DE10325838B4

DE10325838B4 - Verfahren und Schaltung zur Crestfaktor-Reduzierung

Info

Publication number: DE10325838B4
Application number: DE10325838A
Authority: DE
Inventors: Werner Henkel; Dietmar Sträussnigg; Steffen Trautmann; Axel Clausen
Original assignee: Lantiq Deutschland GmbH
Current assignee: Intel Germany Holding GmbH
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2003-06-06
Publication date: 2012-03-08
Anticipated expiration: 2023-06-07
Also published as: US20070099579A1; DE10325838A1; US7839947B2; WO2004110011A1

Abstract

Erfindungsgemaße ist eine Schaltung zur Crestfaktor-Reduzierung vorgesehen: (A) mit einem Sendepfad mit einem zu sendenden Datensymbol; (B) mit einem Modellpfad, – der parallel zu einem Abschnitt des Sendepfads angeordnet ist, – der ein Modellfilter aufweist, dem das zu sendende nicht-uberabgetastete Datensymbol zufuhrbar ist, wobei das nicht-überabgetastete Datensymbol ein nicht-flaches PSD-Leistungsspektrum aufweist, – der eine dem Modellfilter nachgeschaltet angeordnete Analyse- und Auswerteschaltung aufweist, die uberpruft, ob die Zeitfunktion des zu sendenden Datensymbols innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls zumindest ein Maximum aufweist, welches betragsmäßig eine erste Schwelle uberschreitet und/oder die zugehorige Position des Maximum innerhalb des Zeitintervalls bestimmt, und die durch Skalierung und Verschieben einer dirac-ahnlichen Musterfunktion eine Korrekturfunktion abhangig von der Position und der Amplitude des Maximums erzeugt; (C) mit einer Subtrahiereinrichtung, die mit Ausgangen des Modellpfads und des Sendepfads verbunden ist und die die Korrekturfunktion von dem zu sendenden Datensymbol abzieht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung und ein Verfahren zur Crestfaktor-Reduzierung eines zu sendenden Datensymbols in einem Mehrtrager-Datenubertragungssystem, bei dem das zu sendende Datensymbol eine Funktion einer Vielzahl von innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls vorgesehener Signale ist und jedes dieser Signale einem Trager zugeordnet ist, wobei jeder Träger jeweils mindestens eine Frequenz aus einem Sendedatenspektrum belegt, wobei zumindest ein Trager reserviert ist, der nicht für die Datenübertragung vorgesehen ist.
In der modernen Telekommunikation spielt die hochbitratige Datenubertragung auf einer Teilnehmerleitung eine zunehmend großere Rolle, insbesondere deshalb, da man sich von ihr eine großer nutzbare Bandbreite der zu übertragenden Daten kombiniert mit einer bidirektionalen Datenkommunikation verspricht.
Eine Technik, die in jüngster Zeit immer mehr an Bedeutung gewinnt, ist die sogenannte Mehrträger-Datenubertragung, die auch als ”Multi-Carrier”-Übertragung, als „Discrete Multitone (DMT)” Übertragung oder als „Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)” Ubertragung bekannt ist. Eine solche Datenubertragung wird beispielsweise bei leitergebundenen Systemen, aber auch im Funkbereich, fur Broadcast-Systeme und fur den Zugang zu Datennetzen verwendet. Solche Systeme zur Ubertragung von Daten mit Mehrträgerubertragung verwenden eine Vielzahl von Tragerfrequenzen, wobei fur die Datenubertragung der zu übertragende Datenstrom in viele parallele Teilstrome zerlegt wird, welche im Frequenzmultiplex unabhangig voneinander ubertragen werden. Diese Teilströme werden auch als Einzeltrager bezeichnet.
Ein Vertreter der Mehrtrager-Datenubertragung ist die ADSL-Technik, wobei ADSL für „Asymmetric Digital Subscriber Line” steht. Mit ADSL ist eine Technik bezeichnet, die die Ubertragung eines hochbitratigen Bitstromes von einer Zentrale zum Teilnehmer und eines niederbitratigen, vom Teilnehmer zu einer Zentrale führenden Bitstromes erlaubt. Bei dieser Technik wird die Telekommunikationsleitung in zumindest einen Kanal fur herkommliche Telefondienste (also Sprachübertragung) und mindestens einen weiteren Kanal für die Datenübertragung unterteilt.
Wenngleich bereits sehr viele Probleme bei solchen Mehrtrager-Datenubertragungssystemen wie ADSL gelost sind, bleiben immer noch einige Probleme ungelost.
Ein mit dieser Mehrträger-Datenübertragung einher gehendes Problem ergibt sich dadurch, dass infolge der Uberlagerung sehr vieler Einzeltrager sich diese kurzzeitig zu sehr hohen Spitzenwerten aufaddieren können. Das Verhaltnis von Spitzenwert zu Effektivwert wird als Crestfaktor, sein Quadrat als PAR (Peak to Average Ratio) bezeichnet. Speziell bei Mehrträgersystemen wie ADSL kann der Crestfaktor sehr groß – zum Beispiel größer als 6 – werden. Auch wenn diese Spitzenwerte in der sich daraus ergebenden Amplitude sehr selten und typischerweise nur fur sehr kurze Zeitdauern vorhanden sind, stellen sie einen großen Nachteil der Mehrtrager-Datenübertragung dar.
