DE4402512C1

DE4402512C1 - Verfahren zur schnellen und störsicheren Übertragung von Nutzdaten zwischen zwei Datenpumpen

Info

Publication number: DE4402512C1
Application number: DE19944402512
Authority: DE
Inventors: Ruediger Prof Dr Ing Reis; Dmitrij Korobkow
Original assignee: Individual
Current assignee: KOROBKOV, DMITRI, PROF. DR.-ING., 60322 FRANKFURT,; Scheja Katharina Dr 60322 Frankfurt De
Priority date: 1994-01-28
Filing date: 1994-01-28
Publication date: 1995-06-01
Anticipated expiration: 2014-01-29

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur schnellen und störsicheren Übertragung von Nutzdaten zwischen zwei Datenpumpen, die über einen Kanal miteinander verbindbar sind, der ggf. infolge zeitvarianter Kanalparameter eine zeitvariante Kanalcharakteristik aufweist, wobei eine Datenpumpe auszusendende Nutzdaten entsprechend einer eingestellten Verarbeitungs- und Sendecharakteristik in zeitlich aufeinanderfolgende Signalblöcke transformiert und diese über den Kanal aussendet sowie die andere Datenpumpe empfangene Signalblöcke entsprechend einer einge stellten Empfangs- und Aufarbeitungscharakteristik in Nutzdaten zurücktransformiert, und wobei vor der Übertragung von Nutzdaten während einer Einlaufprozedur mit Hilfe von Testsignalen die Kanalparameter gemessen und daraus die Kanalcharakteristik berechnet wird.

Derartige Verfahren zur Übertragung von Nutzdaten sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei diesen (bekannten) Verfahren wird das Sendesignal nicht an den konkreten Kanal angepaßt, sondern dieser Kanal wird als nahezu ideal angesehen. Die im Kanal immer enthaltenen Verzerrungen und Störungen werden nur beim Empfänger berücksichtigt. Der Empfänger ist also nicht in der Lage, den durch die Fehlanpassung des Senders entstandenen Informationsverlust auszugleichen.

Entsprechende Verfahren, jedoch ohne Berechnung der Kanalparame ter, sind beispielsweise aus den Druckschriften DE-PS-38 34 450, US-PS-4 606 044, US-PS-4 756 004 sowie EP-A-0 039 191 bekannt.

Bei den bekannten Verfahren wird nach der iterativen Methode von Versuch-und-Irrtum auf der Seite des Empfängers festgestellt, welche Übertragungsart und/oder -geschwindigkeit und/oder welcher Signalcode für den aktuellen Kanal zu einer akzeptablen Übertra gungsqualität führt. Dazu wird entweder vor der Nutzdatenübertra gung während einer Trainingssequenz oder aber unmittelbar während der Übertragung von Nutzdaten auf der Seite des Empfängers eine Bewertung der empfangenen Signale vorgenommen, auf der Basis dieser Bewertung eine Auswahl getroffen und diese an den Sender zurückübermittelt, der dann in der von dem Empfänger ausgewählten Sendecharakteristik arbeitet.

Es ist damit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das eingangs genannte Verfahren dahingehend weiterzubilden, daß es durch Anpassung des Sendesignals an den konkreten Kanal zu einer schnellen und störsicheren Übertragung von Nutzdaten verwendbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Verfahren während einer Einlaufprozedur die folgenden Schritte umfaßt:

1.1 Eine als Master-Datenpumpe arbeitende Datenpumpe sendet über den Kanal die Testsignale aus, die von der als Slave-Datenpumpe arbeitenden anderen Daten pumpe empfangen werden,
1.2 die Slave-Datenpumpe bestimmt aus den empfangenen Testsignalen zumindest einige der Kanalparameter und überträgt zumindest einige der bestimmten Kanal parameter zurück zu der Master-Datenpumpe,
1.3 die Slave-Datenpumpe berechnet aus den bestimmten Kanalparametern Einstellwerte für die an die Kanal charakteristik angepaßte Einstellung der Empfangs- und Aufarbeitungscharakteristik der Slave-Datenpumpe, und
1.4 die Master-Datenpumpe berechnet aus den zurück übertragenen Kanalparametern Einstellwerte für die an die Kanalcharakteristik angepaßte Einstellung der Verarbeitungs- und Sendecharakteristik der Master- Datenpumpe,

wobei die Anpassung an die Kanalcharakteristik in den Schritten 1.3 und 1.4 derart erfolgt, daß die Übertragung der Nutzdaten mit hoher Übertragungsgeschwindigkeit und großer Störsicherheit erfolgt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst. Dadurch, daß die Master-Datenpumpe und die Slave-Datenpumpe Testsignale und Kanalparameter austauschen und aus den Kanalparametern jeweils an die Kanalcharakteristik angepaßte Charakteristiken für Aussendung und Empfang der Nutzdaten berechnen, kann jeweils zu Beginn eines Kommunikations prozesses die aktuelle Situation der Kanalparameter und der sich daraus ergebenden Kanalcharakteristik bestimmt werden. Durch die Anpassung des Sendesignales an den konkreten Kanal ist damit eine schnelle und störsichere Übertragung von Nutzdaten möglich.

Hier ist es bevorzugt, wenn das Verfahren während der Übertragung der Nutzdaten die folgenden Schritte umfaßt:

2.1 Die Nutzdaten werden unter Hinzufügung von der Slave- Datenpumpe bekannten Testkomponenten in die Signal blöcke transformiert,
2.2 die Slave-Datenpumpe extrahiert aus den empfangenen Signalblöcken die Testkomponenten und synchronisiert mit deren Hilfe die empfangenen Signale, und
2.3 die Slave-Datenpumpe paßt die Empfangs- und Auf arbeitungscharakteristik adaptiv an das zeitvariante Verhalten der Kanalcharakteristik an, so daß die empfangenen Signale mittels der berechneten Kanal charakteristik entzerrt werden.

Dabei ist von Vorteil, daß durch die Hinzufügung von Test komponenten während der Übertragung der Nutzdaten eine weitere, und zwar adaptive Anpassung an die Charakteristik des jeweils verwendeten Kanals erfolgt, so daß insgesamt eine störsichere und schnelle Datenübertragung möglich ist.

Bevorzugt ist hier, wenn die Nutzdaten in Form von Informations elementen bereitgestellt werden, von denen jeweils eine bestimmte Anzahl mittels einer Signal-Code-Konstruktion (SCK) in Quadratur amplitudenmodulations-Signale (QAM-Signale) transformiert wird, mit denen Träger verschiedener Frequenzen innerhalb eines Frequenzbereiches des Kanales moduliert werden, aus denen der jeweilige Signalblock von Abtastwerten gebildet wird, und wenn anhand der Kanalparameter in der Master-Datenpumpe und der Slave- Datenpumpe eine derart optimierte Signal-Code-Konstruktion bestimmt wird, daß die Verteilung der QAM-Signale, also die Verteilung der Nutzleistung zwischen den einzelnen Trägern optimiert wird.

Hier ist von Vorteil, daß zur Erhöhung der Störresistenz Codierungsverfahren mit Signal-Code-Konstruktionen verwendet werden, die QAM-Signale mit Hilfe eines Blockcodes oder Faltungs codes (TRELLIS) miteinander verbinden. Dabei kann bei relativ einfacher Realisierung eine hohe Störsicherheit erreicht werden, wobei sich der Gewinn in der Störsicherheit durch eine zusätz liche Codierung erhöhen kann, welche die Wahrscheinlichkeit von QAM-Signalen mit großer Amplitude verringert (Code-Shaping).

Weiter ist es bevorzugt, wenn die QAM-Signale auf allen im Frequenzbereich des Kanales enthaltenen Frequenzen demoduliert werden.

