DE10128353B4 - Digital message transmission method and system for carrying out the method - Google Patents
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Abstract
Digitales Nachrichtenübertragungsverfahren, bei dem das Frequenzspektrum eines in einer fortgesetzten Aneinanderreihung von Übertragungsrahmen auszusendenden Sendesignals mittels jeweils aus N Chips bestehenden Spreizungsfolgen pro Übertragungsrahmen aufgeweitet und empfangsseitig diese Aufweitung des Frequenzspektrums durch Bildung der Kreuzkorrelation zwischen den im Empfangssignal enthaltenen Spreizungsfolgen und empfangsseitig erzeugten, identischen Kopien der im Sender verwendeten Spreizungsfolgen wieder rückgängig gemacht wird, wobei die übertragene Information empfangsseitig aus der Korrelationsspitze der gebildeten Kreuzkorrelationsfunktion detektiert und die Synchronisation unabhängig von der Datenübertragung auf einem gesonderten Synchronisationskanal, also nicht unter Heranziehung der Spreizungsfolgen vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übertragung von weiterer Information die dem Sendesignal aufgeprägte Spreizungsfolge c(t) sendeseitig in der Phase durch Verschiebungen um Vielfache der Chipdauer Tc moduliert wird und dass empfangsseitig zur Detektion dieser übertragenen weiteren Information die Kreuzkorrelationsfunktion in der Weise herangezogen wird, dass aus der Position der Korrelationsspitze dieser Kreuzkorrelationsfunktion auf die übertragene Phase der Spreizungsfolge zurückgeschlossen wird, indem eine synchron zum Sendesignal unter Verwendung des gesonderten Synchronisationskanal vorgenommene Segmentierung des Empfangssignals in Zeitabschnitte der Übertragungsrahmen und damit eine Erzeugung von Signalabschnitten durchgeführt wird, die jeweils genau eine Phase enthalten, und das segmentierte Empfangssignal einer Korrelation unterzogen wird, bei der aus dem jeweiligen Signalabschnitt und der empfangsseitig erzeugten, identischen Kopie der im Sender verwendeten Spreizungsfolge c(t) die Kreuzkorrelationsfunktion mit ihrer die jeweilige Verschiebung der Spreizungsfolge c(t) im Sendesignal angebenden Korrelationsspitzenposition bestimmt wird.Digital message transmission method in which the frequency spectrum of a transmission signal to be transmitted in a continuous series of transmission frames is expanded by means of spreading sequences consisting of N chips per transmission frame, and on the receiving side this widening of the frequency spectrum by forming the cross-correlation between the spreading sequences contained in the received signal and the identical copies of the ones generated in the receiving signal Sender spreading sequences used is reversed again, the transmitted information being detected on the receiving end from the correlation peak of the cross-correlation function formed and the synchronization being carried out independently of the data transmission on a separate synchronization channel, i.e. not using the spreading sequences, characterized in that for the transmission of further information the spread sequence c (t) impressed on the transmission signal on the transmission side in phase by verse Chiebungen is modulated by multiples of the chip duration Tc and that the cross-correlation function is used at the receiving end to detect this transmitted further information in such a way that the position of the correlation peak of this cross-correlation function is used to draw conclusions about the transmitted phase of the spreading sequence by using a synchronous to the transmission signal using the separate synchronization channel made segmentation of the received signal into time sections of the transmission frames and thus a generation of signal sections is carried out, each containing exactly one phase, and the segmented received signal is subjected to a correlation in which the identical signal section generated from the respective signal section and the reception side Transmitter used spreading sequence c (t) determines the cross-correlation function with its correlation peak position indicating the respective shift of spreading sequence c (t) in the transmission signal approx.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein digitales Nachrichtenübertragungsverfahren, bei dem das Frequenzspektrum eines in einer fortgesetzten Aneinanderreihung von Übertragungsrahmen auszusendenden Sendesignals mittels jeweils aus N Chips bestehenden Spreizungsfolgen pro Übertragungsrahmen aufgeweitet und empfangsseitig diese Aufweitung des Frequenzspektrums durch Bildung der Kreuzkorrelation zwischen den im Empfangssignal enthaltenen Spreizungsfolgen und empfangsseitig erzeugten, identischen Kopien der im Sender verwendeten Spreizungsfolgen wieder rückgängig gemacht wird, wobei die übertragene Information empfangsseitig aus der Korrelationsspitze der gebildeten Kreuzkorrelationsfunktion detektiert und die Synchronisation unabhängig von der Datenübertragung auf einem gesonderten Synchronisationskanal, also nicht unter Heranziehung der Spreizungsfolgen vorgenommen wird.The invention relates to a digital message transmission method in which the frequency spectrum of a transmission string to be transmitted in a continuous transmission signal spread by each consisting of N chips spreading sequences per transmission frame and the receiving side this expansion of the frequency spectrum by forming the cross-correlation between the spreading signals contained in the received signal and the receiving end produced, identical copies of the spreading sequences used in the transmitter is reversed again, the transmitted information detected on the receiving side from the correlation peak of the cross-correlation function formed and the synchronization is carried out independently of the data transmission on a separate synchronization channel, ie not using the spreading sequences.
Die Erfindung betrifft auch ein System zur Durchführung des digitalen Nachrichtenübertragungsverfahrens.The invention also relates to a system for carrying out the digital message transmission method.
Aus
Aus
Derzeit gibt es im wesentlichen drei unterschiedliche Einsatzbereiche für digitale Nachrichtenübertragungsverfahren, in denen Spreizungsfolgen Verwendung finden.At present, there are essentially three different areas of use for digital communication methods in which spreading sequences are used.
Spreizungsfolgen werden in ”Spread-Spectrum”-Übertragungssystemen eingesetzt. Hier dient die Spreizungsfolge dazu, das Frequenzspektrum des Sendesignals aufzuweiten. Diese Übertragungssysteme werden häufig im militärischen Bereich eingesetzt. Die Aufweitung des Frequenzspektrums durch die Spreizungsfolge bewirkt, daß das Sendesignal im allgemeinem Rauschpegel versteckt werden kann und das Sendesignal unempfindlich gegenüber beabsichtigten Störungen (”Jamming”) wird.Spreading sequences are used in spread-spectrum transmission systems. Here, the spreading sequence serves to widen the frequency spectrum of the transmission signal. These transmission systems are often used in the military field. The spreading of the frequency spectrum by the spreading sequence causes the transmission signal to be hidden in the general noise level and the transmission signal to become insensitive to intended jamming.
Im Empfänger wird die Aufweitung des Frequenzspektrums durch Bildung der Autokorrelation der Spreizungsfolge wieder rückgängig gemacht. Dazu wird das Empfangssignal mit einer identischen Kopie der im Sender verwendeten Spreizungsfolge korreliert. Die übertragene Information befindet sich in der Polarität der Korrelationsspitze der auf diese Weise gebildeten Kreuzkorrelationsfunktion. Durch geeignete Auswahl der Spreizungsfolge wird gewährleistet, daß die Kreuzkorrelationsspitze stark ausgeprägt ist.In the receiver, the widening of the frequency spectrum is reversed by forming the autocorrelation of the spreading sequence. For this purpose, the received signal is correlated with an identical copy of the spreading sequence used in the transmitter. The transmitted information is in the polarity of the correlation peak of the cross-correlation function thus formed. By appropriate selection of the spreading sequence ensures that the cross-correlation peak is pronounced.