Ein großer Crestfaktor verursacht verschiedene Probleme im Gesamtsystem der Datenubertragung:
Die maximal mogliche Aussteuerung der Digital/Analog-Wandler und der analogen Schaltungsteile, zum Beispiel Filter und Leitungstreiber, mussen in ihrem Aussteuerbereich und ihrer Dynamik bzw. Auflösung fur die maximal vorkommenden Spitzenwerte ausgelegt sein. Das bedeutet, diese Schaltungsteile müssen wesentlich großer dimensioniert sein, als die effektive Aussteuerung. Dies geht mit einer entsprechend hohen Betriebsspannung einher, was unmittelbar auch zu einer hohen Verlustleistung fuhrt. Speziell bei Leitungstreibern, die im Allgemeinen eine nicht zu vernachlassigende Nichtlinearitat aufweisen, fuhrt dies zu einer Verzerrung des zu sendenden Signals.
Ein weiteres Problem der Datenubertragung bei hohen Crestfaktoren besteht darin, dass ein sehr hoher Spitzenwert im Sendesignal die maximal mögliche Aussteuerung uberschreiten kann. In diesem Falle setzt eine Begrenzung des Sendesignals ein – man spricht hier von einem Clipping. In diesen Fallen repräsentiert das Sendesignal aber nicht mehr die ursprungliche Sendesignalfolge, so dass es zu Übertragungsfehlern kommt.
Aus diesem Grunde besteht bei Mehrtrager-Datenübertragungssystemen der Bedarf, solche Spitzenwerte weitestgehend zu unterdrucken oder zu vermeiden. Dieses Problem ist in der Literatur unter dem Begriff Crestfaktor-Reduzierung oder auch PAR-Reduzierung bekannt. Es existieren hier mehrere Lösungsansätze zur Reduzierung des Crestfaktors:
Bei einem bekannten Verfahren werden einige Träger oder Tragerfrequenzen aus dem Mehrträger-Datenubertragungssystem reserviert (typischerweise etwa 5% des Spektrums). Aus diesen reservierten Trägern wird eine Funktion im Zeitbereich mit moglichst hohem, zeitlich schmalen Spitzenwert erzeugt, die das Korrektursignal bzw. den sogenannten Kernel bildet. Iterativ wird dieser Kernel, der lediglich die reservierten Trager belegt, mit einem Amplitudenfaktor gewichtet, der proportional der Differenz von maximalem Spitzenwert und gewunschtem Maximalwert ist, und im Zeitbereich vom Sendesignal subtrahiert. Dabei wird der Kernel an die Stelle des entsprechenden Spitzenwertes des Sendesignals, der fur den uberhohten Crestfaktor verantwortlich ist, zyklisch verschoben. Der Verschiebungssatz der DFT-Transformation stellt sicher, dass auch nach der Verschiebung nur die reservierten Trager belegt werden. Eine Uberabtastung des zu sendenden Datensignals ist hier nicht vorgesehen.
In der internationalen Patentanmeldung WO 03/026240 A2 ist ein auf dem vorstehend beschriebenen Verfahren aufbauendes Verfahren beschrieben, bei dem Spitzenwerte im zu sendenden Zeitsignal, die fur einen zu hohen Crestfaktor verantwortlich sind, durch iterative Berechnung des Korrektursignals reduziert werden. Dabei findet eine Überabtastung des Eingangssignals sowie eine Modellierung der der Schaltung zur Crestfaktor-Reduzierung nachgeschalteten Filter statt, um dadurch eine optimale Crestfaktor-Reduzierung und damit eine hohe Qualität der Datenübertragung zu gewahrleisten.
Die oben beschriebenen Verfahren bauen auf der Existenz, Manipulation und iterativer Anwendung von Korrektursignalen im Zeitbereich – den sogenannten Kernels – auf. Diese Verfahren arbeiten lediglich im Zeitbereich und sind daher durch ihre Schnelligkeit und geringe Komplexität gekennzeichnet.
Das in der WO 03/026240 A2 beschriebene Verfahren sieht vor, dass für das sichere Erkennen von Spitzenwerten zwischen Abtastwerten des zu sendenden Datensignals eine moglichst hohe Abtastung, zumindest aber eine 4-fache Uberabtastung des Datensignals vorgenommen wird, um eine möglichst gute Crestfaktor-Reduzierung zu erhalten. Mit zunehmender Überabtastung steigt allerdings die Komplexitat der Schaltung zur Crestfaktor-Reduzierung, die notig ist, um die entsprechende Leistungsfähigkeit und Schnelligkeit bei der Signalbearbeitung gegenüber einem Verfahren ohne Uberabtastung zu gewahrleisten.