Hier ist von Vorteil, daß Modulation und Demodulation mit Hilfe einer Fourier-Transformation realisiert werden können, wobei weiter eine Korrektur von Frequenzversatz und multiplikativen Verzerrungen (Phasenjitter u. a.), die Unterdrückung von sonstigen Störungen sowie die Anpassung an unterschiedliche Kanäle mit ggf. zeitlich veränderlichen Kanalparametern implementiert werden können.

Dabei ist es weiter bevorzugt, wenn zeitlich nacheinander und/oder zeitgleich verschiedene Testsignale ausgesendet werden, wobei die folgenden Schritte durchgeführt werden:

4.1 Die Master-Datenpumpe sendet sinusförmige Signale für eine bestimmte Zeitdauer aus, anhand derer die Slave-Datenpumpe die Kanalparameter mißt,
4.2 die Master-Datenpumpe sendet zusätzlich linear frequenzmodulierte Signale (LFM-Signale) in bestimmten Zeitschlitzen aus, wobei die Messung der Kanal parameter auch während der Messung der LFM-Signale durch die Slave-Datenpumpe erfolgt,
4.3 die Slave-Datenpumpe berechnet aus den Kanalparametern Koeffizienten eines adaptiven Eingangsfilters, das die Verkürzung der Impulsantwort des Kanales vornimmt,
4.4 die Slave-Datenpumpe berechnet für jede einzelne im Kanal benutzte Trägerfrequenz Koeffizienten eines adaptiven Entzerrers, und
4.5 die Master-Datenpumpe berechnet für jede einzelne im Kanal benutzte Trägerfrequenz Koeffizienten eines sendeseitigen Vorverzerrers,

wobei diese Koeffizienten zu den Einstellwerten aus den Schritten 1.3 und 1.4 zählen.

Auf diese Weise wird die Sendecharakteristik der Master-Daten pumpe und die Empfangscharakteristik der Slave-Datenpumpe vor Beginn der eigentlichen Übertragung von Nutzdaten so an die durch die Kanalparameter bestimmte Kanalcharakteristik angepaßt, daß die angestrebte schnelle und störsichere Datenübertragung erreicht wird.

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Transformation der Infor mationselemente in die QAM-Signale gesondert für jede Träger frequenz im Kanal mittels der synthetisierten Signal-Code- Konstruktion unter Hinzufügung der Testkomponenten erfolgt, wenn daraufhin jedes der QAM-Signale mit Vorverzerrungsko effizienten multipliziert wird, daraufhin diese komplexwertigen, vorverzerrten QAM-Signale zur Modulation der Trägerfrequenz dienen und der daraus gebildete Block von Abtastwerten periodisch fortgesetzt wird, um die aperiodische in die zyklische Faltung zu überführen, so daß die auszusendenden Signalblöcke entstehen.

Entsprechend ist es auf der Empfängerseite bevorzugt, wenn das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

6.1 Die Koeffizienten des adaptiven Eingangsfilters werden an das zeitvariante Verhalten der Kanalcharakteristik angepaßt,
6.2 nach Demodulation und Synchronisation des Eingangs signales erfolgt eine adaptive Vorentzerrung und eine adaptive Entzerrung,
6.3 nach der Dekodierung der empfangenen Signale erfolgt eine erneute Bildung einer Empfängerversion der Signal-Code-Konstruktion,
6.4 mittels der Empfängerversion der Signal-Code-Konstruk tion erfolgt die Adaption der Koeffizienten des Entzerrers, und
6.5 mittels der Empfangsversion der Signal-Code-Konstruk tion sowie der Entzerrer- und Vorentzerrer-Koeffizien ten erfolgt eine Adaption des adaptiven Eingangs filters.

Diese Vorverzerrung und Vorentzerrung gewährleisten auf vorteil hafte Weise eine Kompensation der Phasenfehler, die durch ungenaue Kompensation des Frequenzversatzes oder durch langsamen Phasenjitter hervorgerufen werden können. Gleichzeitig erlaubt die Vorentzerrung eine digitale Steuerung der Signalpegel.

Insgesamt ist es bevorzugt, wenn während der Einlaufprozedur die folgenden Schritte durchgeführt werden:

7.1 Aus der Messung des LFM-Signales wird die komplexe Übertragungsfunktion des Kanales berechnet,
7.2 die Ziel-Übertragungsfunktion des Kanales wird berechnet, die sich aus den Übertragungsfunktionen zweier in Kette geschalteter Vierpole (Kanal und Eingangsfilter) zusammensetzt, indem zunächst der Betrag der Abtastwerte gebildet wird, diese dann von N auf L Werte dezimiert werden, anschließend mit einer spektralen Fensterfunktion multipliziert werden und einer inversen, diskreten Fouriertransformation der Länge L unterzogen werden, dann N-L Nullen eingefügt und anschließend eine zyklische Rotation um L/2-1 durchgeführt wird, woraufhin eine digitale Fourier transformation der Länge N erfolgt, und
7.3 die Übertragungsfunktion des adaptiven Eingangsfilters wird mittels einer Multiplikation der konjugiert komplexen Übertragungsfunktion des Kanales mit der Ziel-Übertragungsfunktion des Kanales sowie der anschließenden Division durch das Quadrat des Betrages der Kanalübertragungsfunktion zuzüglich einer additiven Konstanten berechnet.

Ferner ist es bevorzugt, wenn das neue Verfahren die Schritte aufweist:

8.1 Die Kanalparameter werden nach adaptiver Eingangs filterung, Frequenzversatzkompensation, Herauslösen des Orthogonalitätsintervalles der Länge N aus dem Block der Länge N+L von Abtastwerten und der Demodula tion der einzelnen Träger ständig mittels eines Kalmanfilters geschätzt,
8.2 der Empfangsblock wird im Frequenzbereich mittels der gefilterten Testkomponenten komplex normiert,
8.3 das normierte Signal wird im Frequenzbereich durch eine Multiplikation aller Komponenten mit den Koeffi zienten des adaptiven Entzerrers entzerrt,
8.4 die Übertragungsfunktion des Kanales wird mittels einer Division des normierten Signales im Frequenz bereich durch die Empfangsversion der Signale-Code- Konstruktion geschätzt, und
8.5 diese Schätzung wird mit Hilfe eines komplexen, vektoriellen Kalmanfilters geglättet und die geglätteten Werte für die adaptive Entzerrung benutzt.

Insgesamt ist es dabei bevorzugt, wenn die Rückübertragung der bestimmten Kanalparameter zur Master-Datenpumpe mittels besonders störsicherer Rückübertragung über den Kanal erfolgt.

Hier ist von Vorteil, daß auch bei sehr schlechter Kanalqualität noch eine Kommunikation zustande kommt, für die eine Rücküber tragung der von der Slave-Datenpumpe gemessenen Kanalparameter unabdingbar ist.

Abschließend sei bemerkt, daß das Prinzip des verwendeten Signalsystemes in der Transformation des Kanales in eine Menge von Unterkanälen besteht, welche sich voneinander, z. B. durch ihr von den Parametern des Kanales abhängiges Signal/Rauschver hältnis, unterscheiden. Diese Transformation wird in zwei Schritten ausgeführt, zuerst wird die lineare Faltung im Kanal durch eine zyklische Faltung mit Hilfe einer zyklischen Um stellung eines Teiles der Signalabtastwerte am Kanaleingang realisiert, danach wird die erhaltene endlich dimensionale zyklische Faltungsmatrix mit Hilfe eines Paares diskreter Fourier-Transformationen in Form einer schnellen Fourier- Transformation im Sender und Empfänger in Diagonalform gebracht.