Spreizungsfolgen werden auch in ”Code-Division Multiple-Access”-Systemen (CDMA-Systemen) eingesetzt. Beim Vielfachzugriff (”Multiple-Access”) greifen mehrere Nutzer auf einen gemeinsamen Übertragungskanal zu. Prinzipiell kann die Nutzertrennung im Zeitbereich (”Time-Division Multiple-Access; TDMA”), im Frequenzbereich (”Frequency-Division Multiple-Access; FDMA”) oder durch einen nutzerspezifischen Code (”Code-Division Multiple-Access; CDMA”) erfolgen. In CDMA-Systemen erhält jeder Nutzer einen spezifischen Code, der als Spreizungsfolge realisiert wird. Die Spreizungsfolge dient somit in CDMA-Systemen nicht nur zur Aufweitung des Frequenzspektrums, sondern auch zur Nutzertrennung.Spreading sequences are also used in "Code Division Multiple Access" (CDMA) systems. With multiple access ("multiple access") several users access a common transmission channel. In principle, time division multiple access (TDMA), frequency division multiple access (FDMA) or user-specific code (code division multiple access CDMA) respectively. In CDMA systems, each user receives a specific one Code that is realized as a spreading sequence. The spreading sequence thus serves in CDMA systems not only for widening the frequency spectrum, but also for user separation.
Die Nutzertrennung erfolgt im Empfänger durch Korrelation des Empfangssignals mit einer identischen Kopie derjenigen nutzerspezifischen Spreizungsfolge, die in demjenigen Sender verwendet wurde, dessen übertragene Information im Empfänger zurückgewonnen werden soll. Die übertragene Information befindet sich auch hier in der Polarität der Kreuzkorrelationsspitze, die bei geeigneter Auswahl der verwendeten Spreizungsfolgen stark ausgeprägt ist. Durch die Korrelationsbildung im Empfänger werden zudem die Signale unterdrückt, die von anderen Nutzern stammen.The user separation takes place in the receiver by correlation of the received signal with an identical copy of the user-specific spreading sequence which was used in the transmitter whose transmitted information is to be recovered in the receiver. The transmitted information is also here in the polarity of the cross-correlation peak, which is pronounced with a suitable selection of the spreading sequences used. The formation of the correlation in the receiver also suppresses the signals that originate from other users.
Spreizungsfolgen werden außerdem auch zur Synchronisation bzw. Navigation eingesetzt. Da bei geeigneter Auswahl die Kreuzkorrelationsfunktionen von Spreizungsfolgen ausgeprägte Korrelationsspitzen besitzen, eignen sie sich sehr gut für Synchronisationsaufgaben. Spreizungsfolgen werden in den unterschiedlichsten, digitalen Nachrichtenübertragungsverfahren zur Synchronisation verwendet, beispielsweise zur Rahmen-, Symbol- und Bitsynchronisation. Darüber hinaus finden Spreizungsfolgen auch in der Navigation Verwendung, beispielsweise im ”Global Positioning System” (GPS) oder im geplanten europäischen Navigationssystem GALILEO. In der Navigation wird das Problem der Positionsbestimmung auf das Synchronisationsproblem zurückgeführt.Spreading sequences are also used for synchronization or navigation. Since, with a suitable choice, the cross-correlation functions of spreading sequences have pronounced correlation peaks, they are very well suited for synchronization tasks. Spreading sequences are used in a variety of digital message transmission methods for synchronization, for example, for frame, symbol and bit synchronization. In addition, spreading sequences are also used in navigation, for example in the "Global Positioning System" (GPS) or in the planned European navigation system GALILEO. In navigation, the problem of positioning is attributed to the synchronization problem.
In allen drei beschriebenen Einsatzbereichen führt der Empfänger eine Korrelation des Empfangssignals mit einer identischen Kopie der im Sender verwendeten Spreizungsfolge durch. In den ersten beiden Einsatzbereichen, ”Spread-Spectrum”- und CDMA-Übertragungssystem, wird zur Informationsübertragung die Polarität der im Empfänger gebildeten Kreuzkorrelationsspitze ausgenutzt. Beim Einsatz von Spreizungsfolgen für die Synchronisation dagegen nutzt man die Position der Kreuzkorrelationsspitze aus.In all three applications described, the receiver performs a correlation of the received signal with an identical copy of the spreading sequence used in the transmitter. In the first two applications, "Spread Spectrum" and CDMA transmission system, the polarity of the cross-correlation peak formed in the receiver is used for information transmission. When using spreading sequences for synchronization, on the other hand, one uses the position of the cross-correlation peak.
In ”Spread-Spectrum”- und CDMA-Übertragungssystemen können die verwendeten Spreizungsfolgen prinzipiell auch zur Synchronisation herangezogen werden. Häufig erfolgt die Synchronisation jedoch unabhängig von der Datenübertragung auf einem gesonderten ”Synchronisationskanal”. In diesem Fall werden die Spreizungsfolgen nicht zur Synchronisation verwendet, sondern dienen ausschließlich der Datenübertragung, Aufweitung des Spektrums und/oder der Nutzertrennung. Somit wird im Empfänger lediglich die Polarität der Kreuzkorrelationsspitze ausgewertet. Die zusätzliche Information, die in der Position der Kreuzkorrelationsspitze liegt, wird nicht ausgenutzt.In spread-spectrum and CDMA transmission systems, the spreading sequences used can in principle also be used for synchronization. Frequently, however, the synchronization takes place independently of the data transmission on a separate "synchronization channel". In this case, the spreading sequences are not used for synchronization, but are used exclusively for data transmission, expansion of the spectrum and / or user separation. Thus, only the polarity of the cross-correlation peak is evaluated in the receiver. The additional information that is in the position of the cross-correlation peak is not used.
Als Fazit läßt sich folgendes festhalten: Alle digitalen Nachrichtenübertragungsverfahren, in denen Spreizungsfolgen Verwendung finden, die nicht zur Synchronisation herangezogen werden, sind nicht effizient. Wird nicht nur die Polarität der Kreuzkorrelationsspitze, sondern auch die zusätzliche Information, die in der Position der Kreuzkorrelationsspitze liegt, zur Datenübertragung verwendet, kann die Effizienz dieser digitalen Nachrichtenübertragungsverfahren deutlich verbessert werden.In conclusion, the following can be said: All digital message transmission methods in which spreading sequences are used which are not used for synchronization are not efficient. Not only the polarity of the cross-correlation peak but also the additional information located in the position of the cross-correlation peak is used for data transmission, the efficiency of these digital communication methods can be significantly improved.
Insbesondere gelten obige Überlegungen für die Datenübertragung in Navigationssystemen, wie GPS oder GALILEO, und für Anwendungen, in denen kombinierte Navigations- und Kommunikationsempfänger eingesetzt werden. In diesen Fällen liegt bereits eine hochgenaue Synchronisation durch den Navigationsempfänger vor und die Datenübertragung benötigt keine eigene Synchronisation, sondern kann auf die Synchronisation durch den Navigationsempfänger zurückgreifen.In particular, the above considerations apply to data transmission in navigation systems, such as GPS or GALILEO, and for applications in which combined navigation and communication receivers are used. In these cases, there is already a highly accurate synchronization by the navigation receiver and the data transfer does not require its own synchronization, but can rely on the synchronization by the navigation receiver.
Die Steigerung der Effizienz von digitalen Nachrichtenubertragungsverfahren ist eine grundlegende Fragestellung im Forschungs- und Entwicklungsbereich der Nachrichtentechnik. Dabei kann eine Effizienzsteigerung durch die folgenden vier Kenngrößen eines digitalen Nachrichtenübertragungsverfahrens gemessen werden, nämlich durch die Sendeleistung, die Bandbreite, die Datenrate und durch die Leistungsfähigkeit. Die Leistungsfähigkeit eines digitalen Nachrichtenübertragungsverfahrens wird in der Technik häufig als ”Performance” bezeichnet und mittels der Bitfehlerrate quantifiziert.Increasing the efficiency of digital news broadcasting is a fundamental issue in the research and development of communications engineering. In this case, an increase in efficiency can be measured by the following four characteristics of a digital message transmission method, namely by the transmission power, the bandwidth, the data rate and by the performance. The performance of a digital messaging technique is often referred to in the art as "performance" and quantified by the bit error rate.