Das in der WO 03/026240 A2 beschriebene Verfahren sieht ferner vor, dass fur die Crestfaktor-Reduzierung im Falle einer L-fachen Uberabtastung im Modellzweig ein Satz von L zeitlich verschobenen Musterkorrekturfunktionen in einem Speicher abgelegt sind. Dies ist erforderlich, weil durch die Kombination von Überabtastung und Filterung bei einer Zeitverschiebung im überabgetasteten Raster zu einem gewissen Anteil sogenannte Aliasing-Komponenten die Musterkorrekturfunktionen verfälschen. Diese Aliasing-Komponenten sind unerwünscht, da Sie dazu führen, dass die L Musterkorrekturfunktionen in ihrer Form nicht exakt übereinstimmen und sich nicht durch eine zyklische Zeitverschiebung ineinander überführen lassen. Parallel zu dem Satz von L Musterkorrektursignalen im Modellpfad wird auch ein entsprechender Satz von korrespondierenden, nicht überabgetasteten Musterkorrektursignalen für die Operationen im tatsächlichen Signalpfad benötigt. Durch das eben beschriebene L-fache Überabtasten des zu sendenden Datensignals im Modellpfad wird zwar die Crestfaktor-Reduzierung und damit die Qualität der Datenübertragung verbessert, jedoch erfordert dies einen schaltungstechnischen Zusatzaufwand, der für viele Anwendungen nicht gerechtfertigt ist.
In der US Patentanmeldung US 2003/0026263 A1 ist ein weiteres Mehrträgerübertragungssystem beschrieben und in der europäischen Patentanmeldung EP 0725510 A1 ist ein weiteres Verfahren und eine weitere Vorrichtung zur Crestfaktor-Reduzierung beschrieben.
Weitere Verfahren und Vorrichtungen zur Crestfaktor-Reduzierung sind in HENKEL et al.: ”PAR reduction revisited: an extension to Tellado's method”, 6^th International OFDM-Workshop, 2001, Hamburg, S. 31-1 bis 31-6; und SALVEKAR et al.: ”Peak-to-Average Power Ratio Reduction for Block Transmission Systems in the Presence of Transmit Filtering”, IEEE International Conference on Communications, 2001, S. 175 bis 178 beschrieben.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltung zur Crestfaktor-Reduzierung anzugeben, die sich durch eine möglichst geringe Komplexität bei gleichzeitig hoher Leistungsfähigkeit auszeichnen und dennoch eine möglichst optimale Crestfaktor-Reduzierung gewährleisten.
Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch eine Schaltung mit. den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Multi-Mode-Modem mit den Merkmalen des Anspruchs 5 sowie zwei Verfahren mit den Merkmalen der Patentansprüche 6 und 9 gelöst.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine 2-fache Überabtastung einen annehmbaren Kompromiss zwischen Komplexität und Leistungsfähigkeit darstellt, bei dem mit hinreichender Sicherheit Spitzenwerte zwischen den einzelnen Abtastwerten detektiert werden können und bei dem der dafür erforderliche schaltungstechnische Aufwand auf ein Mindestmaß reduziert werden kann. Eine Mindestüberabtastung mit dem Faktor vier (L = 4), wie es in der WO 03/026240 A2 beschrieben ist, ist daher nicht notwendigerweise erforderlich, was zu einer Reduzierung der Komplexität bei gleicher Leistungsfähigkeit führt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf Mehrtrager-Datenübertragungssysteme nach dem ADSL- bzw. nach dem ADSL+-Standard. Im Falle einer ADSL-Datenubertragung wird eine Abtastfrequenz von 2,208 MHz und im Falle einer ADSL+-Datenubertragung eine Abtastfrequenz von 4,416 MHz verwendet. Im Gegensatz zu ADSL wird bei ADSL+ eine nicht-flache PSD-Maske (PSD = Power Spectral Density) verwendet. Bei dieser nicht-flachen PSD-Maske im Falle von ADSL+ ist die Sendeleistung in der oberen Hälfte des Sendebandes um bis zu 20 dB gegenuber der Sendleistung der unteren Hälfte des Sendebandes untergewichtet. Damit besitzt ein zu sendendes Datensignal mit einem nicht-flachen Leistungssignalspektrum, wie es beispielsweise bei einer ADSL+-Datenübertragung verwendet wird, nahezu die gleichen Eigenschaften wie ein 2-fach uberabgetastetes Signal bei Verwendung eines flachen PSD-Leistungsspektrums. Zusätzlich wird durch die Dampfung im oberen Frequenzbereich der Einfluss des bandbegrenzenden Tiefpasses auf den Crestfaktor des zu sendenden Datensignals vermindert.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht nun darin, dass im Gegensatz zu der in der allgemeinen Fachwelt bislang geltenden Meinung auf eine Überabtastung im Falle einer ADSL+-Datenubertragung verzichtet werden kann, da das Sendesignal im Falle von ADSL+ ohnehin die Eigenschaften eines 2-fach überabgetasteten Signals aufweist. Dies reduziert die Komplexitat der gesamten Schaltung zur Crestfaktor-Reduzierung bei gleicher Leistungsfahigkeit ganz erheblich. Das entsprechende senderseitige Modem fur die ADSL+-Datenubertragung lasst sich damit im Vergleich zu einem solchen Modem, welches für eine 4-fache Überabtastung des Sendesignals ausgelegt ist, erheblich kostengünstiger herstellen.