Das Eingangssignal des Kanales stellt eine lineare Kombination orthogonaler Trägervektoren dar, welche ihre Orthogonalität am Kanalausgang bei beliebigen linearen Verzerrungen beibehalten. Jedes Trägersignal, das einem der oben genannten Unterkanäle entspricht, wird mit einem Symbol aus einem QAM-Signalalphabet moduliert. Dabei kann der Typ des QAM-Signalalphabetes, der durch die Parameter des Übertragungskanales bestimmt wird, in jedem Unterkanal verschieden sein. Durch die Optimierung des Signalalphabetes wird eine optimale Verteilung der Signalleistung unter den Unterkanälen nach dem Kriterium der maximalen Über tragungsgeschwindigkeit bei begrenzter mittlerer Signalleistung und Fehlerwahrscheinlichkeit am Decoderausgang erreicht. Dabei wird die Geschwindigkeit ausschließlich durch die Kanalparameter bestimmt. Das Optimierungsverfahren kann alternativ auch bei festgelegter Übertragungsgeschwindigkeit unter Minimierung der mittleren Signalleistung am Kanaleingang angewendet werden.

Da die mittlere Signalleistung am Eingang des Kanals durch Vorschriften beschränkt ist, führt diese Optimierung auf eine Minimierung der Fehlerrate.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen und in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorstehenden Erfindung zu verlassen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild des Zusammenwirkens zweier Datenpumpen;

Fig. 2 ein Blockschaltbild des Sendeteiles einer Datenpumpe zur Durchführung des neuen Verfahrens;

Fig. 3 ein Blockschaltbild des Empfangsteiles einer Daten pumpe zur Durchführung des neuen Verfahrens;

Fig. 4 ein Blockschaltbild zu dem Zusammenwirken einzelner Teile einer Datenpumpe während der Einlaufprozedur bei dem neuen Verfahren;

Fig. 5 in Blockschaltbildform die während der Einlaufprozedur bei dem neuen Verfahren vor sich gehenden Schritte;

Fig. 6 in Blockschaltbildform ein adaptives Eingangsfilter zur Durchführung des neuen Verfahrens auf der Em pfangsseite;

Fig. 7 in Blockschaltbildform einen Vorentzerrer und einen Entzerrer, wie sie bei der Durchführung des neuen Verfahrens verwendet werden können; und

Fig. 8 eine Darstellung in Blockschaltbildform zur Gewinnung der empfangsseitigen Signal-Code-Konstruktion während der Durchführung des neuen Verfahrens.

Fig. 1 zeigt eine Zusammenschaltung zweier Datenpumpen 10, 12 über einen Kanal 14, der infolge zeitvarianter Kanalparameter eine zeitvariante Kanalcharakteristik aufweist. Jede Datenpumpe 10, 12 ist in einen Sendeteil S und einen Empfangsteil E aufgeteilt, wobei die Verschaltung in Fig. 1 derart gewählt ist, daß der Sendeteil der als Master-Datenpumpe arbeitenden Datenpumpe 10 über einen Hin-Kanal 15 mit dem Empfangsteil der als Slave-Datenpumpe arbeitenden Datenpumpe 12 verbunden ist, während ein Rück-Kanal 16 den Sendeteil S der Slave-Datenpumpe 12 mit dem Empfangsteil E der Master-Datenpumpe 10 verbindet. Auf diese Weise ist über den Kanal 14 ein Vollduplex-Betrieb möglich, bei Halbduplex- oder Simplex-Betrieb wären entsprechende Vorkehrungen zu treffen, um einen Signalaustausch in beiden Richtungen zu ermöglichen. Diese Zuordnung von Master und Slave ist lediglich beispielhaft, wenn die Datenpumpe 12 Nutzdaten aussenden will, arbeitet sie als Master-Datenpumpe und die Datenpumpe 10 als Slave.

Die von der Master-Datenpumpe 10 zu übertragenden Nutzdaten stehen an einem digitalen Eingang 17 an und werden an einem digitalen Ausgang 18 der Slave-Datenpumpe ausgegeben. Die Master- Datenpumpe transformiert dabei die zu übertragenden Nutzdaten entsprechend einer eingestellten Verarbeitungs- und Sende charakteristik in zeitlich aufeinanderfolgende Signalblöcke, wobei die Slave-Datenpumpe die empfangenen Signalblöcke ent sprechend ihrer Empfangs- und Aufarbeitungscharakteristik in Nutzdaten zurücktransformiert. Die Übertragung von Nutzdaten kann auch in umgekehrter Richtung erfolgen, dann werden die digitalen Daten am Eingang 19 der Datenpumpe 12 eingegeben und am Ausgang 20 der Datenpumpe 10 ausgegeben. Die jeweils zuerst sendende Datenpumpe 10, 12 wird im weiteren als Master-Datenpumpe bezeichnet, da sie während einer noch zu beschreibenden Einlauf prozedur Testsignale aussendet, mit deren Hilfe die Slave- Datenpumpe 12 die Kanalparameter des Hin-Kanales 15 berechnet. Diese Kanalparameter werden über den Rück-Kanal 16 auf eine sehr betriebssichere Weise zur Master-Datenpumpe 10 zurücküber tragen.

Aus alldem ergibt sich, daß sich das neue Verfahren in zwei Teile gliedert, nämlich eine sogenannte Einlaufprozedur, während der die Charakteristiken von Master- und Slave-Datenpumpe 10, 12 an die Charakteristik des Kanales 15 angepaßt werden und die eigentliche Datenübertragung, während der Nutzdaten über den Kanal 15 transportiert werden.

In Fig. 2 ist der Sendeteil einer Datenpumpe 10, 12 im Block schaltbild dargestellt, während Fig. 3 den Empfangsteil einer Datenpumpe 10, 12 zeigt. Bevor anhand dieser beiden Figuren das neue Verfahren allgemein beschrieben werden soll, werden zunächst die einzelnen Funktionsblöcke kurz vorgestellt:

Die bei 17 anstehenden Nutzdaten gelangen zunächst in eine Schnittstelle 21, die eine Art Peripherieanpassung durchführt. Von der Schnittstelle 21 gelangen die Daten in einen Puffer 22, wo die einzelnen Informationselemente zwischengepuffert und zu Blöcken zusammengefaßt weitergegeben werden. Der Puffer 22 ist daher als Doppelpuffer ausgeführt. Der Puffer 22 empfängt ferner Parameter von einem Parameterbildner 23, der nur dann zum Einsatz kommt, wenn die betreffende Datenpumpe 10, 12 als Slave-Datenpumpe arbeitet und die gemessenen Kanalparameter über ihren Sendeteil zur Master-Datenpumpe zurückübermittelt. Der Puffer 22 hat folglich auch noch die Funktion eines Umschal ters zwischen Übertragung von Nutzdaten und Übertragung von Kanalparametern.

Die digitalen Sendedaten gelangen aus dem Puffer 22 blockweise in einen Coder 24, der entsprechend einer optimierten Signal- Code-Konstruktion (wird noch erwähnt) die digitalen Sendedaten in QAM-Signale umwandelt. Diese Umwandlung wird von einem Optimierer 25 gesteuert.

Die QAM-Signale gelangen aus dem Coder 24 dann in einen Spektrum bildner 26, der die QAM-Signale im Hinblick auf die zur Verfügung stehenden Träger anordnet und zwei Testkomponenten hinzufügt, die für eine adaptive Anpassung bei der jeweiligen Gegenstelle verwendet werden.

Diese QAM-Signale gelangen dann in einen Multiplikator 27, wo sie mit Vorverzerrungsfaktoren multipliziert werden, die von einem Parametererzeuger 28 bereitgestellt werden. Dieser Parametererzeuger 28 empfängt während der Einlaufprozedur Parameter von der jeweiligen Gegenstation.

