischen Wert von 30 dB erreicht. Ein solcher Wert macht es möglich, den auf einem gegebenen Unterträger durch die benachbarten Unterträger erzeugten Störpegel auf einen Pegel zu begrenzen, der die Synchronisation der Unterträger möglich macht.
Das Ergebnis kann überprüft werden, z.B. durch Abschalten eines Unterträgers und Messen der Energie im Band des abgeschalteten Unterträgers. Es ist auch möglich zu überprüfen, dass die Unterträger-Synchronisation möglich ist, z.B. durch Ändern der Filter und Messen der Bitfehlerraten. Ein Anstieg der Fehlerrate bedeutet, dass die Synchronisation falsch ist.
Die gefilterten Chips für jeden der Unterträger werden dann auf jedem der Unterträger gesendet, wie in der Figur durch die Multiplizierer 10_k gezeigt, welche die gefilterten Chips mit exp(2jπf_kt) multiplizieren. Die modulierten Unterträger werden dann aufsummiert, und die Summe s(t) wird über den Kanal übertragen, wie durch 12 in der Figur dargestellt.
Die Erfindung hat das Ziel, die Art und Weise, in der die Chips für jedes Symbol über die verschiedenen Unterträger verteilt werden, so auszuwählen, dass beim Empfang eine kohärente Rekonstruktion der Symbole möglich ist, sogar wenn die Zeit- und Frequenzsynchronisation für jeden der Unterträger fehlt. Jede der 6 bis 8 ist eine grafische Darstellung, die eine Möglichkeit zur Verteilung von Chips über die verschiedenen Unterträger zeigt. Die drei grafischen Darstellungen der Figuren liegen in der Zeit-Frequenz-Ebene, wobei die Zeit zur Abszisse und die Frequenz zur Ordinate gehört. Die verschiedenen Chips werden in dieser Ebene als Kreise dargestellt, jeder in einer Farbe, die das Symbol darstellt, zu dem er gehört. In der Figur ist jedes Symbol über vier Chips gespreizt, und es werden acht Symbole berücksichtigt. 6 zeigt eine Verteilung der Chips über die verschiedenen Unterträger, in der alle Chips eines gegebenen Symbols zum gleichen Zeitpunkt über eine Vielzahl unterschiedlicher Unterträger verteilt sind. 7 zeigt eine Verteilung, in der die Chips jedes Symbols alle vom selben Unterträger übertragen werden, aber zu verschiedenen Zeitpunkten. 8 zeigt eine Zwischensituation, in der die verschiedenen Chips eines gegebenen Symbols zu verschiedenen Zeitpunkten über zwei Unterträger verteilt sind.
Wie unten erläutert, schlägt die Erfindung vor, mindestens einige der Chips eines gegebenen Kanals auf demselben Unterträger zu gruppieren. Im Extremfall ist es möglich, alle Chips eines bestimmten Symbols zusammen auf einem einzigen Unterträger zu gruppieren, wie in 7 gezeigt. Es ist auch möglich, wie in 8 gezeigt vorzugehen.
Indem man die Chips eines Symbols auf demselben Unterträger gruppiert, ist es möglich, die Chips zu rekombinieren, ohne dass es erforderlich ist, die verschiedenen Unterträger zu synchronisieren. Die Chips desselben Symbols, wie sie über denselben Unterträger gesendet werden, unterliegen beim Empfang alle denselben Phasenverschiebungen, so dass sie rekombiniert werden können, ohne dass die Phasenverschiebung bekannt ist. Bezeichnet man die Spreizungs-Sequenz mit P_N, erhält man den Teil des Symbols, der auf dem Unterträger der Ordnung k empfangen wird, durch Rekombination der Chips, mit folgender Formel:
wobei S ^ki der Schätzwert des Teils des Symbols S_i ist, der über den Unterträger der Ordnung k übertragen wird, d ^ki,m die Chips repräsentiert, die auf dem Unterträger der Ordnung k empfangen werden, und N' die Rekombinations-Länge repräsentiert, d.h. die Anzahl von Chips für ein gegebenes Symbol, die über denselben Unterträger gesendet werden. N' ≤ N, und der Wert von N' kann in der unten erläuterten Weise festgesetzt werden.
9 ist ein Blockdiagramm von Empfänger-Mitteln für das System in 5, wenn eine kohärente Demodulation benutzt wird. Der Eingang des Empfängers empfängt die Chips r(t), wie sie über den Kanal gesendet wurden. Jeder Unterträger wird demoduliert, wie in der Figur durch 14 dargestellt, um die empfangenen Chips wiederzugewinnen. Die Chips werden durch ein Impulsformungs-Filter gefiltert, das typischerweise zu dem bei der Übertragung benutzten Filter passt. Die gefilterten Signale d ^ki werden unabhängig auf jedem Unterträger synchronisiert. Zu diesem Zweck ist es möglich, Algorithmen und Lösungen zu verwenden, die bereits für Übertragungssysteme mit einem Träger bekannt sind. Wenn die Synchronisation erzielt wurde, werden die Chips, die von denselben Symbolen kommen, durch Anwendung der oben angegebenen Formel (1) auf jedem Unterträger rekombiniert. Referenznummer 16 in der Figur zeigt den Block zum Synchronisieren und zum Empfang von Symbolen, wobei der Block für jedes Symbol einen Wert
bereitstellt, wobei i der Index für das Symbol und k der Index für den Unterträger ist. Dieser Wert ist für die Summe der Chips eines Symbols S_i repräsentativ, die über den Unterträger der Ordnung k übertragen werden.
Die Beiträge jedes Unterträgers zu einem gegebenen Symbol werden dann, nachdem sie in 18 wieder zusammengesetzt wurden, in 20 in der Figur rekombiniert, um einen Schätzwert S ^_i für jedes empfangene Symbol zu erhalten. Die verschiedenen Teile eines Symbols, die von den verschiedenen Unterträgern kommen, werden rekombiniert, wobei die Phasenverschiebung jedes Unterträgers berücksichtigt wird. Das Vorhandensein einer minimalen Anzahl von Chips vom selben Symbol auf jedem Unterträger macht es dennoch möglich, auf jedem Unterträger eine ausreichende Energie zu erhalten, um die Implementation von Algorithmen zu ermöglichen, um Phasenverschiebungen zwischen den verschiedenen Unterträgern zu bestimmen. Anders ausgedrückt ermöglicht es die Erfindung durch die Art und Weise, wie Chips zusammen gruppiert werden, die Phasen verschiedener Träger auszurichten. Da die Chips jedoch auf die Unterträger aufgeteilt werden, bieten sie eine gute Diskretion und eine gute Widerstandsfähigkeit gegen Störungen.
Somit machen es die Filterung von Signalen für jeden Unterträger und die gewählte Art der Verteilung der Chips auf die Unterträger möglich, beim Empfang jeden der Unterträger zu synchronisieren und die verschiedenen Unterträger in Phase zu bringen.
10 ist ein Augendiagramm, das die Wirkungen der Filterung der Erfindung zeigt. Das Augendiagramm der Figur entspricht der Übertragung von 64 Unterträgern im orthogonalen Frequenzmultiplex (OFDM) mit einer Symbolzeit von T. Es wird ein Auge für den Fall von vier Abtastwerten pro Symbol gezeigt. Die gepunkteten Linien zeigen das Augendiagramm ohne Filterung, während die dicken Linien das Augendiagramm nach der Filterung durch ein Raised-Cosine-Root-Polyphase-Filter mit einem Rolloff-Faktor von 0,5 T über 9 T zeigen. Man kann in der Figur sehen, dass das Augendiagramm ganz offen ist, wenn eine Filterung verwendet wird, wodurch eine effektive Zeitsynchronisation eines Unterträgers möglich gemacht wird.
Die Anzahl von Chips desselben Symbols, die für die Übertragung über einen gegebenen Unterträger gewählt werden sollte, ist von der speziellen Implementation der Erfindung abhängig, und insbesondere:

• vom Signal-Rauschverhältnis;
• von der verwendeten Demodulation;
• von der gewünschten Wirksamkeit gegen Störungen;
• von der gewünschten Diskretion; und
• von der Datenrate.

Unter sonst gleichen Bedingungen verringert sich die Anzahl von Chips desselben Symbols, die über denselben Unterträger übertragen werden müssen, wenn das Signal-Rauschverhältnis steigt; diese Anzahl verringert sich, wenn es gewünscht ist, eine verbesserte Wirksamkeit gegen Störungen zu erhalten, insofern die Störungen einen gegebenen Unterträger betreffen.
Vom Standpunkt der Diskretion ist das System diskreter, wenn die Energie jedes über einen Unterträger übertragenen Chips klein ist. Trotzdem ist es für die Chips desselben auf demselben Unterträger rekombinierten Symbols wichtig, dass sie eine ausreichende Energie haben. Als Folge davon erhöht sich unter sonst gleichen Bedingungen die Anzahl von Chips desselben Symbols auf einem gegebenen Unterträger mit steigender Diskretion. Benutzt man folgende Bezeichnungen:

E_C: für die Chip-Energie;
E_S: für die Energie der Chips desselben Symbols, die über denselben Unterträger übertragen werden; und
N₀: für das Rauschen auf einem Träger, gilt folgende Gleichung:

_C

₀

_S

₀

S ^ki

Die Anzahl von Chips desselben Symbols auf demselben Unterträger ändert sich auch als Funktion der Datenrate. Ein Anstieg der Datenrate macht das System weniger empfindlich gegen Phasenrauschen und macht es möglich, die Anzahl von Chips desselben Symbols auf demselben Unterträger zu verringern, die erforderlich sind, um die Phasen-Ausrichtung sicherzustellen.
Das Ergebnis, die Kapazität zur Phasen-Ausrichtung der verschiedenen Teile eines Symbols, die von verschiedenen Unterträgern kommen, kann direkt mit herkömmlichen Mitteln zur Bewertung der Leistungsfähigkeit einer Verbindung überprüft werden, die einem Fachmann gut bekannt sind, wodurch ein Qualitäts-Faktor oder eine Bitfehlerrate angegeben wird. Unter sonst gleichen Bedingungen macht es die Variation der Anzahl von Chips desselben Symbols pro Träger möglich, durch Messung der Leistungsfähigkeit festzustellen, ob das System in Betrieb ist.
Das Beispiel in 11 zeigt eine einfache Art der Aufteilung von Chips desselben Symbols auf verschiedene Unterträger. Es ist ein Blockdiagramm, das Sender-Mittel eines Übertragungssystems der Erfindung zeigt: Die Spreizung wird darin in zwei Stufen durchgeführt. In einer ersten Stufe werden die Symbole einer ersten Spreizung unterzogen, und sie werden in Sequenzen auf den verschiedenen Unterträgern aufgeteilt. Danach werden auf jedem Unterträger die Symbole einer zweiten Spreizung unterzogen, für jeden Unterträger Sequenz für Sequenz. 11 zeigt dieselben Elemente wie
5. Die um einen Faktor N in Chips S kj gespreizten Symbole werden vom Demultiplexer 6 auf die verschiedenen Unterträger aufgeteilt und dann erneut mit einem Faktor L in den Überabtastern 5_k überabgetastet, und sie werden ein zweites Mal gespreizt, indem sie mit einer zweiten Spreizungs-Sequenz P_L in den Multiplizierern 7_k multipliziert werden, um Chips dki auf jedem Unterträger k zu erhalten. Die auf diese Weise erhaltenen Chips werden dann gefiltert, wie in der Ausführung von 5.
In dem Schaltkreis in 11 wird jedes Symbol durch Kombination von zwei aufeinander folgenden Spreizungs-Stufen einer Spreizung über N × L Chips unterzogen. Dieser Schaltkreis garantiert, dass jeder Unterträger mindestens L aufeinander folgende Chips desselben Symbols hat. Das Verhältnis zwischen N und L kann sich abhängig von der Implementation der Erfindung ändern, wie oben erläutert. Man kann feststellen, dass in diesem Fall die zweite Spreizung über die verschiedenen Unterträger auch mit Sequenzen durchgeführt werden kann, die sich als Funktion des Unterträgers voneinander unterscheiden.