In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung lassen sich sogenannte Multi-Mode-Modems realisieren, die sowohl für einen ADSL-Betrieb als auch einen ADSL+-Betrieb ausgelegt sind. Im Falle von ADSL ist hier eine 2-fache Überabtastung und im Falle von ADSL+ ist keine Überabtastung vorgesehen. Der besondere Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass der Modellzweig der Schaltung zur Crestfaktor-Reduzierung auf eine einzige, feste Abtastrate ausgelegt werden kann. Vorteilhafterweise lässt sich das dem Überabtastblock nachgeschaltete Modellfilter auf eine einzige Abtastrate einstellen und modifizieren.
In einer weiteren Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, dass gleiche Filter mit gleichen Filterkoeffizienten vorgesehen sind. Ein Zusatzaufwand zur Einstellung und Anpassung der Filterkoeffizienten dieses Modellfilters wäre hier nicht erforderlich. Dadurch sinkt der Implementierungsaufwand hier zusätzlich. Dies reduziert den Aufwand für die Implementierung eines solchen Multi-Mode-Modems erheblich.
Die Reduzierung der Überabtastung von vier auf zwei im Falle von ADSL und der Verzicht auf eine Überabtastung im Falle von ADSL+ ermöglicht ferner den Betrieb mit reduzierter Taktrate. Dadurch weist der für die Abspeicherung der Musterkorrektursignale erforderliche Speicher auch eine entsprechend reduzierte Speichergröße auf, da lediglich eine entsprechend der Reduzierung der Abtastrate reduzierte Anzahl von Musterkorrektursignalen im Speicher abgelegt werden müssen.
Eine weitere Einsparung erhält man, wenn für den Modellzweig anstelle einer der Überabtastung (L) entsprechenden Anzahl an Musterkorrektursignalen lediglich ein einziges Musterkorrektursignal im Speicher abgelegt wird. Aus diesem abgespeicherten Musterkorrektursignal werden die übrigen Musterkorrektursignale (L-1) mittels zyklischer Zeitverschiebung und Skalierung im Zeitbereich abgeleitet. Auf diese Weise kann der gesamte Speicheraufwand etwa um den Faktor der Uberabtastung (L) reduziert werden.
Diese Vorgehensweise stellt lediglich eine Approximation für die L-1 derart abgeleiteten Musterkorrektursignale dar. Um einen Fehler bei der Crestfaktor-Reduzierung auf ein Mindestmaß zu reduzieren, werden vorteilhafter Weise solche dirac-ahnlichen Musterkorrekturfunktionen für die Crestfaktor-Reduzierung verwendet, deren zeitverschobene Varianten möglichst ahnlich zueinander sind, das heißt, bei denen Aliasing-Effekte aufgrund einer Verschiebung vernachlassigbar gering sind. Dadurch kann ohne eine Reduzierung der Leistungsfahigkeit bei der Datenübertragung der Speicheraufwand im Modellzweig und somit auch der gesamten Schaltung zur Crestfaktor-Reduzierung auf ein Mindestmaß reduziert werden.
In Kombination mit einer festen Abtastrate fur den Modellzweig ergibt sich hier eine weitere Vereinfachung fur Multi-Mode-Modems, die sowohl fur eine ADSL- als auch eine ADSL+-Datenubertragung ausgelegt sind. Vorteilhafter Weise ergibt sich hier ein konstanter Speicherbedarf, da sowohl der ADSL-Modus wie auch der ADSL+-Modus fur die iterative Behandlung des Datensignals im Modellzweig nur noch jeweils eine einzige Musterkorrekturfunktion konstanter Lange (zum Beispiel 2·512) benötigen. Für die iterative Behandlung im Signalpfad benotigt der ADSL-Modus zwei Musterkorrekturfunktionen der Lange 512 bzw. der ADSL+-Modus benotigt lediglich eine Musterkorrekturfunktion der Lange 1024. Dabei ist mit 512 und 1024 die Anzahl der jeweiligen Trager innerhalb des vorgegebenen Rahmens des Datensignals bezeichnet.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt dabei:
1 eine stark vereinfachte Darstellung einer PSD-Maske im Falle einer ADSL-Datenübertragung (a) und im Falle einer ADSL+-Datenübertragung (b);
2 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltung zur Crestfaktor-Reduzierung für einen ADSL+-Betrieb;
3 ein Blockschaltbild eines zweiten, besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltung zur Crestfaktor-Reduzierung für ein Multi-Mode-Modem.
In allen Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Signale – sofern nichts anderes angegeben ist – gleich bezeichnet worden.