Aus dem Multiplikator 27 gelangen die vorverzerrten QAM-Signale in einen Modulator 29, der eine inverse Fourier-Transformation durchführt und dadurch das Zeitbereichssignal erzeugt. Die inverse Fourier-Transformation bewirkt eine QA-Modulation der einzelnen Träger.

In einem sich anschließenden Block 31, der mit periodische Fortsetzung bezeichnet ist, wird das Zeitbereichsignal schließ lich zyklisch verlängert, um die aperiodische in die zyklische Faltung zu überführen, es entstehen die auszusendenden Signal blöcke.

Diese gelangen über einen ebenfalls als Doppelpuffer ausgebil deten Puffer 32 in einen Digital-Analog-Wandler 43, von wo die analogen Signale dann über einen Filter 34 und eine weitere Schnittstelle 35 auf den Kanal 15 ausgegeben werden.

Der Sendeteil S enthält weiter einen Signalgenerator 36, der über einen Umschalter 37 sinusförmige Testsignale in den Modulator 29 einspeist, die dann auf den Kanal 15 ausgegeben werden. Aus der Anordnung ergibt sich, daß diese Testsignale im Frequenzbereich erzeugt werden.

Der Testsignalgenerator 36 erzeugt weiter ein linear frequenz moduliertes Testsignal LFM, das über einen Umschalter 38 vor dem Puffer 32 in den Signalpfad eingespeist wird.

Die bei dem Empfangsteil ankommenden Signalpakete (Fig. 3) gelangen zunächst wieder in eine Schnittstelle 41, die sie an eine Pegelsteuerung 42 weitergibt. Von dort gelangen die Daten in einen Analog-Digital-Wandler 43, der in einen Doppelpuffer 44 einspeist, wo entsprechende Signalblöcke gebildet werden.

Aus dem Puffer 44 gelangen die Daten in ein adaptives Eingangs filter 45, das die Impulsantwort des Kanales verkürzt. Die derart verarbeiteten Signale werden in dem Block 46 einer Frequenzver satzkompensation unterzogen, bevor in einem Demodulator 48 eine Fourier-Transformation stattfindet. Daraufhin erfolgt in einem Vorentzerrer 51 und einem nachgeschalteten Entzerrer 52 eine Kompensation von Phasenfehlern, die infolge ungenauer Kompen sation des Frequenzversatzes oder langsamer Phasenjitter entstehen. Zur Berechnung des Vorentzerrungsfaktors des Vorent zerrers 51 wird eine der oben erwähnten Testkomponenten ver wendet. Der Entzerrer 52 führt eine adaptive Entzerrung des Signalspektrums durch Multiplikation der Frequenzkomponenten mit adaptiven Entzerrungsfaktoren durch.

Nach einer Trägersortierung im Block 53 erfolgt eine Decodierung im Decoder 54, es wird also die empfangene Nutzinformation gebildet. Diese Decodierung erfolgt mittels der Parameter einer aus einem Optimierer 55 stammenden optimierten Signal-Code- Konstruktion, wie dies später noch beschrieben wird. Der Optimierer 55 ist genauso wie der Ausgang des Decoders 54 mit einem weiteren Block 56 verbunden, der mit Empfangsversion der SCK bezeichnet wird. Dieser Block 56 berechnet die Empfangsver sion der SCK (Signal-Code-Konstruktion) und liefert Einstellwerte an das adaptive Eingangsfilter 45 und den adaptiven Entzerrer 52.

Die Ausgangsdaten aus dem Decoder 54 gelangen über einen Puffer 57 an eine Schnittstelle 58, welche die Nutzinformation ausgibt.

Während der Optimierer 25 und der Parametererzeuger 28 für eine Anpassung der Verarbeitungs- und Sendecharakteristik des Sendeteiles an die Kanalcharakteristik sorgt, dienen in dem Empfangsteil E hierzu der Optimierer 55, der Block 56 sowie ein mit SYNC bezeichneter Block 47, der mit dem Ausgang des Demodulators 48 verbunden ist. Der Block SYNC 47 liefert Einstellwerte für die Frequenzkompensation (Block 46), die Blockversatz-Kompensation (BV) und den Taktversatz (Δτ).

Die Einlaufprozedur zur Bestimmung der Kanalcharakteristik und Anpassung der entsprechenden Charakteristiken des Sendeteiles S und Empfangsteiles E wird wie folgt realisiert:

Auf ein Signal aus einem aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellten Steuerblock hin, sendet die Master-Datenpumpe über den Testsignalgenerator 36 und Umschalter 37 ein Zweiton- Sinussignal bestimmter Frequenzen aus. Diese Signale werden solange ausgesendet, bis die Slave-Datenpumpe dieses Signal erkannt hat und ihrerseits das gleiche Signal in entgegen gesetzter Richtung aussendet. Nach der Erkennung dieses Antwort signales sendet die Master-Datenpumpe für eine festgelegte Zeitdauer weiterhin dieses Zweiton-Signal aus. Das Zweiton-Signal dient somit zur Erkennung des Beginnes der Sendung der Master- Datenpumpe bzw. Slave-Datenpumpe.

Außerdem wird dieses Signal zur Steuerung des Empfangspegels sowie zur Messung des Frequenz- und Taktversatzes im Block 47 verwendet.

Nach Aussendung des Zweiton-Signales senden die Sender der Master- sowie der Slave-Datenpumpe über ihren Testsignalgenerator 36 und den Umschalter 38 für eine vorgegebene Zeitdauer ein linear frequenzmoduliertes Signal (LFM) aus, mit dessen Hilfe auf noch zu beschreibende Weise folgende Parameter berechnet werden: Die Übertragungsfunktion des Kanales, der sich aus dem eigentlichen Kanal 15 und dem adaptiven Eingangsfilter 45 zusammensetzt, die Übertragungsfunktion des adaptiven Eingangs filters 45, die Vorverzerrungskoeffizienten für den Multiplikator 27 und die benötigte Lage der Zeitschlitze, also der Block synchronisation.

Danach wird über den jeweiligen Testsignalgenerator 36 und Umschalter 37 jeweils ein Sinussignal bestimmter Frequenz ausgegeben, mit dessen Hilfe der Rauschpegel im Kanal gemessen wird. Das Einton-Sinussignal wird bis zum Ende der Messung der Kanalparameter und der gegenseitigen Abstimmung der Datenpumpen ausgesendet.

Die gemessenen Rauschpegel und die berechneten Koeffizienten der Vorverzerrung werden von der Slave-Datenpumpe zur Master- Datenpumpe und umgekehrt übertragen, wobei sie über den Para meterbildner 23 in den Puffer 22 eingegeben werden. Hierzu wird eine vorgegebene Anzahl von Blöcken mit minimalem QAM-Alphabet (z. B. QAM 4) verwendet. Dies ermöglicht eine große Störsicher heit, da ja in dem gegenwärtigen Stadium der Einlaufprozedur die jeweilige Gegenseite noch nicht über die Kanalcharakteristik informiert ist.

Nach dem Aussenden bzw. dem Empfang dieser Informationen wird in den Blöcken 25 und 55 die optimale Signal-Code-Konstruktion (SCK) gebildet, die während der eigentlichen Datenübertragung zur Codierung im Sender und Decodierung im Empfänger benutzt wird. Da das diese sogenannte Dienstinformationen übertragende Signal schmalbandig ist, wird für die Abstimmung der adaptiven Systeme des Empfängers, also des AEF 45 und des Entzerrers 52, von dem Testsignalgenerator 36 eine fixierte Anzahl von Pseudo- Nutzsignalen ausgesendet, deren spektrale Eigenschaften denen üblicher Nutzsignale gleichzusetzen sind. Nach Abschluß der Aussendung der Pseudo-Nutzsignale und der damit verbundenen Adaption beginnt die eigentliche Übertragung der Nutzdaten.

