Diese Erfindung bezieht sich auf eine Bildung von Mehrträgersignalen
und vornehmlich auf Methoden zur Reduzierung des Spitze-Mittel-Leistungsverhältnisses
von derartigen Signalen. Die Erfindung ist besonders auf das EDGE-("enhanced data
for GSM evolution")System anwendbar.
Sender zum Übertragen von Signalen umfassen üblicherweise
einen Signalerzeugungsabschnitt, der das Signal erzeugt, das zu übertragen
ist, und einen Verstärkungsabschnitt, der das Signal zur Übertragung verstärkt,
indem ein Leistungsverstärker (PA) verwendet wird. Wird eine linearisierter
Sender betrieben, ist es nur möglich, bis zu der gesättigten Ausgangsleistung
des verwendeten PA zu linearisieren; darüber hinaus ist keine Leistung mehr
verfügbar und wird sich das linearisierte System wie ein hart bzw. fest begrenztes
System verhalten. Ein Abschneiden der Spitzen bzw. Scheitel eines veränderlichen
Hüllkurven- bzw. Einhüllendensignals (wie etwa jedes Mehrträgersignals)
wird eine Verzerrung und eine Spektralspreizung verursachen, wobei die Möglichkeit
besteht, einen erheblichen Fehlervektorbetrag (EVM) zu verursachen. In dem Fall
eines modulierten EDGE-Systems wird dies zu einer Intermodulationsverzerrung (IMD)
führen, wobei allerdings ein sehr strenger Grenzwert bezüglich einer Intermodulationsverzerrung
von ~70 dBc besteht, wie in GSM 0505 spezifiziert. Als Folge hiervon ist ein Abschneiden
von begrenztem Nutzen.
Um ein Abschneiden und ein Fehlschlagen bei Erfüllung der vorstehenden
IMD-Anforderung zu vermeiden, ist es im Allgemeinen notwendig, dass jeder verwendete
Verstärker eine Spitzenleistungsfähigkeit aufweist, die gleich dem Pegel
der erwarteten Signalspitzen ist. Dies hat zwei hauptsächliche Auswirkungen:
i) Die Größe des Verstärkers (und somit die Kosten des Siliziums,
auf dem er typischerweise ausgebildet wird) wird durch die Spitzenleistungsanforderung
festgelegt, nicht durch das Mittel. Demnach verlangt eine Auswahl eines Verstärkers,
der die Spitzenleistungsanforderung erfüllt, einen größeren Verstärker
als andernfalls gefordert wäre.
ii) Die Effizienz bzw. der Wirkungsgrad des Verstärkers wird auf einer
durchschnittlichen Leistung beruhen, die um einen Betrag, der mindestens gleich
dem PAR ("peak-to-average ratio": Spitze-Mittel-Verhältnis) ist, von der Sättigung
zurückgesetzt ist, und wird daher nicht optimal sein.
Aus diesen beiden Punkten ist ersichtlich, dass ein großes PAR
zu einem großen teueren Verstärker führen wird, der ineffizient arbeitet,
und aus diesem Grund ist es so, dass PAR-Reduktionsmethoden verwendet werden, wenn
möglich.
1 zeigt das PAR eines LDMOS-Verstärkers einer
hohen Leistungsklasse AB (Psat > 400 W) in Bereichen einer Zurücksetzung
von einer Sättigungsleistung (Psat). Die Figur zeigt, dass der Verstärker
einen Leistungswirkungsgrad bzw. "power added efficiency" von über 40% aufweist,
wenn er bei einer voll gesättigten Leistung betrieben wird, wohingegen der
Wirkungsgrade bei einer Zurücksetzung von 9 dB auf ungefähr 17% abgefallen
ist. Obwohl die Steigung der Wirkungsgradkurve für unterschiedliche Verstärkerausführungen
etwas angepasst werden kann, wird sich die Steigung mit ansteigender Zurücksetzung
von Psat reduzieren, solange ein (linearer) Verstärker der Klasse AB verwendet
wird. Im Vergleich zu der vorstehenden Kurve würde zum Beispiel eine 1 dB-Verbesserung
des PAR von 9 dB auf 8 dB zu einer Wirkungsgradverbesserung von 17% auf 19% und
einer Spitzenleistungsanforderung, für einen Sender mit 32 W (45 dBm) Durchschnittsleistung,
von 252 W auf 200 W führen. Dies könnte unter der Annahme von Kosten in
Höhe von 1,4$ pro Watt 72$ pro Verstärker einsparen.
Das Spitze-Mittel-Verhältnis ist in allen Modulationssystemen
mit veränderlicher Hüllkurve bzw. Einhüllenden ein Problem. Lange
Zeit wurde ein Basisband-Abschneiden verwendet, um die Maximalspitzen von Signalen
in solchen Systemen zu begrenzen.
Der Ausgleich zwischen PAR-Reduktion und Spitzen-Codebereichsfehler
ist der begrenzende Faktor darin, wie weit die Spitzen reduziert werden können.