Dies macht es leicht, die minimale Anzahl von Chips jedes Symbols in einem Unterträger zu kontrollieren.
In der oben angegebenen Beschreibung wurde nur die kohärente Modulation berücksichtigt. Die Verwendung einer Differenz-Modulation macht es möglich, das Problem von Phasenverschiebungen zwischen den verschiedenen Unterträgern zu beseitigen; trotzdem hat es eine Rekombinations-Dämpfung zur Folge, wie unten beschrieben. Für die Differenz-Modulation der über jeden Kanal gesendeten Chips kann ein Schaltkreis derselben Art verwendet werden, wie der in 9 gezeigte. Anstelle der Aufsummation der Chips desselben Symbols auf demselben Träger werden jedoch die Beiträge, die durch das Produkt eines Chips, multipliziert mit dem konjugiert Komplexen des vorherigen Chips, gegeben sind, aufsummiert. Mit anderen Worten wird die Differenz-Modulation vor der Aufsummation der Chips durchgeführt.
Es ist auch möglich, die Differenz-Modulation und Demodulation nicht wie oben erwähnt auf den über jeden Unterträger übertragenen Chips durchzuführen, sondern auf Blöcken von Chips und zum Beispiel auf den Chips, die sich aus der ersten Spreizung im Schaltkreis der 11 ergeben, wie im Folgenden erläutert wird.
Als Beispiel betrachten wir Symbole S_i, die nach einer ersten Stufe der Spreizung auf Unterträger verteilt werden, wobei ein Unterträger der Ordnung k den Teil Ski des Symbols S_i überträgt. Die Anzahl der Unterträger, über die ein Symbol verteilt wird, kann variieren, und der Index k bedeutet nicht, dass ein Symbol über alle M Unterträger verteilt wird. Die aus der ersten Stufe der Spreizung oder aus der Verteilung des Symbols auf die Unterträger resultierenden Chips Ski werden dann einer Differenz-Codierung unterzogen, die einen differenzmodulierten Chip Dki liefert, wobei: Dki = Ski × Dki-1 *
Die Chips aus der ersten Stufe der Spreizung werden nach der Differenz-Modulation einer zweiten Stufe der Spreizung durch eine Sequenz P_k unterzogen, die vom Unterträger abhängen kann, wobei sich die Sequenz zweckmäßigerweise über eine Vielzahl von Chips Ski oder Dki erstreckt, die sich aus der ersten Stufe der Spreizung ergeben.
Bezeichnet man das j-te Element der Spreizungs-Sequenz P_k mit P_k,j, werden die Chips c_i,j ^k über den Unterträger k übertragen, wobei:
Die Chips, die sich aus der zweiten Stufe der Spreizung ergeben, werden über den Unterträger übertragen, und sie werden vom Empfänger auf jedem Unterträger empfangen, und ihr Wert wird auf c ^ki,j geschätzt. Nach der Filterung wird der geschätzte Wert D ^ki berechnet, der wie folgt gegeben ist:
Danach wird die Differenz-Demodulation der D ^ki durchgeführt, wozu folgende Beziehung verwendet wird:
Diese Differenz-Demodulation verursacht eine Rekombinations-Dämpfung, wobei die Dämpfung eine Funktion des verwendeten Spreizungs-Faktors ist. Genauer gesagt ist, wenn man die Bezeichnung N für den Spreizungs-Faktor der ersten Stufe der Spreizung und L für den Spreizungs-Faktor der zweiten Stufe der Spreizung verwendet, wie oben angegeben, die Rekombinations-Dämpfung eine ansteigende Funktion des Spreizungs-Faktors N, mit anderen Worten der Anzahl von Unterträgern, über die das Symbol verteilt wird.
Für die Differenz-Modulation und unter Verwendung der Bezeichnung:

E_C: für die Energie eines Chips;
E_S: für die Energie der Chips desselben Symbols, die über denselben Unterträger übertragen werden; und
N₀: für das Rauschen auf einem Träger, gilt folgende Gleichung:

Hierbei ist L wie in dem Schaltkreis in 11 die Anzahl der Chips desselben Symbols, die sich auf einem gegebenen Unterträger befinden.
Die durch die Differenz-Modulation und Demodulation verursachte Rekombinations-Dämpfung ist eine Funktion des Verhältnisses E_S/N₀. Für den Fall der QPSK-Modulation ist das Aussehen der entsprechenden Funktion in 12 gezeigt, wobei die Abszisse in dB unterteilt ist und den Wert E_S/N₀ darstellt. Die Ordinate ist auch in dB unterteilt und stellt die Rekombinations-Dämpfung dar. Man kann in der Figur sehen, dass die Rekombinations-Dämpfung eine fallende Funktion des Verhältnisses E_S/N₀ ist, d.h. für ein konstantes E_C/N₀ und für ein konstantes Produkt N.L ist sie eine ansteigende Funktion der Anzahl N.
Die für N und L gewählten Werte müssen, wenn die Differenz-Modulation verwendet wird, die folgenden Bedingungen erfüllen:

• Ein Anstieg des Wertes des ersten Spreizungs-Faktors N erhöht die Rekombinations-Dämpfung für eine konstante Energie für ein Symbol S_i und für konstantes L; und
• Ein Anstieg des Wertes des ersten Spreizungs-Faktors N und somit eine entsprechende Verringerung des zweiten Spreizungs-Faktors L bewirkt eine Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegen Störungen. Die Gruppierung der Chips eines Symbols auf einem einzigen Unterträger oder auf einer kleinen Zahl von Unterträgern macht das Übertragungssystem empfindlich gegen Störungen auf einem gegebenen Unterträger.

Wie bei der kohärenten Modulation ist das gewählte Verhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Spreizungs-Faktor, d.h. die Anzahl der Chips eines gegebenen Symbols, die zur Übertragung auf demselben Unterträger ausgewählt wurde, ein Kompromiss zwischen Widerstandfähigkeit gegen Störungen und Rekombinations-Dämpfung. Es ist daher schwierig, einen numerischen Wert für dieses Verhältnis anzugeben, das auch von folgendem abhängig ist:

• vom Signal-Rauschverhältnis;
• von der verwendeten Demodulation;
• vom gewünschten Grad der Wirksamkeit gegen Störungen;
• vom gewünschten Grad der Diskretion; und
• von der Datenrate.