Vergleicht man digitale Nachrichtenübertragungsverfahren auf der Grundlage gleicher ”Performance”, so zeichnet sich der bessere Ansatz durch Einsparung an Sendeleistung und/oder Einsparung an Bandbreite und/oder Erhöhung der übertragbaren Datenrate aus. Bei einem Vergleich auf der Grundlage gleicher Sendeleistung, Bandbreite und Datenrate dagegen gewinnt das digitale Nachrichtenübertragungsverfahren, das die bessere ”Performance” aufweist.Comparing digital messaging methods based on equal "performance", the better approach is characterized by saving on transmit power and / or saving bandwidth and / or increasing the transferable data rate. On the other hand, when compared based on equal transmit power, bandwidth and data rate, the digital messaging technique that has the better "performance" wins.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, digitale Nachrichtenübertragungsverfahren, bei denen Spreizungsfolgen zum Einsatz kommen, in ihrer Effizienz zu steigern, wobei die verwendeten Spreizungsfolgen nicht zur Synchronisation herangezogen werden, da die Synchronisation unabhängig von der Datenübertragung auf einem gesonderten ”Synchronisationskanal” erfolgt, und wobei sich diese Effizienzsteigerung durch die gegenüber anderen digitalen Nachrichtenübertragungsverfahren erzielten Gewinne in den Kenngrößen ausdrücken läßt. Darüber hinaus soll durch die Erfindung auch ein System zur Durchfuhrung des in seiner Effizienz gesteigerten digitalen Nachrichtenübertragungsverfahrens geschaffen werden.The invention is based on the object, digital message transmission methods in which spreading sequences are used to increase in their efficiency, the spreading sequences used are not used for synchronization, since the synchronization takes place independently of the data transmission on a separate "synchronization channel", and this efficiency increase can be expressed in the parameters by the profits achieved in comparison to other digital message transmission methods. In addition, the invention is also intended to provide a system for carrying out the increased efficiency of its digital message transmission method.
Gemäß der Erfindung, die sich auf ein digitales Nachrichtenübertragungsverfahren der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass zur Übertragung von weiterer Information die dem Sendesignal aufgeprägte Spreizungsfolge c(t) sendeseitig in der Phase durch Verschiebungen um Vielfache der Chipdauer Tc moduliert wird und dass empfangsseitig zur Detektion dieser übertragenen weiteren Information die Kreuzkorrelationsfunktion in der Weise herangezogen wird, dass aus der Position der Korrelationsspitze dieser Kreuzkorrelationsfunktion auf die übertragene Phase der Spreizungsfolge zurückgeschlossen wird, indem eine synchron zum Sendesignal unter Verwendung des gesonderten Synchronisationskanal vorgenommene Segmentierung des Empfangssignals in Zeitabschnitte der Übertragungsrahmen und damit eine Erzeugung von Signalabschnitten durchgeführt wird, die jeweils genau eine Phase enthalten, und das segmentierte Empfangssignal einer Korrelation unterzogen wird, bei der aus dem jeweiligen Signalabschnitt und der empfangsseitig erzeugten, identischen Kopie der im Sender verwendeten Spreizungsfolge c(t) die Kreuzkorrelationsfunktion mit ihrer die jeweilige Verschiebung der Spreizungsfolge c(t) im Sendesignal angebenden Korrelationsspitzenposition bestimmt wird.According to the invention, which relates to a digital message transmission method of the type mentioned above, this object is achieved in that for transmission of further information, the spreading signal c (t) impressed on the transmission signal at the transmitting end in the phase modulated by shifts by multiples of the chip duration T c and that the receiving side for detection of this transmitted further information, the cross-correlation function is used in such a way that is deduced from the position of the correlation peak of this cross-correlation function on the transmitted phase of the spreading sequence by a synchronous to the transmission signal using the separate synchronization channel segmentation of the received signal in Time intervals of the transmission frames and thus a generation of signal sections is carried out, each containing exactly one phase, and the segmented received signal is subjected to a correlation, b ei from the respective signal section and the receiver side generated, identical copy of the spreading sequence c (t) used in the transmitter, the cross-correlation function is determined with their respective shift of the spreading sequence c (t) in the transmission signal indicating correlation peak position.
Der Vorteil der im folgenden Spreizungsfolgen-Phasenmodulation (SFPM) genannten neuartigen Phasenmodulation der Spreizungsfolgen liegt darin, daß die Information ausgenutzt wird, die in der Position der Kreuzkorrelationsspitze liegt. Wird die SFPM in einem digitalen Nachrichtenübertragungssystem eingesetzt, so wird eine Effizienzsteigerung erzielt. Durch den erfindungsgemäßen Einsatz der SFPM wird es erstmals ermöglicht, in einem digitalen Nachrichtenübertragungssystem nicht nur die Polarität, sondern auch die Position der im Empfänger gebildeten Kreuzkorrelationsspitze zur Übertragung digitaler Nachrichten heranzuziehen.The advantage of the novel phase modulation of the spreading sequences mentioned in the following spreading sequence phase modulation (SFPM) is that the information lying in the position of the cross-correlation peak is utilized. If the SFPM is used in a digital communication system, an increase in efficiency will be achieved. The use according to the invention of the SFPM makes it possible for the first time not only to use the polarity in a digital message transmission system, but also the position of the cross-correlation peak formed in the receiver for transmitting digital messages.
Es bestehen zwei vorteilhafte Ausführungsmöglichkeiten der SFPM bei einem digitalen Nachrichtenübertragungssystem mit Spreizungsfolgeneinsatz, die auf dem gleichen Grundprinzip, nämlich der SFPM, beruhen, sich allerdings in der praktischen Umsetzung dieses Grundprinzips unterscheiden.There are two advantageous embodiments of the SFPM in a digital message transmission system with spreading sequence use, which are based on the same basic principle, namely the SFPM, but differ in the practical implementation of this basic principle.
Die erste Möglichkeit besteht darin, daß die Verschiebung der Spreizungsfolge c(t) linear ist, wobei die Phase p und damit die verschobene Spreizungsfolge cp(t) durch einfache Translation der unverschobenen Spreizungsfolge um p·Tc, auf der Zeitachse erzeugt wird. In vorteilhafter Weise wird dabei im Zeitbereich ein Übertragungsrahmen der Dauer Tr = 2·N·Tc bzw. Tr = 2·Ts vorgesehen, innerhalb welchem die lineare Verschiebung der Spreizungsfolge vorgenommen werden kann, wobei Tc die Chipdauer, Ts die Spreizungsfolgendauer und N die Anzahl der Chips in der Spreizungsfolge ist.The first possibility is that the displacement of the spreading sequence c (t) is linear, the phase p and thus the shifted spreading sequence c p (t) being generated by simple translation of the unshifted spreading sequence by p · T c , on the time axis. Advantageously, a transmission frame of duration T r = 2 * N * T c or T r = 2 * T s is provided in the time domain, within which the linear displacement of the spreading sequence can be carried out, where T c is the chip duration, T s the spreading sequence duration and N is the number of chips in the spreading sequence.