1 zeigt qualitativ zwei PSD-Masken, wie sie beispielsweise bei einer bekannten ADSL-Datenübertragung (a) und ADSL+-Datenübertragung (b) verwendet werden. PSD (= Power Spectral Density) bezeichnet dabei die maximal zugelassene spektrale Leistungsdichte des Sendesignals, welche durch einen entsprechenden Standard definiert ist.
Bei der PSD-Maske 21 für die ADSL-Datenübertragung werden mehrere Trägerfrequenzen im Bereich von f0 bis f1 für die Datenübertragung verwendet. Es handelt sich hier um eine flache PSD-Maske 21, da die Sendeleistung auf allen Trägerfrequenzen auf einen konstanten Wert normiert sind. Wenngleich eine Datenübertragung nach dem ADSL-Standard eine flache PSD-Maske 21 aufweist, ist dies nicht notwendigerweise bei allen, auf Multiträgern basierenden Datenübertragungssystemen der Fall. Insbesondere bei der ADSL+-Datenübertragung wird eine nicht-flache PSD-Maske 22 verwendet (siehe 1(b)). Im Unterschied zu der ADSL-PSD-Maske 21 ist hier die Übertragungsbandbreite auf Frequenzen f > f1 erweitert. Dieser hoherfrequente Anteil des erweiterten Sendespektrums im Falle von ADSL+ erstreckt sich zwischen den Frequenzen f1–f2. Die PSD-Maske 22 fur ADSL legt fur das höherfrequente Spektrum zwischen f1–f2 gegenuber dem niederfrequenten Spektrum zwischen f0–f1 eine niedrigere Leistungsdichte fest. Es ergibt sich somit eine Gesamt-PSD-Maske 22 für ADSL+, die quasi gestuft ausgebildet ist, dass heißt die nicht mehr flach ist.
2 zeigt ein Blockschaltbild eines ersten Ausfuhrungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltung zur Crestfaktor-Reduzierung, welches fur eine ADSL+-Datenübertragung ausgelegt ist.
In 2 ist mit Bezugszeichen 1 ein Ausschnitt aus einem Mehrträger-Datenübertragungssystem bezeichnet. Hinsichtlich des Aufbaus und der Funktionsweise eines solchen Mehrtrager-Datenubertragungssystems und insbesondere einer CF-Schaltung wird auf die bereits eingangs erwahnte WO 03/026240 A2 verwiesen, die hinsichtlich des Aufbaus eines Mehrträger-Datenubertragungssystems und insbesondere einer Schaltung zur Crestfaktor-Reduzierung vollinhaltlich in die vorliegende Patentanmeldung miteinbezogen wird. In 2 ist lediglich der senderseitige Übertragungspfad 5 dargestellt, der zwischen einem nicht dargestellten Sender und einer ebenfalls nicht dargestellten Gabelschaltung, die mit der entsprechenden Telefonleitung verbunden ist, angeordnet ist.
Im Sendepfad 5 des Mehrträger-Datenubertragungssystems sind nacheinander ein IFFT-Modul 2, eine Schaltungsanordnung zur Crestfaktor-Reduzierung 3 und ein Ausgabefilter 4 angeordnet. Dem IFFT-Modul 2 wird von dem Sender ein Eingangssignal X0 zugefuhrt, welches von dem IFFT-Modul 2 mittels inverser Fourier-Transformation moduliert wird. Das so modulierte Eingangssignal X wird der nachgeschalteten CF-Schaltung 3 zugeführt. Die CF-Schaltung 3 erzeugt ein Crestfaktor-reduziertes Ausgangssignal Z, welches dem nachgeschalteten Ausgabefilter 4 zugefuhrt wird. Nach der Filterung des Crestfaktor-reduzierten Ausgangssignals Z gibt das Filter 4 ein Signal Z' aus, welches nach wie vor Crestfaktor-reduziert ist.
Die CF-Schaltung 3 weist zu diesem Zwecke einen Modellpfad 6 auf, der parallel zu einem Abschnitt des Sendepfades 5 angeordnet ist. Der Modellpfad 6 zweigt am Eingang der CF-Schaltung 3 von dem Sendepfad 5 ab, so dass dem Modellpfad 6 ebenfalls das modulierte Eingangssignal X zugeführt wird. Dieses Signal X wird zunachst einem Modellfilter 12 zugeführt. Bei dem Modellfilter 12 handelt es sich um eine möglichst getreue Abbildung des der CF-Schaltung 3 nachgeschalteten Filters 4 bzw. Filterkette. Damit wird der Charakteristik des Filters 4 und dessen Einfluss auf das zu sendende Signal X Rechnung getragen. Es kann damit sicher gestellt werden, dass, obwohl durch das Ausgabefilter 4 das Ausgangssignal Z verandert wurde und somit die Möglichkeit einer erneuten Erzeugung eines überhohten Crestfaktors besteht, das gefilterte Ausgangssignal Z' dennoch keine uberhöhten Spitzenwerte aufweist.