Die von der digitalen Schnittstelle 21 mit synchronisierbarem Puffer 22 einkommenden Daten werden im Coder 24 entsprechend der aus dem Optimierer 25 stammenden optimierten SCK umgewandelt.

Hier sei noch bemerkt, daß sowohl der Puffer 22 als auch der Digital-Analog-Wandler 43 von einem mit 39 bezeichneten SYNC- Signal gesteuert werden, das auf nicht gezeigte Weise für eine entsprechende Synchronisation sorgt.

Im Block 26 werden alle QAM-Signale entsprechend angeordnet und die für die Funktion der Datenpumpe erforderlichen Testkom ponenten hinzugefügt. Jedes QAM-Signal wird in dem Multiplikator 27 mit dem von der Gegenstation empfangenen zugehörigen Vorver zerrungsfaktor multipliziert, woraufhin der Modulator 29 die inverse Fourier-Transformation durchführt. Das erhaltene Zeitbereichssignal wird im Block 31 zyklisch verlängert, um die aperiodische in die zyklische Faltung zu überführen. Die auf diese Weise gebildeten Signalblöcke werden dann über die Blöcke 32, 33, 34 und 35 dem Kanal 15 zugeführt.

Auf der Empfängerseite wird jeder Signalblock von dem Kanal 15 über ein nicht dargestelltes Eingangsfilter, einen in der Pegelsteuerung 42 vorhandenen, digital steuerbaren Verstärker, den Analog-Digital-Wandler 43 und den Doppelpuffer 44 dem AEF 45 zugeführt, dessen Koeffizienten der Veränderung der Kanal charakteristik adaptiv angepaßt werden. Mit Hilfe der beiden Testkomponenten werden der zeitliche Blockversatz und der Frequenzversatz zwischen Sender und Empfänger gemessen. Diese Informationen werden in dem Block 47 verarbeitet und unter anderem zur Kompensation des Frequenzversatzes im Block 46 verwendet.

Nach der Kompensation des Frequenzversatzes und der Demodulation des Signales mittels der Fourier-Transformation in dem Demodu lator 48 wird die Vorentzerrung in dem Block 51 durchgeführt. Diese Vorentzerrung gewährleistet eine Kompensation von Phasen fehlern, die durch ungenaue Kompensation des Frequenzversatzes oder durch langsamen Phasenjitter hervorgerufen werden können. Gleichzeitig erlaubt die Vorentzerrung eine digitale Steuerung des Pegels. Für die Berechnung des Vorentzerrerungsfaktors wird eine der beiden Testkomponenten verwendet.

Der Entzerrer 52 führt eine adaptive Entzerrung des Signal spektrums mittels einer Multiplikation der Frequenzkomponenten mit adaptiven Entzerrungsfaktoren durch, die in diesem Block selbst gebildet werden.

Das Zusammenwirken aller insoweit beschriebenen Funktionsblöcke wird von der eingangs erwähnten und aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellten Steuereinheit koordiniert.

Es sei noch erwähnt, daß bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel das Zweiton- und das Einton-Sinussignal im Frequenzbereich gebildet wird. Dazu werden alle Frequenzkomponenten außer der gewünschten zu Null gesetzt. Daraufhin erfolgt die inverse Fourier-Transformation und periodische Erweiterung in den Blöcken 29 und 31. Die Abtastwerte des LFM-Signales werden dagegen im Zeitbereich gebildet und über den Umschalter 38 dem Kanal zugeführt.

Der Coder 24 transformiert jeden aus dem Puffer 22 kommenden Block in einen Block von QAM-Signalen für alle Träger im gegebenen Frequenzbereich um. Dazu können unterschiedliche Codierungsverfahren benutzt werden, wobei die Parameter der zugehörigen SCK während der oben erwähnten Einlaufprozedur im Funktionsblock 25 bestimmt werden.

Anschließend an die Codierung wird das Signalspektrum im Block 26 gebildet. Der Coder 24 erzeugt M komplexe Werte von QAM- Signalen für die Träger. Im Block 26 werden diese M Werte auf N/2 Träger (Stellen) so verteilt, daß sie im Durchlaßfrequenz bereich des Kanales liegen. Hier werden auch die beiden Testkom ponenten dem Signalspektrum hinzugefügt, die zur Synchronisation, Frequenzversatzkompensation und Vorentzerrung verwendet werden.

Im Block 27 wird das erzeugte Spektrum mittels einer Multi plikation mit reellen Faktoren vorverzerrt. Diese Vorverzerrungs faktoren werden während der Einlaufprozedur von der Datenpumpe am anderen Ende des Kanales berechnet und zum diesseitigen Ende übertragen.

Die in Fig. 3 mit X bezeichneten Eingänge der Blöcke 45, 52 und 55 speisen Daten ein, die während der Einlaufprozedur bestimmt wurden (Zielübertragungsfunktion).

In Fig. 4 ist in einem weiteren Blockschaltbild die Verschaltung der aus den Fig. 2 und 3 teilweise bekannten Komponenten ausführlicher dargestellt, wobei zusätzlich ein Block Einlauf prozedur 61, ein Block 62 zur Messung der Testkomponenten und ein Block 63 zur Erkennung der Testkomponenten erforderlich ist. Der letztere gibt an seinem Ausgang 64 ein Signal aus, das von der nicht gezeigten Steuereinheit verarbeitet wird.

Anhand einer Zusammenschau der Fig. 3 und 4 soll jetzt die Wirkungsweise des Empfängers E während der Einlaufprozedur beschrieben werden. Die Verarbeitung der Eingangssignale erfolgt in den Komponenten Pegelsteuerung 42, Analog-Digital-Wandler 43 sowie AEF 45. Das AEF ist dabei für die Verkürzung der Impulsantwort des Kanales und für die Umwandlung des Eingangs signales in ein analytisches Signal mit einseitigem Spektrum vorgesehen.

Das adaptive Eingangsfilter 45 ist im Frequenzbereich realisiert. Während der Einlaufprozedur werden die Koeffizienten dieses Filters zunächst nicht verändert.

Der Doppelpuffer 44 liefert Signalblöcke der Länge N+L an Abtastwerten, wobei L die Länge der Impulsantwort des Kanales nach ihrer Verkürzung ist. Die Länge der reellen Impulsantwort des Eingangsfilters beträgt L_f = N-L. Für die Berechnung einer solchen Faltung ist eine Fourier-Transformation der Länge 2N nötig. Nunmehr wird zusätzlich auf Fig. 6 Bezug genommen, die in Blockschaltbildform eine Realisierung des AEF 45 zeigt.

In einem mit Overlap-Save bezeichneten Block 65 wird vor der Transformation ein Signalblock der Länge 2N aus dem aktuellen n-ten Signalblock und dem vorhergehenden (n-1)-ten Signalblock gebildet. Daraufhin wird dann bei 66 eine digitale Fourier- Transformation der Länge 2N berechnet. Das resultierende Spektrum wird bei 67 mit dem komplexen Frequenzgang des AEF 45 multi pliziert. Das AEF 45 unterdrückt die Phasenverzerrung, verkürzt die Impulsantwort und bildet das analytische Signal. Nach dieser Multiplikation ist das Signalspektrum nur noch auf den Komponen ten 0 bis N-1 definiert. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, in der weiteren Verarbeitung Transformationen der Länge N anstelle von Transformationen der Länge 2N zu verwenden und somit den Aufwand an arithmetischen Operationen zu halbieren. Nach einer inversen komplexen digitalen Fourier-Transformation bei 68 erfolgt im Block 46 die Kompensation des Frequenzversatzes Δf durch eine Multiplikation der relevanten (N+L)/2 Abtastwerte des analytischen Signales mit einer Exponentialfolge

exp (-j 2 π Δ fi); i = 0 . . . [(N+L)/2]-1.