Die zweite Möglichkeit besteht darin, daß die Verschiebung der Spreizungsfolge c(t) zyklisch ist, wobei im Zeitbereich ein Übertragungsrahmen von Tr = N·Tc bzw. Tr = Ts vorgesehen wird, innerhalb welchem Chips, die auf der Zeitachse nach rechts über den Zeitbereich Ts hinaus verschoben worden sind, links wieder an den Anfang der verschobenen Spreizungsfolge angehängt werden und wobei Tc die Chipdauer, Ts die Spreizungsfolgendauer und N die Anzahl der Chips in der Spreizungsfolge ist.The second possibility is that the displacement of the spreading sequence c (t) is cyclic, wherein in the time domain, a transmission frame of T r = N · T c or T r = T s is provided, within which chip, the on the time axis after have been moved to the right over the time period T s also, be attached to the left back to the beginning of the shifted spreading sequence, and wherein T c s is the spreading sequence length and N is the chip duration, T is the number of chips in the spreading sequence.
Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des digitalen Nachrichtenübertragungsverfahrens nach der Erfindung sind in den Ansprüchen 6 bis 22 angegeben, die sich unmittelbar oder mittelbar auf den Anspruch 1 beziehen.Advantageous and expedient developments of the digital message transmission method according to the invention are specified in claims 6 to 22, which relate directly or indirectly to claim 1.
Die gestellte Aufgabe, zweckmäßige Systeme zur Durchführung des in seiner Effizienz gesteigerten digitalen Nachrichtenübertragungsverfahrens zu schaffen, wird durch die in den Ansprüchen 21 und 22 angegebenen Maßnahmen gelöst. In den Ansprüchen 23 bis 25 sind vorteilhafte Weiterbildungen bzw. zweckmäßige Varianten dieser Systeme angegeben.The stated object, to provide appropriate systems for carrying out the increased in its efficiency digital message transmission method, is achieved by the measures indicated in claims 21 and 22. In the claims 23 to 25 advantageous developments or expedient variants of these systems are given.
Die Ansprüche 26 bis 28 enthalten Möglichkeiten einer nützlichen Verwendung des digitalen Nachrichtenübertragungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 20 oder der Systeme nach einem der Ansprüche 21 bis 25.Claims 26 to 28 include possibilities for a useful use of the digital communication method according to any one of
Das digitale Nachrichtenübertragungsverfahren nach der Erfindung und vorteilhafte Ausführungsbeispiele davon werden nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The digital communication method according to the invention and advantageous embodiments thereof are explained below with reference to drawings. Show it:
Nachfolgend wird eine digitale Datenübertragung mit einer Symboldauer von Ts betrachtet. Die Spreizungsfolgen bestehen aus N Chips, die jeweils eine Chipdauer Tc besitzen. Üblicherweise werden Ts und Tc in digitalen Nachrichtenübertragungssystemen gemäß
Spreizungsfolgen mit guten Korrelationseigenschaften, wie beispielsweise m-Sequenzen, Gold- oder Kasami-Sequenzen, besitzen in üblicher Weise eine Länge N = 2n – 1, n ∊ {2, 3, 4, ...}. Diese Spreizungsfolgen können um ein Chip verlängert werden, um Spreizungsfolgen mit einer Länge N = 2n zu ergeben, die eine Zweierpotenz ist. Die so verlängerten Spreizungsfolgen werden als ”verlängerte Spreizungsfolgen” bezeichnet und können so erzeugt werden, wie dies beispielsweise beschrieben ist in Fiebig, U.-C.; Schnell, M.: ”Correlation Properties of Extended m-Sequences”, Electronics Letters, Bd. 29 (1993), Nr. 20, S. 1753–1755 und in Fiebig, U.-C.: ”Auto- and Crosscorrelation Properties for Extended m-Sequences and Related Sequences”, Conf. Proc. of the 3rd IEEE Int. Symposium an Spread Spectrum Techniques and Applications (ISSSTA '94), Oulu, Finnland, Juli 1994, S. 406–410.Spreading sequences with good correlation properties, such as m-sequences, gold or Kasami sequences, usually have a length N = 2n-1, n ε {2, 3, 4, ...}. These spreading sequences can be extended by one chip to give spreading sequences with a length N = 2 n , which is a power of two. The thus-extended spreading sequences are referred to as "extended spreading sequences" and can be produced as described, for example, in Fiebig, U.-C .; Schnell, M .: "Correlation Properties of Extended m-Sequences", Electronics Letters, Vol. 29 (1993), No. 20, pp. 1753-1755, and in Fiebig, U.-C .: "Auto and Cross Correlation Properties for Extended m-Sequences and Related Sequences ", Conf. Proc. of the 3rd IEEE Int. Symposium on Spread Spectrum Techniques and Applications (ISSTA '94), Oulu, Finland, July 1994, pp. 406-410.
Daneben gibt es Spreizungsfolgen, deren Länge N konstruktionsbedingt eine Zweierpotenz ist. Ein Beispiel dafür sind die orthogonalen Hadamard-Codes, die allerdings schlechte Korrelationseigenschaften aufweisen und daher für die meisten Anwendungen durch eine zweite Spreizungsfolge verwürfelt werden. Die SFPM weist eine besonders hohe Effizienz auf, wenn Spreizungsfolgen mit einer Länge N = 2n verwendet werden. In addition, there are spreading sequences whose length N is a power of two due to the design. An example of this is the orthogonal Hadamard codes, which, however, have poor correlation properties and therefore are scrambled by a second spreading sequence for most applications. The SFPM has a particularly high efficiency when spreading sequences with a length N = 2 n are used.
Die nachfolgende Beschreibung erfolgt unter Verwendung von Spreizungsfolgen der Länge N = 2n. Es sei darauf hingewiesen, daß die SFPM nicht nur mit Spreizungsfolgen der Länge N = 2n, sondern mit allen denkbaren Spreizungsfolgen erfolgen kann. Die Verwendung von Spreizungsfolgen der Länge N = 2n ist bei der SFPM allerdings besonders effizient, wie noch gezeigt werden wird. Im folgenden wird die im Sender verwendete Spreizungsfolge mit c(t) bezeichnet.The following description is made using spreading sequences of length N = 2 n . It should be noted that the SFPM can be done not only with spreading sequences of length N = 2 n , but with all possible spreading sequences. However, the use of spreading sequences of length N = 2 n is particularly efficient in the SFPM, as will be shown. In the following, the spreading sequence used in the transmitter is denoted by c (t).
Die unterschiedlichen Phasen einer Spreizungsfolge c(t) erhält man aus Verschiebungen der Spreizungsfolge um Vielfache der Chipdauer Tc. Somit gibt es für jede Spreizungsfolge N mögliche Phasen. Die ursprüngliche, unverschobene Spreizungsfolge wird dabei als Phase 0 der Spreizungsfolge bezeichnet. Dementsprechend wird die um 1·Tc verschobene Spreizungsfolge als Phase 1 der Spreizungsfolge bezeichnet. Die um 2·Tc verschobene Spreizungsfolge wird als Phase 2 der Spreizungsfolge bezeichnet, usw. Allgemein gilt, daß die um p·Tc verschobene Spreizungsfolge cp(t) als Phase p der Spreizungsfolge c(t) bezeichnet wird, p = 0, 1, 2, ..., N – 1.The different phases of a spreading sequence c (t) are obtained from shifts in the spreading sequence by multiples of the chip duration T c . Thus, there are N possible phases for each spreading sequence. The original, unshifted spreading sequence is referred to as
Es gibt zwei Möglichkeiten (Versionen), Verschiebungen der Spreizungsfolge zu realisieren, nämlich die ”lineare Verschiebung” und die ”zyklische Verschiebung”. Bei der linearen Verschiebung wird die Phase p und damit cp(t) durch eine einfache Translation der unverschobenen Spreizungsfolge c(t) um p·Tc Chips auf der Zeitachse nach rechts erzeugt.There are two possibilities (versions) to realize shifts in the spreading sequence, namely the "linear shift" and the "cyclic shift". In the case of the linear displacement, the phase p and thus c p (t) are generated to the right by a simple translation of the unshifted spreading sequence c (t) by p × T c chips on the time axis.