Eine Uberabtastung findet in der CF-Schaltung 3 in 2 nicht statt, da im Falle einer ADSL+ Datenübertragung aufgrund der nicht-flachen Struktur der PSD-Maske 22 (siehe 1(b)) das Sendesignal X ohnehin die Charakteristik eines 2-fach überabgetasteten Signals aufweist und sich erfindungsgemäß gezeigt hat, dass eine solche Uberabtastung zum Zwecke der Crestfaktor-Reduzierung ausreicht.
Dem Modellfilter 12 ist eine Analyse- und Auswerteeinheit 13 nachgeschaltet, die das gefilterte Signal Y dahingehend uberprüft, ob innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls ein Spitzenwert vorhanden ist. Dabei wird überprüft, ob der Betrag des Signals Y eine vorgegebene Schwelle überschreitet. Uberschreitet der Betrag der Amplitude des Signals Y diese Schwelle schließt man auf einen Spitzenwert und damit auf einen uberhohten Crestfaktor, den es zu reduzieren gilt. In diesem Fall bestimmt die Analyse- und Auswerteeinheit 13 auch die relative zeitliche Position und den Wert der Amplitude dieses Spitzenwertes innerhalb des Zeitintervalls.
Vorteilhafterweise ist die Analyse- und Auswerteeinheit 13 als programmgesteuerte Einheit, insbesondere als Mikroprozessor oder Mikrocontroller, ausgebildet.
Das für die Suche eines Spitzenwertes und dessen zeitlicher Position innerhalb eines Zeitintervalls verwendete Verfahren entspricht dem in der WO 03/026240 A2 beschriebenen Verfahren. Diese Druckschrift wird hinsichtlich dieses Verfahrens vollinhaltlich in die vorliegende Patentanmeldung miteinbezogen.
Die Analyse- und Auswerteeinheit 13 enthalt typischerweise auch eine Speichereinheit, in der Musterkorrekturfunktionen abgespeichert sind. Bei diesen Musterkorrekturfunktionen handelt es sich um Zeitvektoren, zum Beispiel um dirac-ahnliche Funktionen, aus denen durch Skalierung und Verschieben die entsprechende Korrekturfunktion Y_CF gebildet wird. Hat die Analyse- und Auswerteeinheit 13 einen Spitzenwert detektiert, dann gibt sie ein dirac-ähnliches Korrektursignal Y_CF aus.
In einer der Analyse- und Auswerteeinheit 13 nachgeschalteten Addiereinrichtung 10 wird das vorskalierte und bereits verschobene Korrektursignal Y_CF im Sendepfad 5 mit dem zeitlich geeignet verzogerten Sendesignal X uberlagert. Die Uberlagerung erfolgt zum Beispiel durch Subtraktion des Korrektursignals Y_CF von dem entsprechenden Teil des Zeitsignals X in der Addiereinrichtung 10.
In 2 sind im Sendepfad 5 und Modellpfad 6 ferner Ruckkopplungspfade 17, 18 vorgesehen. Die Ruckkopplungspfade 17, 18 im Sendepfad 5 und Modellpfad 6 sowie die in diesen Pfaden 5, 6 angeordneten Schalter 7, 8, 14 dienen der iterativen Behandlung der jeweiligen Signale.
Für die iterative Behandlung der Eingangssignale X enthält der Sendepfad 5 einen ersten Schalter 7 (Start), einen zweiten Schalter 8 (Stop), einen zwischen diesen Schaltern 7, 8 angeordneten Puffer 9 und eine Additionseinrichtung 10. Die Puffereinrichtung 9 dient der Pufferung, d. h. der Verzögerung des eingangsseitig zugeführten Zeitsignals X, um einer Zeitverzögerung im Modellpfad 6 Rechnung zu tragen sowie für eine Abspeicherung der jeweiligen Zwischenwerte aus der Iteration.
Für die iterative Behandlung der Signale Y im Modellpfad 6 ist ein erster Schalter 14 (Start), eine Puffereinrichtung 15 sowie eine Addiereinrichtung 16 vorgesehen. Die Analyse- und Auswerteeinheit 13 führt das Korrektursignal Y*_CF auch der Addiereinrichtung 16 zu, in der das Korrektursignal Y*_CF von dem Zeitsignal Y im Modellpfad 6 subtrahiert wird. Es ergibt sich somit die zweite Iterationsschleife 18.
3 zeigt ein Blockschaltbild eines zweiten, besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltung zur Crestfaktor-Reduzierung.