Wie oben kann das zu erhaltene Ergebnis sofort von einem Fachmann bewertet werden.
Die Erfindung kann auch durch andere Vorrichtungen als die in den Figuren gezeigten implementiert werden. Für die Übertragung ist es möglich, eine inverse Fourier-Transformation zu verwenden, auf die ein Polyphasen-Filter zur Filterung der für jeden Unterträger bestimmten Signale, die Unterträger-Modulation und die Aufsummation der Signale der verschiedenen Unterträger folgt. Auf ähnliche Weise ist es beim Empfang möglich, ein Polyphasen-Filter zu verwenden, auf das eine Fourier-Transformation folgt, um die Signale auf jedem der Unterträger wiederherzustellen und die Empfangsfilterung durchzuführen.
Natürlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebenen und gezeigten Ausführungen begrenzt, sondern im Rahmen der Sachkunde eines Fachmanns sind zahlreiche Varianten möglich. In den oben beschriebenen Ausführungen bedeutet die für die Spreizungs-Sequenzen verwendete Bezeichnung nicht, dass diese Sequenzen die Länge von N oder L Chips haben. Im Gegenteil kann eine Spreizungs-Sequenz länger oder kürzer sein, d.h. sie kann eine Vielzahl von Symbolen oder weniger als ein Symbol abdecken. Fig. 1

Filtering Filterung

2

Demux

Demultiplexer

Power spectral density	Spektrale Leistungsdichte
Frequency	Frequenz

Filter	Filter
Demux	Demultiplexer

6
7
8

Filter	Filter
Synchro	Synchronisation
Carrier recombination	Träger-Rekombination
Mux	Multiplexer
Recombination	Rekombination

Path 1	Pfad 1
Filtered	Gefiltert
Non-filtered	Nicht gefiltert
Time	Zeit

Demux	Demultiplexer
Filter	Filter

Loss in dB

Dämpfung in dB

Claims

Spreizspektrumübertragungssystem mit Mehrträgermodulation, wobei das System eine Vielzahl von Filtern (80, ..., 8_M-1 ) enthält, jedes zur Filterung eines Signals zur Übertragung über einen entsprechenden Unterträger, um die Zeitsynchronisation der Unterträger beim Empfang zu ermöglichen, wobei jedes der Signale eine Vielzahl von Chips überträgt, die sich durch die Spreizung eines einzelnen Symbols ergeben, und wobei jedes der Filter angepasst ist, die Bandbreite des Unterträgers zu begrenzen und den Grad der Störungen zu begrenzen, die durch benachbarte Träger auf einem gegebenen Unterträger erzeugt werden, indem eine Dämpfung mit einem typischen Wert von 30 dB bei einer Frequenz (f_k + f_k-1)/2, wobei f_k eine Trägerfrequenz für den k-ten Unterträger ist, 0 ≤ k ≤ M-1, M die Anzahl der Unterträger ist, k ein Index der Unterträger ist und k und M ganze Zahlen sind.
Das System aus Anspruch 1, das weiterhin Mittel enthält, um die Unterträger einer kohärenten Modulation zu unterziehen, wobei jeder Unterträger eine Anzahl von Chips überträgt, die sich aus der Spreizung eines einzelnen Symbols ergeben und die Anzahl von Chips so angepasst ist, dass es möglich ist, die Unterträger in Phasenausrichtung zu bringen, indem Chips, die von einem einzelnen Symbol auf jedem Unterträger kommen, rekombiniert werden.
Das System aus Anspruch 1, das weiterhin Mittel enthält, um die Unterträger einer Differenz-Modulation zu unterziehen, wobei jeder Unterträger eine Anzahl von Chips überträgt, die sich aus der Spreizung eines einzelnen Symbols ergeben und die Anzahl von Chips so angepasst ist, dass eine Widerstandsfähigkeit gegen Störungen bereitgestellt wird, indem die Rekombinations-Dämpfung durch die Differenz-Modulation begrenzt wird.
Das System gemäß Anspruch 1, wobei die Filter (80, ..., 8_M-1 ) Tiefpass-Filter sind, die angepasst sind, dafür zu sorgen, dass die Spektren der Unterträger getrennt bleiben.
Das System gemäß Anspruch 1, wobei die Filter (80, ..., 8_M-1 ) Nyquist-Root-Filter sind.