In
Unter Verwendung desselben Beispiels ist in
Das Grundprinzip der SFPM besteht darin, daß zur Übertragung von Information die verschiedenen Phasen der verwendeten Spreizungsfolge herangezogen werden. Bei einer Spreizungsfolge der Länge N können somit N verschiedene Informationssymbole übertragen werden. Der Sender wählt gemäß dem zu übertragenden Informationssymbol eine Spreizungsfolgenphase aus, die im Empfänger wiederum detektiert wird. Aus der detektierten Spreizungsfolgenphase kann der Empfänger auf das übertragene Informationssymbol zurückschließen.The basic principle of the SFPM is that the different phases of the spreading sequence used are used for the transmission of information. With a spreading sequence of length N, N different information symbols can thus be transmitted. The transmitter selects according to the information symbol to be transmitted from a spreading sequence phase, which is in turn detected in the receiver. From the detected spread sequence phase, the receiver can return to the transmitted information symbol.
Liegt die zu übertragende Information beispielsweise in Form von Bits vor, werden jeweils M Bits zu M-wertigen Symbolen zusammengefaßt, wobei
Jedem M-wertigen Symbol wird dann eine Spreizungsfolgenphase zugeordnet. Diese Zuordnung kann beispielsweise durch eine einfache Abbildungsvorschrift (”Mapping”) erfolgen. In Tabelle 1 ist eine solche Abbildungsvorschrift für N = 8 und damit M = n = 3 angegeben, wobei die Bits durch ”+” und ”–” repräsentiert sind. In günstiger Weise wählt man die Abbildungsvorschrift so, daß sich die Symbole, die auf benachbarte Spreizungsfolgenphasen abgebildet werden, nur in einem Bit unterscheiden. Detektiert der Empfänger nicht die richtige Spreizungsfolgenphase, sondern eine benachbarte, dann entsteht aus diesem Symbolfehler nur ein einziger Bitfehler. Diese spezielle Zuordnung ist dem ”Gray-Mapping” sehr ähnlich und wird im folgenden als ”erweitertes Gray-Mapping” bezeichnet.Each M-valued symbol is then assigned a spreading sequence phase. This assignment can be made for example by a simple mapping rule ("mapping"). Table 1 shows such a mapping rule for N = 8 and thus M = n = 3, the bits being represented by "+" and "-". Conveniently, the mapping rule is chosen such that the symbols mapped to adjacent spreading sequence phases differ only in one bit. If the receiver does not detect the correct spreading sequence phase but an adjacent one, then this symbol error results in only a single bit error. This special assignment is very similar to the "gray mapping" and is referred to in the following as "extended gray mapping".
Der Unterschied zum ”Gray-Mapping” besteht darin, daß sich auch das erste und das letzte Symbol nur in einem Bit unterscheiden. Diese Eigenschaft ist insbesondere für die zweite SFPM-Realisierungsversion von Bedeutung, da diese die zyklische Verschiebung verwendet. Bei der ersten SFPM-Realisierungsversion dagegen spielt es keine Rolle, ob das ”Gray-” oder das erweiterte ”Gray-Mapping” verwendet wird. In der nachfolgenden Tabelle 1 ist das erweiterte ”Gray-Mapping” anhand eines Beispiels N = 8 und M = n = 3 für eine Abbildungsvorschrift zur Zuordnung zwischen M-wertigem Symbol und Spreizungsfolgenphase auf der Grundlage des erweiterten ”Gray-Mapping” dargestellt.
Die erste SFPM-Realisierungsversion beruht auf der linearen Verschiebung zur Erzeugung der verschiedenen Phasen der Spreizungsfolge im Sender. Ein möglicher Prinzipaufbau eines Senders für die erste SFPM-Realisierungsversion ist in
Jeweils n Bits des zu übertragenden Bitstroms d(k) werden zu M-wertigen Symbolen zusammengefaßt, wobei mit nTb die Abtastrate bezeichnet ist. Man beachte, daß M = n aufgrund der Wahl für die Spreizungsfolgenlänge N gilt. Ein ”Symbol-Mapper” SM, der Bestandteil eines Spreizungsfolgenphasengenerators SP ist, realisiert die Abbildungsvorschrift zur Zuordnung zwischen M-wertigem Symbol und Spreizungsfolgenphase p. Die lineare Verschiebung zur Erzeugung der verschiedenen Spreizungsfolgenphasen kann beispielsweise in der in
Das Verzögerungsglied VG ist gleichfalls Bestandteil des Spreizungsfolgenphasengenerators SP. Der Faktor p und damit die ausgewählte Spreizungsfolgenphase wird dem Verzögerungsglied VG vom ”Symbol-Mapper” SM zur Verfügung gestellt.The delay element VG is also part of the spreading sequence phase generator SP. The factor p and thus the selected spreading sequence phase is provided to the delay element VG by the "symbol mapper" SM.
Mit jedem Beginn eines Übertragungsrahmens, der aufgrund der linearen Verschiebung eine Dauer Tr = 2·Ts besitzt, erzeugt ein Spreizungsfolgengenerator SG, der gleichfalls Bestandteil des Spreizungsfolgenphasengenerators SP ist, die unverschobene Spreizungsfolge c(t). Diese wird durch das Verzögerungsglied VG entsprechend der ausgewählten Spreizungsfolgenphase p im Übertragungsrahmen positioniert, um das gewünschte Ausgangssignal cp(t) des Spreizungsfolgenphasengenerators SP zu realisieren. Das Basisbandsendesignal s(t) entsteht aus der fortgesetzten Aneinanderreihung von Übertragungsrahmen. Während der Dauer Tr eines Übertragungsrahmens gilt
In
Für die weitere Beschreibung wird der Einfachheit und Übersichtlichkeit halber ein reiner AWGN-Kanal mit h(t) = δ(t) zu Grunde gelegt, wobei δ(t) die Dirac-Funktion bezeichnet. In diesem Fall ergibt sich für das Basisbandempfangssignal y(t) der Ausdruck
Diese Segmentierung erfolgt in der in
In einem Korrelator KO wird aus dem Signalabschnitt r(t) und der in einem empfängerseitig angeordneten Spreizungsfolgengenerator SGE erzeugten, identischen Kopie der im Sender verwendeten Spreizungsfolge c(t) in der in
Für die in
Unter Verwendung der Gleichung (2) und der Gleichung (10) läßt sich die Gleichung (11) zu umformen. Während der zweite Term in der Gleichung (12) eine additive Rauschstörung darstellt, repräsentiert der erste Term die Kreuzkorrelationsfunktion der Spreizungsfolge c(t), die aufgrund der linearen Verschiebung zur Erzeugung der Phase p der Spreizungsfolge c(t) ihr Maximum für τ = p·Tc aufweist. Diese Korrelationsspitze wird durch einen in
Nachfolgend werden die Gewinne in der übertragbaren Datenrate bestimmt, welche die erste SFPM-Realisierungsversion gegenüber einem DS-CDMA Übertragungsverfahrens mit BPSK(”Binary Phase Shift Keying”)-Modulation erzielt. Bei DS(”Direct Sequence”)-CDMA mit BPSK-Modulation kann jeder Nutzer während einer Symboldauer Ts = N·Tc genau 1 Bit übertragen und die übertragbare Datenrate RBPSK ergibt sich zu: Subsequently, the gains in the transmittable data rate which the first SFPM realization version achieves over a DS-CDMA transmission method with BPSK (Binary Phase Shift Keying) modulation are determined. In the case of DS ("Direct Sequence") CDMA with BPSK modulation, each user can transmit exactly 1 bit during a symbol duration T s = N * T c , and the transferable data rate R BPSK results in:
Bei der ersten SFPM-Realisierungsversion dagegen können von jedem Nutzer während eines Übertragungsrahmens Tr = 2·Ts insgesamt M Bits übertragen werden. In günstiger Weise wird eine Spreizungsfolge der Länge N = 2n verwendet, um die Anzahl der übertragbaren Bits gemäß der Gleichung (5) auf M = n zu maximieren. Daraus ergibt sich eine übertragbare Datenrate RSFPM von: In contrast, in the first SFPM implementation version, each user can transmit M bits in total during a transmission frame T r = 2 × T s . Conveniently, a spreading sequence of length N = 2n is used to maximize the number of transmissible bits according to equation (5) to M = n. This results in a transferable data rate R SFPM of:
In der nachfolgenden Tabelle 2 sind die Gewinne für die erste SFPM-Realisierungsversion in der übertragbaren Datenrate für unterschiedliche Spreizungsfolgenlängen von N = 8 bis N = 1024 angegeben.