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel in 2 ist in 3 eine CF-Schaltung 3 vorgesehen, die für ein senderseitiges Multi-Mode-Modem ausgelegt ist, die also sowohl für einen ADSL-Betrieb als auch für einen ADSL+-Betrieb ausgelegt ist. Im Falle einer ADSL-Datenübertragung beträgt die Abtastfrequenz 2,208 MHz und im Falle einer ADSL+-Datenübertragung beträgt die Abtastfrequenz 4,416 MHz. In dem Ausführungsbeispiel in 3 ist im Modellpfad 6 eine Überabtasteinheit 11 vorgesehen. Diese Überabtasteinheit 11 ist dem Modellfilter 12 vorgeschaltet. Der Übertasteinheit 11 werden eingangsseitig die zu sendenden Datensignale zugeführt. Die entsprechend überabgetasteten Datensignale X' werden von der Überabtasteinheit 11 dem nachgeschalteten Modellfilter 12 zufuhrt. Dabei ist eine 2-fache Uberabtastung vorgesehen. Diese 2-fache Uberabtastung ist im Falle einer ADSL-Datenubertragung erforderlich, um die entsprechenden Spitzenwerte zwischen den einzelnen Abtastwerten definiert zu erkennen. Im Falle einer ADSL+-Datenubertragung ist eine solche zweifache Überabtastung aufgrund der nicht-flachen Struktur der PSD-Maske 21 (siehe 1(a)) nicht erforderlich. Aus diesem Grunde ist auch eine Uberbrückungseinheit 19 vorgesehen, mit der die Uberabtasteinheit 11 und damit die zweifache Uberabtastung, uberbruckbar ist.
Je nachdem, ob die CF-Schaltung 3 nun im ADSL-Modus oder im ADSL+-Modus betrieben werden soll, wird das Datensignal X mittels einer Schaltvorrichtung 20 auf die Uberabtasteinheit 11 oder die Uberbrückungseinheit 19 geschaltet. Der besondere Vorteil an der in 3 dargestellten CF-Schaltung 3 besteht darin, dass die Abtastrate und vorteilhafterweise auch die entsprechenden Koeffizienten des Modellfilters 12 sowohl für den ADSL-Betrieb als auch für den ADSL+-Betrieb bereits angepasst sind und somit nicht eigens fur die unterschiedlichen Betriebsmodi des Modems eingestellt werden mussen. Der schaltungstechnische Aufwand kann somit auf ein Mindestmaß reduziert werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausfuhrungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschrankt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Insbesondere ist die Erfindung nicht auf die vorstehenden Datenübertragungssysteme und Verfahren beschrankt, sondern lasst sich zum Zwecke der Crestfaktor-Reduzierung auf sämtliche, auf Multiträger-Datenübertragung basierende Systeme und Verfahren erweitern. Insbesondere sei die Erfindung nicht auf eine ADSL- oder ADSL+-Datenubertragung beschrankt, sondern lässt sich auf samtliche xDSL-Datenubertragungen erweitern. Denkbar sind auch mobile Anwendungen wie DAB (= Digital Audio Broadcasting), DVB-T (= Digital Video Broadcasting-Terrestrial) oder OFDM-basierte WLAN-Anwendungen (= Wireless Local Area Network).
Es versteht sich, dass die Elemente der Schaltung zur Crestfaktor-Reduzierung sowie die angegebenen IFFT-Module und Filter herkommliche Hardware-Komponenten sind, die aber auch Softwaremaßig realisiert werden können.
Statt einer IFFT lassen sich auch beliebig andere, fur Mehrtragerübertragung geeignete Transformationen verwenden.
Auch sei die Erfindung nicht notwendigerweise auf eine 2-fache oder 4-fache Uberabtastung des zu sendenden Datensignals beschrankt. Vielmehr kann auch vorgesehen sein, dass hier keine Uberabtastung, sogar eine Unterabtastung oder eine beliebig hohe Uberabtastung stattfindet.
Bezugszeichenliste

1: Mehrtrager-Datenubertragungssystem
2: IFFT-Modul
3: Schaltung zur Crestfaktor-Reduzierung, CF-Schaltung
4: Ausgabefilter, Filterkette
5: Sendepfad
6: Modellpfad
7: Schalter
8: Schalter
9: Puffereinrichtung, Speicher
10: Addiereinrichtung
11: Einheit zur Überabtastung
12: Modellfilter
13: Analyse- und Auswerteeinheit
14: Schalter
15: Puffereinrichtung, Speicher
16: Addiereinrichtung
17: Iterationspfad im Sendepfad
18: Iterationspfad im Modellpfad
19: Uberbrückungseinheit
20: (steuerbarer) Schalter
21: PSD-Maske für ADSL-Mode
22: PSD-Maske fur ADSL+-Mode
X0: Eingangssignal
X: (IFFT moduliertes) Eingangssignal
X': (uberabgetastetes, IFFT-moduliertes) Eingangssignal
Y: gefiltertes Signal
Z: Ausgangssignal
Z': gefiltertes Ausgangssignal
Y_CF: Korrektursignale fur den Sendepfad
Y*_CF: Korrektursignale fur den Modellpfad
f0, f1, f2: Frequenzen aus dem PSD-Spektrum

Claims