Dieses Thema wurde gründlich dokumentiert und ist hier nicht zu erörtern.
In einem Mehrträger-EDGE-System werden die Träger nicht
in dem Basisband, sondern in dem HF-Bereich zusammengebracht (wobei zumindest eine
gewisse Frequenzverschiebung angewandt werden muss, um eine Trägertrennung
zu erreichen, selbst in dem digitalen Bereich), womit das Mehrträgersignal
mit hohem PAR nicht vor den Basisband-Impulsformungsfiltern existiert. Dieser Unterschied
bedeutet, dass jede Spektralspreizung oder Verzerrung, die durch ein Abschneiden
des Signals verursacht wird, nicht durch die Impulsformungsfilter wiederhergestellt
werden kann.
Die US 6,125,103 offenbart
ein Verfahren zum Reduzieren von Signalspitzen in einem übertragenen Signal
durch Erzeugung von mehreren alternativen informationsäquivalenten Sequenzen
und Auswahl der günstigsten Sequenz zur Übertragung. Die informationsäquivalenten
Sequenzen werden durch Multiplikation mit einem komplexen Wert erzeugt, um zu einer
Phasendrehung zu führen.
"A comparison of peak power reduction shemes for OFDM" von S. H. Muller
et al. offenbart ein ähnliches Verfahren zu demjenigen, das in der
US 6,125,103 offenbart ist. Komplexwertige
Drehungsfaktoren werden verwendet, um eine Auswahl von phasengedrehten Trägern
zu erzeugen. Es wird eine Spitzenwertoptimierung durchgeführt, um die Träger
auszusuchen, für die das PAR minimiert ist.
Es besteht daher ein Erfordernis für eine verbesserte Art und
Weise, um Signale zu bilden, um so vorzugsweise das typische PAR zu reduzieren und
somit die Anforderungen an den Leistungsverstärker des Senders herab zu setzen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Bilden
eines Mehrträgerausgangssignals zur Übertragung in einem Kommunikationssystem
bereitgestellt, wobei das Mehrträgerausgangssignal aus einer Vielzahl von Datensignalen
gebildet wird, die jeweils mit einem jeweiligen einer Vielzahl von Trägersignalen
moduliert werden, wobei das Verfahren aufweist: Einrichten von zwei oder mehr Sätzen
von Trägersignalen, wobei jeder Satz jedes der Vielzahl von Trägersignalen
aufweist und sich von dem/den anderen Satz/Sätzen in der Phase von zumindest
einem der Trägersignale unterscheidet; Bestimmen der maximalen Amplitude des
Mehrträgerausgangssignals, das sich aus der Verwendung von einem ersten Satz
von Trägersignalen zum Bilden des Mehrträgersignals ergeben würde,
und, wenn diese maximale Amplitude oberhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt,
Durchführen der Schritte: (a) Auswählen desjenigen der Sätze von
Trägersignalen, der, wenn er zum Bilden des Mehrträgersignals verwendet
wird, das Mehrträgerausgangssignal ergeben würde, das die niedrigste maximale
Amplitude aufweist; und (b) Bilden des Mehrträgerausgangssignals aus der Vielzahl
von Datensignalen, die jeweils mit dem jeweiligen der Vielzahl von Trägersignalen
von diesem ausgewählten Satz moduliert werden; und anderenfalls: Bilden des
Mehrträgerausgangssignals aus der Vielzahl von Datensignalen, die mit dem jeweiligen
der Vielzahl von Trägersignalen des ersten Satzes moduliert werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Sender
zum Bilden eines Mehrträgerausgangssignals zur Übertragung in einem Kommunikationssystem
bereitgestellt, wobei das Mehrträgerausgangssignal aus einer Vielzahl von Datensignalen
gebildet wird, die jeweils mit einem jeweiligen einer Vielzahl von Trägersignalen
moduliert werden, wobei der Sender konfiguriert ist zum: Einrichten von zwei oder
mehr Sätzen von Trägersignalen, wobei jeder Satz jedes der Vielzahl von
Trägersignalen aufweist und sich von dem/den anderen Satz/Sätzen in der
Phase von zumindest einem der Trägersignale unterscheidet; Bestimmen der maximalen
Amplitude des Mehrträgerausgangssignals, das sich aus der Verwendung von einem
ersten Satz von Trägersignalen zum Bilden des Mehrträgersignals ergeben
würde; Bestimmen der maximalen Amplitude des Mehrträgerausgangssignals,
das sich aus der Verwendung von einem ersten Satze von Trägersignalen zum Bilden
des Mehrträgersignals ergeben würde, und, wenn diese maximale Amplitude
oberhalb eines vorbestimmten Schwellenwertes liegt: (a) Auswählen desjenigen
der Sätze von Trägersignalen, der, wenn er zum Bilden des Mehrträgersignals
verwendet wird, das Mehrträgerausgangssignal ergeben würde, das die niedrigste