Die Erkennung und Berechnung des Zweiton-Sinussignales in Block 63 und die Pegelsteuerung werden in dem Block 42 realisiert. Die Pegelanpassung erfolgt durch Vergleich des mittleren Signalpegels mit einem unteren und einem oberen Referenzpegel und daraus resultierender Bestimmung eines Verstärkungsfaktors des analogen Verstärkers, der vor den Analog-Digital-Wandler 43 geschaltet ist. Die Erkennung des Zweiton-Sinussignales wird im Frequenzbereich durchgeführt. Wird kein solches Signal erkannt, wird die Verstärkung erhöht und der Vorgang so lange wiederholt, bis ein Signal erkannt ist oder bis bei maximaler Verstärkung und fehlendem Signal der Prozeß erneut mit minimaler Verstärkung begonnen wird.

Der Frequenzkompensator 46 wird nach erfolgter Pegelsteuerung eingestellt. Die Einstellung wird durch die Berechnung des Frequenzversatzes ermöglicht. Der Frequenzversatz wird durch lineare Regression über je 18 Werte der Phasendifferenzen, gemittelt über die Dauer von drei Empfangsblöcken, berechnet.

In der nächsten Phase der Einlaufprozedur erkennt der Empfänger E das LFM-Signal. Auch diese Erkennung findet im Frequenzbereich statt. Dazu wird die Leistungsdichte in einer definierten spektralen Umgebung der Zweiton-Frequenzen mit der Leistungs dichte bei diesen Frequenzen verglichen.

In Fig. 5 ist der Block Einlaufprozedur 61 mit seinen Verbindun gen genauer dargestellt. Anhand diese Blockes wird die Einstel lung des AEF 45 und die Blocksynchronisation beschrieben.

Nach der Erkennung des nunmehr komplexen, im Kanal linear verzerrt vorliegenden LFM-Signales bei 71 wird dieses Signal bei 72 mittels einer komplexen DFT der Länge N in den Frequenz bereich transformiert. Das resultierende Spektrum wird bei 73 mit dem reziproken Spektrum der Sendeversion des LFM-Signales multipliziert, das über 74 zugeführt wird. Dabei entsteht die komplexe Übertragungsfunktion K_i des Kanales, mittels derer die komplexe Übertragungsfunktion des AEF 45 synthetisiert wird.

Im ersten Schritt wird diejenige Zielfunktion generiert, gegen die die Gesamtübertragungsfunktion des Kanales einschließlich AEF 45 im Syntheseprozeß streben soll. Diese Zielfunktion soll folgenden Bedingungen entsprechen:

- Die Länge der Impulsantwort der sich nach der Synthese ergebenden Übertragungsfunktion soll nicht länger als L sein, und
- der Amplitudengang der Übertragungsfunktion soll in der Nähe der Übertragungsfunktion des Kanales liegen, die mit einem spektralen Fenster multipliziert ist.

Im Verlaufe dieser Synthese wird zunächst bei 75 das Betrags quadrat der Übertragungsfunktion des Kanales gebildet, und diese Betragsfunktion dann bei 76 von ihrer Länge N auf die Länge L durch die Entnahme jedes N/L-ten Wertes dezimiert. Daraufhin wird bei 77 die Wurzel gezogen und bei 78 mit dem bei 79 zugeführten spektralen Fenster multipliziert:

Bei 81 wird dann die inverse reelle DFT A_n der Länge L der Folge a_i berechnet. Diese Folge A_n stellt die zur Zielfunktion gehörige Impulsantwort dar. Diese Zielfunktion wird durch Auffüllen der Impulsantwort bei 82 auf die Länge N mit insgesamt (N-L) Nullen und anschließende reelle DFT der Länge N bei 83 berechnet. Damit steht die interpolierte Version der Zielübertragungsfunktion _i zur Verfügung.

Als nächstes ward dann in dem mit 84 bezeichneten Block von Funktionsbausteinen die Übertragungsfunktion des AEF 45 nach folgender Beziehung berechnet:

Dabei ist ρ eine Regularitätskonstante und H_i° die anfängliche Übertragungsfunktion des AEF 45.

Die komplexe Impulsantwort H_i wird mittels einer inversen DFT der Länge 2N bei 85 berechnet. Bei 86 werden die Abtastwerte der Impulsantwort dann zyklisch Modulo N so verschoben, daß der Abtastwert mit dem größten Betrag die Nummer (N-L)/4 erhält. Zur Kompensation des Frequenzversatzes wird die Impulsantwort dann mit einer komplexen Exponentialfolge bei 87 multipliziert. Anschließend wird bei 88 mittels einer DFT die Übertragungs funktion H_i⁺ des AEF 45 bestimmt. Aus dem Index des betragsgrößten Elementes der Impulsantwort wird beim 89 der laufzeitbedingte Blockversatz bestimmt und im Eingangspuffer 44 kompensiert.

Bei 91 werden die Koeffizienten des adaptiven Entzerrers 52 im Frequenzbereich nach folgender Beziehung bestimmt:

α_i ist dabei der der Dauer der Schutzzone entsprechende lineare Phasenversatz der jeweiligen Spektralkomponente. Weiter werden diese Koeffizienten G_i komplex auf die Testkomponente mit dem Index z. B. 128 normiert.

Bei 92 werden noch die Koeffizienten der Vorverzerrung bestimmt, die dem Optimierer 55 und dem Entzerrer 52 zugeführt werden.

Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 6 soll jetzt die Wirkungsweise des adaptiven Eingangsfilters 45 während der Datenübertragung beschrieben werden. Während dieser Datenübertragung müssen die Koeffizienten des AEF 45 bei einer Veränderung der Kanal charakteristik korrigiert werden. Diese Korrektur erfolgt durch Minimierung des mittleren quadratischen Fehlers am Eingang des Demodulators 48, der zu diesem Zweck auf das AEF 45 rückgekoppelt ist. Diese Minimierung erfolgt im Frequenzbereich mittels eines Gradientenverfahrens unter Berücksichtigung der Restriktion, daß die Länge der Impulsantwort des AEF 45 nicht länger als N-L wird. Diese Restriktion wird näherungsweise durch eine zyklische Faltung des Spektrums des Gradienten mit der Impuls antwort {0,5; 1; 0,5} bei 101 berücksichtigt. Die letzten N+L/2 Abtastwerte am Ausgang des AEF 45 werden zur Kompensation des Frequenzversatzes mit einer Exponentialfolge multipliziert. Bei 102 wird eine Empfängerversion des Signales am Demodulator eingang zugeführt und bei 103 die komplexe Exponentialfunktion, die im Block 46 gebildet wird. Der Umschalter 104, über den während der Einlaufprozedur die nicht veränderbaren Koeffizienten des AEF 45 zugeführt werden, ist während der Datenübertragung nicht aktiv.

Während der Demodulation beim Datenempfang im Block 48 werden die letzten N/2 komplexen Abtastwerte diskret Fourier-transfor miert. Dabei erhält man N/2 Spektralwerte:

=C_iK_ix_i+d_i; i=0 . . . N/2-1

Dabei bezeichnet K_i die Eigenwerte des Kanales (Übertragungsko effizienten) bei den Frequenzen i_*fs/N, fs=Abtastfrequenz, d_i ist das komplexe Gauss′sche Rauschen und C_i sind die Vorver zerrungskoeffizienten. Diese Spektralwerte werden für die Verarbeitung auf dem Orthogonalitätsintervall benutzt. Diese Verarbeitung besteht aus der Vorentzerrung, Decodierung und Hilfoperationen, wie der Detektion des Signales, der Pegelan passung, der Synchronisation und der Kompensation des Frequenz versatzes.