Da es sich bei der SFPM im Gegensatz zur bipolaren BPSK-Modulation um ein quasi-orthogonales Modulationsverfahren handelt, ist ein Performance-Verlust der SFPM gegenüber der BPSK-Modulation von ca. 3 dB zu erwarten. Dieser Performance-Verlust ist dem Gewinn in der übertragbaren Datenrate gegenzurechnen.Since SFPM, in contrast to BPSK bipolar modulation, is a quasi-orthogonal modulation method, a performance loss of SFPM compared to BPSK modulation of about 3 dB is to be expected. This performance loss is to be offset against the profit in the transferable data rate.
Zum Abschluß der Beschreibung der ersten SFPM-Realisierungsversion sei angemerkt, daß der Übertragungsrahmen auch auf eine Dauer Tr = 2·Ts – Tc reduziert werden kann, wodurch sich die in der Tabelle 2 angegebenen Gewinne noch geringfügig erhöhen lassen.To conclude the description of the first version of SFPM realization, it should be noted that the transmission frame can also be reduced to a duration T r = 2 * T s -T c , whereby the gains indicated in Table 2 can still be slightly increased.
Die zweite SFPM-Realisierungsversion beruht auf der zyklischen Verschiebung zur Erzeugung der verschiedenen Phasen der Spreizungsfolge im Sender. Ein möglicher Prinzipaufbau eines Senders für die zweite SFPM-Realisierungsversion ist in
Jeweils n Bits des zu übertragenden Bitstroms d(k) werden zu M-wertigen Symbolen zusammengefaßt, wobei mit nTb die Abtastrate bezeichnet ist. Man beachte, daß M = n aufgrund der Wahl für die Spreizungsfolgenlänge N gilt. Ein ”Symbol-Mapper” SYM, der Bestandteil eines Spreizungsfolgenphasengenerators SGN ist, realisiert die Abbildungsvorschrift zur Zuordnung zwischen M-wertigem Symbol und Spreizungsfolgenphase p. Die zyklische Verschiebung zur Erzeugung der verschiedenen Spreizungsfolgenphasen kann beispielsweise in der in
Je nach Auswahl der Startbelegung für die Schieberegister ist jede beliebige Phase der Spreizungsfolge realisierbar. Ein Block ”Spreizungsfolgengenerator mit zyklischer Verschiebung” SZV, der ebenfalls Bestandteil des Spreizungsfolgenphasengenerators SGN ist, erhält die ausgewählte Spreizungsfolgenphase p vom ”Symbol-Mapper” SYM zur Verfügung gestellt und wählt diejenige Startbelegung für die Schieberegister aus, die zur Erzeugung der zyklisch verschobenen Spreizungsfolge cp(t) benötigt wird.Depending on the selection of the start assignment for the shift registers, any phase of the spreading sequence can be realized. A block "spread-order generator with cyclical shift" SZV, which is also part of the spread sequence phase generator SGN, receives the selected spread sequence phase p from the "symbol mapper" SYM and selects the start assignment for the shift registers used to generate the cyclically shifted spread sequence c p (t) is needed.
Mit jedem Beginn eines Übertragungsrahmens, der aufgrund der zyklischen Verschiebung lediglich eine Dauer Tr = Ts besitzt, erzeugt der Block ”Spreizungsfolgengenerator mit zyklischer Verschiebung” SZV direkt die zyklisch verschobene Spreizungsfolge cp(t) und damit das gewünschte Ausgangssignal cp(t) des Spreizungsfolgenphasengenerators SGN. Das Basisbandsendesignal s(t) entsteht aus der fortgesetzten Aneinanderreihung von Übertragungsrahmen. Während der Dauer Tr eines Übertragungsrahmens gilt
In
Durch die in einem Segmentierungsglied SGL unter Zuhilfenahme einer Synchronisierungseinrichtung SYH unter Verwendung eines gesonderten Synchronisationskanals durchgeführte synchrone Segmentierung des Empfangssignals y(t) in Zeitabschnitte der Länge Tr = Ts eines Übertragungsrahmens, ist gewährleistet, daß der resultierende Signalabschnitt r(t) stets genau eine Phase p der Spreizungsfolge c(t) beinhaltet und entsprechend zur Gleichung (10) auch für die zweite SFPM-Realisierungsversion
Für die in
Unter Beachtung der Gleichung (16) läßt sich die Gleichung (17) zu umformen. Während die zweite Zeile der Gleichung (18) eine additive Rauschstörung darstellt, repräsentiert die erste Zeile die zyklische bzw. periodisch fortgesetzte Kreuzkorrelationsfunktion der Spreizungsfolge c(t). Aufgrund der zyklischen Verschiebung zur Erzeugung der Phase p der Spreizungsfolge c(t) tritt das Maximum für τ = p·Tc auf. Diese Korrelationsspitze wird durch den in
Wie bei der ersten SFPM-Realisierungsversion kann aus der Position τ = p·Tc der Korrelationsspitze auf die übertragene Phase p der Spreizungsfolge c(t) zurückgeschlossen werden und damit letztendlich unter Verwendung eines ”Symbol-Demappers” SDM auf den ursprünglichen Bitstrom d(k), wobei mit nTb die Abtastrate bezeichnet ist. Detektion und Zurückgewinnen des ursprünglichen Bitstroms d(k) sind bei rauschfreier Übertragung stets fehlerfrei möglich.As with the first SFPM realization version, the correlation peak can be deduced from the position τ = p · T c of the spread phase c of the spreading sequence c (t) and thus finally converted to the original bit stream d (using a "symbol demapper" SDM). k), where nT b is the sampling rate. Detection and recovery of the original bitstream d (k) are always error-free possible with noise-free transmission.
Im folgenden werden die Gewinne in der übertragbaren Datenrate bestimmt, welche die zweite SFPM-Realisierungsversion gegenüber einem DS-CDMA Übertragungsverfahrens mit BPSK-Modulation erzielt. Für die übertragbare Datenrate RBPSK bei DS-CDMA mit BPSK-Modulation gilt wiederum die Gleichung (13). Bei der zweiten SFPM-Realisierungsversion können von jedem Nutzer während eines Übertragungsrahmens Tr = Ts insgesamt M Bits übertragen werden.In the following, the gains in the transmissible data rate which the second SFPM realization version achieves over a DS-CDMA transmission method with BPSK modulation are determined. For the transmittable data rate R BPSK in DS-CDMA with BPSK modulation again the equation (13) applies. In the second version of SFPM implementation, each user can transmit a total of M bits during a transmission frame T r = T s .