Schaltung zur Crestfaktor-Reduzierung (3) eines zu sendenden Datensymbols (X) in einem Mehrtrager-Datenübertragungssystem (1), bei dem das zu sendende Datensymbol (X) eine Funktion einer Vielzahl von innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls vorgesehener Signale ist und jedes dieser Signale einem Träger zugeordnet ist, wobei jeder Träger jeweils mindestens eine Frequenz aus einem Sendedatenspektrum belegt, wobei zumindest ein Träger reserviert ist, der nicht fur die Datenübertragung vorgesehen ist, (A) mit einem Sendepfad (5) mit einem zu sendenden Datensymbol (X); (B) mit einem Modellpfad (6), – der parallel zu einem Abschnitt des Sendepfads (5) angeordnet ist, – der ein Modellfilter (12) aufweist, wobei das nicht-überabgetastete Datensymbol (X) ein nicht-flaches PSD-Leistungsspektrum aufweist, – der eine Überabtasteinrichtung (11) aufweist, die dazu ausgelegt ist, eine 2-fach Überabtastung des zugeführten Datensymbols (X) vorzunehmen, – der eine Überbruckungseinrichtung (19) aufweist, die dazu ausgelegt ist, eine Überbruckung der Überabtasteinrichtung (11) dergestalt vorzunehmen, dass dem Modellfilter wahlweise das nicht-überabgetastete Datensymbol (X) oder ein 2-fach überabgetastetes Datensymbol zuführbar ist, und – der eine dem Modellfilter (12) nachgeschaltet angeordnete Analyse- und Auswerteschaltung (13) aufweist, die überpruft, ob die Zeitfunktion des zu sendenden Datensymbols (X) innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls zumindest ein Maximum aufweist, welches betragsmäßig eine erste Schwelle überschreitet oder welches betragsmaßig eine erste Schwelle überschreitet und die zugehörige Position des Maximum innerhalb des Zeitintervalls bestimmt, und die durch Skalierung und Verschieben einer dirac-ähnlichen Musterfunktion eine Korrekturfunktion (Y_CF) abhängig von der Position und der Amplitude des Maximums erzeugt; (C) mit einer Subtrahiereinrichtung (10), die mit Ausgängen des Modellpfads (6) und des Sendepfads (5) verbunden ist und die die Korrekturfunktion (Y_CF) von dem zu sendenden Datensymbol (X) abzieht.
Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schalteinrichtung (20) im Modellpfad (6) vorgesehen ist, die der Überabtasteinrichtung (11) und der Überbrückungseinrichtung (19) vorgeschaltet ist und die das Datensymbol (X) entweder über die Überbrückungseinrichtung (19) oder uber die Überabtasteinrichtung (11) weiterleitet.
Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modellfilter (12) so ausgelegt ist, dass dessen Filterkoeffizienten sowohl fur ein über die Überabtasteinrichtung (11) als auch ein uber die der Überbrückungseinrichtun (19) dem Modellfilter (12) zugeführtes Datensymbol (X) gleich sind.
Schaltung nach einem der vorstehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modellfilter (12) als nicht-rekursives Filter (12), insbesondere als FIR-Filter (12), welches die Charakteristik eines der Schaltung zur Crestfaktor-Reduzierung (3) nachgeschalteten Filters (4) aufweist, ausgebildet ist.
Multi-Mode-Modem fur ein Mehrtrager-Datenübertragungssystem, welches eine Schaltung zur Crestfaktor-Reduzierung (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche aufweist und welches zur Übertragung von Sendesignalen (X) ausgelegt ist, die ein Leistungsdichtespektrum entsprechend der PSD-Maske (21, 22) sowohl nach dem ADSL-Standard als auch nach dem ADSL+ Standard aufweisen.
Verfahren zur Crestfaktor-Reduzierung eines zu sendenden Datensymbols (X) mittels einer Schaltung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das zu sendenden Datensymbol (X) im Falle einer ADSL-Datenübertragung 2-fach überabgetastet wird und im Falle einer ADSL+-Datenübertragung nicht überabgetastet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Filteroperationen eines Modellfilters (12) im Modellpfad (6) mit einer einzigen Abtastrate durchgeführt werden und zwar sowohl für ein 2-fach überabgetastetes ADSL-Datensymbol (X) als auch für ein nicht-überabgetastetes ADSL+-Datensymbol (X).
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils Korrekturfunktionen konstanter Länge sowohl fur die ADSL-Datenübertragung als auch die ADSL+ Datenübertragung verwendet werden.
Verfahren zur Crestfaktor-Reduzierung eines zu sendenden Datensymbols (X) mittels einer Schaltung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem im Modellpfad (6) eine 2-fache Überabtastung des zu sendenden Datensymbols (X) stattfindet, wobei für den Modellpfad (6) lediglich ein einziges Musterkorrektursignal fur die Crestfaktor-Reduzierung abgespeichert wird und ein für das überabgetastete Signal erforderliches weiteres Musterkorrektursignal mittels zyklischer Zeitverschiebung des Musterkorrektursignals und Skalierung im Zeitbereich abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass solche dirac-ähnlichen Musterkorrektursignale fur die Crestfaktor-Reduzierung ausgewählt werden, deren zeitverschobene Aliasing-behaftete Varianten möglichst ähnlich zueinander sind.