Die Detektion des Nutzsignales und die Pegelsteuerung erfolgen ähnlich wie in der Einlaufprozedur. Die Detektion des Nutz signales nutzt die Tatsache aus, daß im Frequenzspektrum stets eine Harmonische bekannter Frequenz und Amplitude vorhanden ist, nämlich die der Testkomponente. Die Leistung dieser Harmonischen wird mit einer festgelegten Stelle verglichen. Ist die Leistung größer oder kleiner als der Schwellwert, wird der Eingangspegel entsprechend ausgesteuert. Ist die Leistung dagegen wesentlich kleiner als die Schwelle, wird ein Alarmsignal erzeugt, das den Adaptionsprozeß aller adaptiven Systeme (AEF 45 und Entzerrer 52) stoppt und den Befehl zum Übergang auf den nächsten Signalblock erzeugt. Erfolgt dies mehrfach hinter einander in ununterbrochener Folge, so wird eine neue Einlauf prozedur gestartet. Um dem Einfluß des Rauschens auf die Pegelsteuerung zu minimieren, wird die gemessene Leistung der Testkomponente gefiltert. Bei normalem Pegel liegt diese Leistung zwischen zwei festgelegten Schwellen. Im Falle einer Pegel steuerung wird zuerst eine digitale Pegelsteuerung gestartet. Reicht diese Wirkung nicht aus, wird der Pegel am Eingang des Analog-Digital-Wandlers 43 analog gesteuert. Während der Steuerung wird der Adaptionsprozeß aller adaptiven Systeme gestoppt, um Einschwingvorgänge auszublenden.

Zur Taktsynchronisation und zur Kompensation des Frequenzver satzes (Blöcke 43 und 44) werden die spektralen Komponenten der laufenden Nummern N/8 und N/4 (Testkomponenten) benutzt. Eine erneute Schätzung von Frequenz- und Taktversatz wird einmal pro r Blöcken berechnet. r ist dabei die Länge der verwendeten linearen Regression des Phasenschätzprozesses jeder Testkom ponente. Die Grundidee des Algorithmus basiert auf der Annahme, daß der Phasenversatz für jede Testkomponente additiv aus drei Elementen besteht, nämlich dem Phasenversatz aufgrund der Kanalübertragungsfunktion, dem Phasenversatz aufgrund des Frequenzversatzes und dem Phasenversatz aufgrund des Taktver satzes.

Zuerst wird der Kanalversatz auf jeder Testkomponente kompensiert und dann die lineare Regression für jede Testkomponente fort laufend bestimmt. Nach dieser linearen Regression wird der absolute Phasenversatz berechnet und die Steigung der Phasen der beiden Testkomponenten bestimmt. Aus den Steigungen werden Frequenzversatz und Versatz der Abtastfrequenz im Block 47 berechnet.

Die Steuerung der Phase der Abtastfrequenz minimiert die Differenzen zwischen der Sendeabtastfrequenz des fernen Senders und der Empfangsabtastfrequenz sowie zwischen der momentanen absoluten Phase des Empfangsabtastwertes und der Phase, die in der Einlaufprozedur festgelegt wurde. Die Schätzung des Frequenzversatzes steuert den Generator 105 für die Exponential funktion im Block 46. Die Schätzungen des Abtastfrequenzversatzes und der Abtastphase steuern Abtastfrequenz und -phase des Analog- Digital-Wandlers 43.

In Fig. 7 sind Vorentzerrer 51 und Entzerrer 52 detaillierter dargestellt.

Die Vorentzerrung im Block 51 dient der momentanen Pegelsteuerung in jedem empfangenen Block und der Entzerrung von Phasenfehlern, die durch nicht ideale Kompensation des Frequenzversatzes, langsamen Phasenjitter, Phasensprünge und andere Gründe verur sacht werden. Außerdem dient diese Vorentzerrung der Skalierung des empfangenen Signales. Der für alle spektralen Komponenten gültige Vorentzerrungskoeffizient wird aus der Testkomponente mit der Nummer N/4 bestimmt, wozu die im Sender gebildete Amplitude durch die gemessene Amplitude dividiert wird; dies erfolgt im Block 111.

Um den Einfluß des Rauschens auf diesen Vorentzerrungskoeffizien ten zu minimieren und um mit einer minimalen Amplitude für die Testkomponente auszukommen, wird dieser Koeffizient in einem Kalman-Filter 112 gefiltert und dann bei 113 das durchlaufende Signal mit diesem Koeffizienten multipliziert.

Der adaptive Entzerrer 52 ist für die Nachsteuerung der Fein struktur der Kanalübertragungsfunktion bestimmt. Die adaptive Entzerrung besteht in der in Fig. 7 bei 115 durchgeführten Multiplikation aller im Vorentzerrer 51 skalierten spektralen Komponenten durch die im Kalman-Filter 116 erzeugte Schätzung der Übertragungsfunktion mit nachfolgender Inversion 117.

Damit erhält man die lineare Schätzung der gesendeten SCK am Eingang des Decoders 54. Im Decoder 54 wird die Empfangsversion der gesendeten SCK berechnet. Es folgt die Schätzung und anschließende Kalman-Filterung der Übertragungsfunktion mittels Division aller im Vorentzerrer skalierten spektralen Komponenten durch die Empfangsversion der gesendeten SCK.

Während der Übertragung der Nutzdaten werden aus dem entzerrten Signalspektrum blockweise die Informationskomponenten heraus gelöst und decodiert. An seinem Ausgang erzeugt der Decoder 54 die Empfangsversion des Informationsblockes, die an die digitale Senke 18 weitergeleitet wird und die Empfangsversion der gesendeten SCK, die an den Block 56 weitergeleitet wird; siehe Fig. 8. Die Empfangsversion der gesendeten SCK dient zur Steuerung des adaptiven Entzerrers 52 und zur Bildung der Empfangsversion des Signales am Eingang des Demodulators 48, die zur Steuerung des AEF 45 benutzt wird.

Claims

1. Verfahren zur schnellen und störsicheren Übertragung von Nutzdaten zwischen zwei Datenpumpen (10, 12), die über einen Kanal (14, 15, 16) miteinander verbindbar sind, der ggf. infolge zeitvarianter Kanalparameter eine zeitvariante Kanalcharakteristik aufweist, wobei eine Datenpumpe (10) auszusendende Nutzdaten entsprechend einer eingestellten Verarbeitungs- und Sendecharakteristik in zeitlich aufein anderfolgende Signalblöcke transformiert und diese über den Kanal (14, 15, 16) aussendet sowie die andere Datenpumpe (12) empfangene Signalblöcke entsprechend einer einge stellten Empfangs- und Aufarbeitungscharakteristik in Nutzdaten zurücktransformiert, und wobei vor der Übertragung von Nutzdaten während einer Einlaufprozedur (61) mit Hilfe von Testsignalen (36) die Kanalparameter gemessen werden und daraus die Kanalcharakteristik berechnet wird, wobei das Verfahren während der Einlaufprozedur (61) die folgenden Schritte umfaßt:

1.1 Eine als Master-Datenpumpe (10) arbeitende Datenpumpe (10, 12) sendet über den Kanal (15) die Testsignale aus, die von der als Slave-Datenpumpe (12) arbeitenden anderen Datenpumpe (10, 12) empfangen werden,
1.2 die Slave-Datenpumpe (12) bestimmt aus den empfangenen Testsignalen zumindest einige der Kanalparameter und überträgt zumindest einige der bestimmten Kanal parameter zurück zu der Master-Datenpumpe (10),
1.3 die Slave-Datenpumpe (12) berechnet aus den bestimmten Kanalparametern Einstellwerte für die an die Kanal charakteristik angepaßte Einstellung der Empfangs- und Aufarbeitungscharakteristik der Slave-Datenpumpe (12), und
1.4 die Master-Datenpumpe (10) berechnet aus den zurück übertragenen Kanalparametern Einstellwerte für die an die Kanalcharakteristik angepaßte Einstellung der Verarbeitungs- und Sendecharakteristik der Master- Datenpumpe (10),