In vorteilhafter Weise wird eine Spreizungsfolge der Länge N = 2n verwendet, um die Anzahl der übertragbaren Bits gemäß Gleichung (5) auf M = n zu maximieren. Daraus ergibt sich eine ubertragbare Datenrate RSFPM von Advantageously, a spreading sequence of length N = 2 n is used to maximize the number of transferable bits according to equation (5) to M = n. This results in a transferable data rate R SFPM of
In der nachfolgenden Tabelle 3 sind für die zweite SFPM-Realisierungsversion die Gewinne in der übertragbaren Datenrate für unterschiedliche Spreizungsfolgenlängen von N = 8 bis N = 1024 angegeben. Man erkennt, daß die Gewinne im Falle der zweiten SFPM-Realisierungsversion doppelt so hoch ausfallen wie bei der ersten SFPM-Realisierungsversion.
Um bei digitalen Nachrichtenübertragungsverfahren, in denen Spreizungsfolgen zum Einsatz kommen, eine gute Performance zu erzielen, sind Spreizungsfolgen mit gut geeigneten Auto- und/oder Kreuzkorrelationseigenschaften von besonderem Interesse. Dies gilt auch für die SFPM. Insbesondere ist es bei der Auswahl der Spreizungsfolgen c(t) für die SFPM vorteilhaft, wenn alle N Phasen p, p = 0, ..., N – 1, der Spreizungsfolgen c(t) unterschiedlich sind.In order to achieve a good performance in digital message transmission methods in which spreading sequences are used, spreading sequences with well-suited auto and / or cross-correlation properties are of particular interest. This also applies to the SFPM. In particular, when selecting the spreading sequences c (t) for the SFPM, it is advantageous if all N phases p, p = 0,..., N-1, of the spreading sequences c (t) are different.
Dies gilt insbesondere für die zweite SFPM-Realisierungsversion, da in diesem Fall nur so gewährleistet werden kann, daß alle möglichen Informationssymbole im Empfänger eindeutig detektiert werden können. Gängig verwendete Spreizungsfolgen, wie m-Sequenzen, Gold- oder Kasami-Sequenzen, weisen diese Eigenschaft auf. This applies in particular to the second SFPM implementation version, since in this case it is only possible to ensure that all possible information symbols can be unambiguously detected in the receiver. Commonly used spreading sequences, such as m-sequences, gold or Kasami sequences, have this property.
Die Erzeugung der linearen und zyklischen Verschiebung kann auch auf andere Weisen erfolgen als bisher beschrieben. Beispielsweise kann sowohl die Erzeugung der linearen als auch die Erzeugung der zyklischen Verschiebung unter Verwendung eines sogenannten ”Look-up Table” durchgeführt werden. Ein ”Look-up Table” ist ein großer adressierbarer Speicher. In diesem Speicher werden die N Spreizungsfolgenphasen cp(t), p = 0, ..., N – 1, in digitaler Form abgelegt. Als Adresse zum Auslesen der Spreizungsfolgenphasen cp(t) kann bei entsprechender Anordnung im ”Look-up Table” beispielsweise die Phase p verwendet werden, die vom ”Symbol-Mapper” SM bzw. SYM zur Verfügung gestellt wird.The generation of the linear and cyclic shift can also be done in other ways than previously described. For example, both the generation of the linear shift and the generation of the cyclical shift can be carried out using a so-called look-up table. A "look-up table" is a large addressable memory. In this
Die Korrelation im Empfänger kann auch in anderer Weise erfolgen als bisher beschrieben. Beispielsweise kann die Korrelation unter Verwendung eines ”Look-up Table” durchgeführt werden. In diesem Speicher werden die N Spreizungsfolgenphasen cp(t), p = 0, ..., N – 1, der identischen Kopie der im Sender verwendeten Spreizungsfolge c(t) in digitaler Form abgelegt. Der Signalabschnitt r(t) des Empfangssignals y(t) wird mit allen möglichen N Spreizungsfolgenphasen korreliert. Die Phase p, die den größten Korrelationskoeffizienten liefert, wird als gesendet betrachtet und dem ”Symbol-Demapper” SD bzw. SDM übergeben. Man beachte, daß die Korrelationsbildung mittels ”Look-up Table” parallelisierbar ist.The correlation in the receiver can also be done in other ways than previously described. For example, the correlation may be performed using a look-up table. In this memory, the N spreading sequence phases c p (t), p = 0,..., N-1, of the identical copy of the spreading sequence c (t) used in the transmitter are stored in digital form. The signal section r (t) of the received signal y (t) is correlated with all possible N spreading sequence phases. The phase p, which provides the largest correlation coefficient, is considered to be sent and passed to the "symbol demapper" SD or SDM. Note that the correlation formation can be parallelized by means of a look-up table.
Das SFPM-Verfahren nach der Erfindung ist nicht nur bei Spreizungsfolgen mit rechteckiger Impulsform, sondern auch bei Spreizungsfolgen beliebiger Impulsform einsetzbar. Die Impulsform der Spreizungsfolgen schränkt die Anwendbarkeit der SFPM in keiner Weise ein.The SFPM method according to the invention can be used not only for spreading sequences with a rectangular pulse shape but also for spreading sequences of any desired pulse shape. The pulse shape of the spreading sequences in no way restricts the applicability of the SFPM.
Das SFPM-Übertragungsverfahren nach der Erfindung ist darüber hinaus nicht nur bei reellwertigen Spreizungsfolgen, sondern auch bei komplexwertigen Spreizungsfolgen einsetzbar. Insbesondere ist die SFPM anwendbar, wenn die komplexen Spreizungsfolgen durch jeweils zwei reelle Spreizungsfolgen repräsentiert werden. Dabei wird die eine reelle Spreizungsfolge in der Inphasenkomponente und die andere reelle Spreizungsfolge in der Quadraturkomponente eingesetzt.In addition, the SFPM transmission method according to the invention can be used not only for real-valued spreading sequences but also for complex-valued spreading sequences. In particular, the SFPM is applicable if the complex spreading sequences are represented by two real spreading sequences in each case. In this case, the one real spreading sequence in the in-phase component and the other real spreading sequence in the quadrature component is used.
Das SFPM-Verfahren nach der Erfindung kann sowohl als eigenständiges Modulationsverfahren eingesetzt als auch mit einem anderen Modulationsverfahren kombiniert werden. Jedes Modulationsverfahren, das für digitale Nachrichtenubertragungssysteme geeignet ist, in denen Spreizungsfolgen zum Einsatz kommen, ist auch zur Kombination mit der SFPM geeignet. Beispielsweise kann die SFPM mit der BPSK(”Binary Phase Shift Keying”)-Modulation oder der QPSK(”Quarternary Phase Shift Keying”)-Modulation kombiniert werden. Während bei der SFPM die übertragene Information in der Position der Kreuzkorrelationsspitze liegt, nutzt das Modulationsverfahren, das mit SFPM kombiniert wird, die Polarität der Kreuzkorrelationsspitze zur Informationsübertragung.The SFPM method according to the invention can be used both as an independent modulation method and combined with another modulation method. Any modulation scheme that is suitable for digital communications transmission systems that use spreading sequences is also suitable for combining with the SFPM. For example, the SFPM can be combined with BPSK (Binary Phase Shift Keying) modulation or QPSK (Quarternary Phase Shift Keying) modulation. While in the SFPM the transmitted information is in the position of the cross-correlation peak, the modulation method combined with SFPM uses the polarity of the cross-correlation peak for information transmission.