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es während der Übertragung der Nutzdaten die folgenden Schritte umfaßt:

2.1 Die Nutzdaten werden unter Hinzufügung (24) von der Slave-Datenpumpe (12) bekannten Testkomponenten in die Signalblöcke transformiert,
2.2 die Slave-Datenpumpe (12) extrahiert (47) aus den empfangenen Signalblöcken die Testkomponenten und synchronisiert (43) mit deren Hilfe die empfangenen Signale, und
2.3 paßt die Empfangs- und Aufarbeitungscharakteristik adaptiv (45, 52) an das zeitvariante Verhalten der Kanalcharakteristik an, so daß die empfangenen Signale mittels der berechneten Kanalcharakteristik entzerrt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Nutzdaten in Form von Informations elementen bereitgestellt werden, von denen jeweils eine bestimmte Anzahl mittels einer Signal-Code-Konstruktion (SCK) in Quadraturamplitudenmodulations-Signale (QAM- Signale) transformiert wird (24), mit denen Träger verschie dener Frequenzen innerhalb eines Frequenzbereiches des Kanales moduliert werden (29), aus denen der jeweilige Signalblock von Abtastwerten gebildet wird (31), und daß anhand der Kanalparameter in der Master-Datenpumpe (10) und der Slave-Datenpumpe (12) eine derart optimierte Signal- Code-Konstruktion bestimmt wird (25, 55), daß die Verteilung der QAM-Signale, also die Verteilung der Nutzleistung zwischen den einzelnen Trägern optimiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt 2.3 die QAM-Signale auf allen im Frequenzbereich des Kanales enthaltenen Frequenzen demoduliert werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zeitlich nacheinander und/oder zeit gleich verschiedene Testsignale (36) ausgesendet werden, wobei die folgenden Schritte durchgeführt werden:

5.1 Die Master-Datenpumpe (10) sendet sinusförmige Signale für eine bestimmte Zeitdauer aus, anhand derer die Slave-Datenpumpe (12) die Kanalparameter mißt,
5.2 die Master-Datenpumpe (10) sendet zusätzlich linear frequenzmodulierte Signale (LFM-Signale) in bestimmten Zeitschlitzen aus, wobei die Messung der Kanal parameter auch während der Messung der LFM-Signale durch die Slave-Datenpumpe (12) erfolgt,
5.3 die Slave-Datenpumpe (12) berechnet aus den Kanal parametern Koeffizienten eines adaptiven Eingangs filters (45), das die Verkürzung der Impulsantwort des Kanales (14, 15, 16) vornimmt,
5.4 die Slave-Datenpumpe (12) berechnet für jede einzelne im Kanal (14, 15, 16) benutzte Trägerfrequenz Ko effizienten eines adaptiven Entzerrers (52), und
5.5 die Master-Datenpumpe (10) berechnet für jede einzelne im Kanal (14, 15, 16) benutzte Trägerfrequenz Ko effizienten eines sendeseitigen Vorverzerrers (27),

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformation (24) der Infor mationselemente in die QAM-Signale gesondert für jede Trägerfrequenz im Kanal (14, 15, 16) mittels der synthe tisierten Signal-Code-Konstruktion unter Hinzufügung der Testkomponenten erfolgt, daß daraufhin jedes der QAM-Signale mit Vorverzerrungskoeffizienten multipliziert wird (27), daraufhin diese komplexwertigen, vorverzerrten QAM-Signale zur Modulation der Trägerfrequenzen dienen (29) und der daraus gebildete Block von Abtastwerten periodisch fortge setzt wird (31), um die aperiodische in die zyklische Faltung zu überführen, so daß die auszusendenden Signal blöcke entstehen.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

7.1 Die Koeffizienten des adaptiven Eingangsfilters (45) werden an das zeitvariante Verhalten der Kanalcharak teristik angepaßt,
7.2 nach Demodulation (48) und Synchronisation (43, 44) des Eingangssignales erfolgt eine adaptive Vorent zerrung (51) und eine adaptive Entzerrung (52),
7.3 nach der Dekodierung (54) der empfangenen Signale erfolgt eine erneute Synthese einer Empfängerversion der Signal-Code-Konstruktion (55, 56),
7. 4 mittels der Empfängerversion der Signal-Code-Konstruk tion (56) erfolgt die Adaption der Koeffizienten des Entzerrers (52), und
7.5 mittels der Empfangsversion der Signal-Code-Konstruk tion (56) sowie der Entzerrer- und Vorentzerrer- Koeffizienten (61) erfolgt eine Adaption des adaptiven Eingangsfilters (45).

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch die folgenden, während der Einlaufprozedur durchge führten Schritte:

8.1 Aus der Messung des LFM-Signales wird die komplexe Übertragungsfunktion (K_i) des Kanales (14, 15, 16) berechnet,
8.2 die Ziel-Übertragungsfunktion (G_i) des Kanales (14, 15, 16) wird berechnet, die sich aus den Übertragungs funktionen zweier in Kette geschalteter Vierpole (Kanal (14, 15, 16) und Eingangsfilter (45)) zusammen setzt, indem zunächst der Betrag der Abtastwerte (K_i) gebildet wird (75), diese dann von N auf L Werte dezimiert werden (76), anschließend mit einer spek tralen Fensterfunktion (79) multipliziert werden (78) und einer inversen, diskreten Fouriertransformation der Länge L unterzogen werden (81), dann N-L Nullen (82) eingefügt und anschließend eine zyklische Rotation um L/2-1 durchgeführt wird, woraufhin eine digitale Fouriertransformation der Länge N erfolgt (83), und
8.3 die Übertragungsfunktion (H_i⁺) des adaptiven Eingangs filters (45) wird mittels einer Multiplikation der konjugiert-komplexen Übertragungsfunktion des Kanales mit der Ziel-Übertragungsfunktion (G_i) des Kanales (14, 15, 16) sowie der anschließenden Division durch das Quadrat des Betrages der Kanalübertragungsfunktion zuzüglich einer additiven Konstanten (ρ) berechnet (84).

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch die Schritte:

9.1 Die Kanalparameter werden nach adaptiver Eingangs filterung (45), Frequenzversatzkompensation (46), Herauslösen des Orthogonalitätsintervalles der Länge N aus dem Block der Länge N+L von Abtastwerten und der Demodulation (48) der einzelnen Träger ständig mittels eines Kalmanfilters (112) geschätzt,
9.2 der Empfangsblock wird im Frequenzbereich mittels der gefilterten Testkomponenten komplex normiert (111),
9.3 das normierte Signal wird im Frequenzbereich durch eine Multiplikation (113) aller Komponenten mit den Koeffizienten des adaptiven Entzerrers (51) entzerrt,
9.4 die Übertragungsfunktion des Kanales wird mittels einer Division des normierten Signales im Frequenz bereich durch die Empfangsversion der Signale-Code- Konstruktion geschätzt (114), und
9.5 diese Schätzung wird mit Hilfe eines komplexen, vektoriellen Kalmanfilters (116) geglättet und die geglätteten Werte für die adaptive Entzerrung (115) benutzt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückübertragung der bestimmten Kanalparameter zur Master-Datenpumpe (10) mittels besonders störsicherer Rückübertragung über den Kanal (14, 15, 16) erfolgt.