Als Beispiel sei eine Kombination zwischen SFPM und BPSK-Modulation betrachtet. Der zu übertragende Bitstrom d(k) wird auf SFPM und BPSK-Modulation geeignet aufgeteilt. Nach der SFPM kann beispielsweise durch einfaches Umtasten der ausgewählten Spreizungsfolgenphasen cp(t) die BPSK-Modulation realisiert werden. Ob die ursprüngliche oder die umgetastete Spreizungsfolgenphase gesendet wird, wird über das jeweilige, dem BPSK-Modulator zur Übertragung zugewiesene Bit entschieden. Insgesamt können somit n + 1 Bits pro Symbol übertragen werden, nämlich die n Bits der SFPM und das eine Bit der BPSK-Modulation.As an example, consider a combination between SFPM and BPSK modulation. The bitstream d (k) to be transmitted is split appropriately to SFPM and BPSK modulation. After the SFPM, the BPSK modulation can be realized, for example, by simply tapping the selected spreading sequence phases c p (t). Whether the original or the keyed spread sequence phase is transmitted is decided via the respective bit assigned to the BPSK modulator for transmission. In total, n + 1 bits per symbol can thus be transmitted, namely the n bits of the SFPM and the one bit of the BPSK modulation.
Bei der Detektion im Empfänger werden die n Bits der SFPM aus der Position und das eine Bit der BPSK-Modulation aus der Polarität der Kreuzkorrelationsspitze zurückgewonnen. Die Kombination von SFPM mit einem anderen Modulationsverfahren führt zu einer weiteren Effizienzsteigerung, da dadurch mehr Bits pro Symbol übertragen werden können als bei alleiniger Anwendung der SFPM. Die Erhöhung der Datenrate durch die Kombination von SFPM mit einem anderen Modulationsverfahren ist bei gleicher Sendeleistung, Bandbreite und Performance erzielbar.For detection in the receiver, the n bits of the SFPM are recovered from the position and the one bit of BPSK modulation is recovered from the polarity of the cross correlation peak. The combination of SFPM with another modulation method leads to a further increase in efficiency, since more bits can be transmitted per symbol than when using the SFPM alone. Increasing the data rate by combining SFPM with another modulation method is achievable with the same transmission power, bandwidth and performance.
Das Übertragungsverfahren nach der Erfindung läßt sich in vielerlei Gebieten anwenden.The transmission method according to the invention can be used in many fields.
Es ist beispielsweise ein Einsatz in Navigationssystemen möglich. In Navigationssystemen, wie beispielsweise GPS oder GALILEO, liegt aufgrund des Navigationssignals bereits eine hochgenaue Synchronisation vor. Ferner werden in Navigationssystemen neben dem eigentlichen Navigationssignal auch digitale Datensignale zum Informationsaustausch verwendet. Da die Synchronisation für die Datenubertragung über das Navigationssignal gewonnen werden kann, bietet sich die SFPM als digitales Modulationsverfahren für die Datenübertragung an. Mit der SFPM wird somit ein sehr effizientes digitales Datenübertragungsverfahren für Navigationssysteme ermöglicht.For example, use in navigation systems is possible. In navigation systems, such as GPS or GALILEO, due to the navigation signal is already a highly accurate synchronization. Furthermore, in navigation systems in addition to the actual navigation signal and digital data signals are used for information exchange. Since the synchronization for the data transmission can be obtained via the navigation signal, the SFPM offers itself as a digital modulation method for the data transmission. The SFPM thus enables a very efficient digital data transmission method for navigation systems.
Es ist beispielsweise auch ein Einsatz in CDMA-Systemen möglich. Die Verwendung von SFPM in CDMA-Übertragungssystemen ist dann möglich, wenn die Synchronisation nicht aus dem eigentlichen Datensignal, sondern über einen separaten Synchronisationskanal gewonnen werden kann. Unter dieser Bedingung ermöglicht die SFPM die Realisierung sehr effizienter CDMA-Übertragungssysteme. Für die Anwendung der SFPM kommen beispielsweise DS(”Direct Sequence”)-CDMA-Systeme oder MC(”Multi-Carrier”)-CDMA-Systeme in Frage. Während DS-CDMA-Systeme für die dritte Mobilfunkgeneration vorgeschlagen sind, werden MC-CDMA-Systeme für die Anwendung bei neuen Generationen von Mobilfunksystemen diskutiert.For example, it is also possible to use it in CDMA systems. The use of SFPM in CDMA transmission systems is possible if the synchronization can not be obtained from the actual data signal, but via a separate synchronization channel. Under this condition, the SFPM enables the realization of very efficient CDMA transmission systems. For the application of SFPM, for example, DS ("Direct Sequence") - CDMA systems or MC ("multi-carrier") - CDMA systems in question. While DS-CDMA systems are proposed for the third generation of mobile radio, MC-CDMA systems are being discussed for use with new generations of mobile radio systems.
Schließlich ist auch ein Einsatz des Übertragungsverfahrens nach der Erfindung in kombinierten Navigations- und Kommunikationssystemen möglich. Durch Kombination von Navigations- und Kommunikationssystem kann die Synchronisation im Kommunikationssystem über das Navigationssignal gewonnen werden. Somit kann die SFPM als digitales Modulationsverfahren im Kommunikationssystem eingesetzt und so ein sehr effizientes Verfahren zur Datenübertragung im Kommunikationssystem ermöglicht werden. Die Kombination von Navigations- und Kommunikationssystemen wird zur Zeit intensiv diskutiert, beispielsweise zum Einsatz in Leitsystemen.Finally, use of the transmission method according to the invention in combined navigation and communication systems is also possible. By combining the navigation and communication system, the synchronization in the communication system can be obtained via the navigation signal. Thus, the SFPM can be used as a digital modulation method in the communication system, thus enabling a very efficient method of data transmission in the communication system. The combination of navigation and communication systems is currently being discussed intensively, for example for use in control systems.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
-
- EFEF
- Einrichtung zum Zusammenfassen von n BitsDevice for combining n bits
- EZEZ
- Einrichtung zum Zusammenfassen von n BitsDevice for combining n bits
- KDKD
- Korrelationsspitzendetektor (”Peak”-Detektor)Correlation peak detector ("peak" detector)
- KOKO
- Korrelatorcorrelator
- PDPD
- Korrelationsspitzendetektor (”Peak”-Detektor)Correlation peak detector ("peak" detector)
- SDSD
- Symbol-DemapperSymbol demapper
- SDMSDM
- Symbol-DemapperSymbol demapper
- SEGSEG
- Segmentierungsgliedsegmentation link
- SGSG
- SpreizungsfolgengeneratorSpreading sequence generator
- SGESGE
- SpreizungsfolgengeneratorSpreading sequence generator
- SGLSGL
- Segmentierungsgliedsegmentation link
- SGNSGN
- SpreizungsfolgenphasengeneratorSpreading sequence phase generator
- SMSM
- Symbol-MapperSymbol mapper
- SPSP
- SpreizungsfolgenphasengeneratorSpreading sequence phase generator
- SPGSPG
- SpreizungsfolgengeneratorSpreading sequence generator
- SYMSYM
- Symbol-MapperSymbol mapper
- SYNSYN
- Synchronisierungseinrichtungsynchronizer
- SZVSZV
- Spreizungsfolgengenerator mit zyklischer VerschiebungSpread sequence generator with cyclic shift
- SYHSYH
- Synchronisierungseinrichtungsynchronizer
- VGVG
- Verzögerungsglieddelay
- ZKOZKO
- Zyklischer KorrelatorCyclic correlator
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---|---|---|---|---|
EP0508621B1 (en) * | 1991-04-10 | 1997-06-11 | Ashtech Inc. | Global positioning system receiver digital processing technique |
EP0526040A2 (en) * | 1991-07-18 | 1993-02-03 | Motorola, Inc. | Two channel global positioning system receiver |
EP0777129A1 (en) * | 1995-12-02 | 1997-06-04 | Plessey Semiconductors Limited | GPS receiver |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Kammeyer, Karl-Dirk: Nachrichtenübertragung. 2-te Auflage. Stuttgart : Teubner-Verlag, 1998. 639-647. - ISBN 3-519-18142-7 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE10128353A1 (en) | 2003-01-02 |
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