maximale Amplitude aufweist; und (b) Bilden des Mehrträgerausgangssignals aus
der Vielzahl von Datensignalen, die jeweils mit dem jeweiligen der Vielzahl von
Trägersignalen von diesem ausgewählten Satz moduliert werden; und anderenfalls:
Bilden des Mehrträgerausgangssignals aus der Vielzahl von Datensignalen, die
mit dem jeweiligen des ersten Satzes moduliert werden.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren
zum Bilden eines Mehrträgerausgangssignals zur Übertragung in einem Kommunikationssystem
bereitgestellt, wobei das Mehrträgerausgangssignal zur Übertragung in
einem Kommunikationssystem dient, wobei das Mehrträgerausgangssignal aus einer
Vielzahl von Datensignalen gebildet wird, die jeweils mit einem jeweiligen einer
Vielzahl von Trägersignalen moduliert werden, wobei das Verfahren aufweist:
Einrichten eines Satzes von Trägersignalen; Bestimmen der maximalen Amplitude
des Mehrträgersignals, das sich aus einer Modulation von jedem der Vielzahl
von Datensignalen mit dem jeweiligen der Vielzahl von Trägersignalen von diesem
Satz ergeben würde; und Bilden des Mehrträgersignals durch Modulation
von jedem der Vielzahl von Datensignalen mit dem jeweiligen der Vielzahl von Trägersignalen
von diesem Satz, falls die bestimmte maximale Amplitude unterhalb eines vorbestimmten
Schwellenwertes liegt; und anderenfalls Ändern der Phase von zumindest einem
der Trägersignale des Satzes und Bilden des Mehrträgersignals durch Modulation
von jedem der Vielzahl von Datensignalen mit dem jeweiligen der Vielzahl von Trägersignalen
von dem Satz, einschließlich des zumindest einen Trägersignals mit einer
geänderten Phase.
Vorzugsweise weist der Einrichtungsschritt auf: Bilden eines ersten
Satzes der Vielzahl von Trägersignalen; und Bilden des anderen Satzes oder
jedes der anderen Sätze der Vielzahl von Trägersignalen durch Duplizieren
eines vorhergehend gebildeten Satzes der Trägersignale, wobei aber die Phase
von einem oder mehreren Trägersignalen um einen zufälligen Betrag geändert
wird. Der zufällige Betrag kann ein pseudozufälliger Betrag sein.
Vorzugsweise weist der Einrichtungsschritt auf: Bilden eines ersten
Satzes der Vielzahl von Trägersignalen; und Bilden des anderen Satzes oder
jedes der anderen Sätze der Vielzahl von Trägersignalen durch Duplizieren
eines vorhergehend gebildeten Satzes der Trägersignale, wobei aber die Phase
von einem oder mehreren der Trägersignale um einen vorbestimmten Betrag geändert
wird. Der vorbestimmte Betrag kann aus einer Menge von vorbestimmten Beträgen
ausgewählt werden. Die Menge von vorbestimmten Beträgen können ganzzahlige
Vielfache eines einzelnen Betrags sein. Es ist am meisten bevorzugt, dass die Menge
von vorbestimmten Beträgen einen oder mehrere der Werte aufweist: &pgr;/2,
&pgr;, 3&pgr;/2. Dies ermöglicht eine einfache Implementierung, da Multiplikationen
nur mit 1 und –1 verwendet werden können, um diese Phasedrehungen durchzuführen.
Vorzugsweise weist der Auswahlschritt auf: Bilden, für jeden
der Sätze von Trägersignalen, eines Mehrträgersignals durch Modulation
von jedem der Datensignale mit dem jeweiligen Trägersignal von diesem Satz,
Kombination der modulierten Signale und Bestimmung der maximalen Amplitude des kombinieren
Signals.
Wahlweise kann die maximale Amplitude durch Simulation bestimmt werden.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren ein wiederholtes Bilden von einem
der Sätze von Trägersignalen und Bestimmen der maximalen Amplitude, die
das Mehrträgerausgangssignal aufweisen würde, falls dieser Satz von Trägersignalen
zum Bilden des Mehrträgersignals verwendet würde, bis die bestimmte maximale
Amplitude unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt. Falls keiner einer
vorbestimmten Anzahl von gebildeten Sätzen dazu führen würde, dass
die bestimmte maximale Amplitude unterhalb des Schwellenwerts liegt, kann der eine
von denjenigen Sätzen ausgewählt werden, die die niedrigste maximale Amplitude
ergeben würden.
Das Kommunikationssystem kann ein GSM-, WCDMA- oder EDGE-Kommunikationssystem
sein. Wahlweise kann es ein System eines anderen Typs sein.
Das Mehrträgerausgangssignal ist geeigneter Weise ein Burst bzw.
Übertragungsblock des Kommunikationssystems. Wahlweise kann es ein längerer
oder kürzerer Signalblock sein. Geeigneter Weise werden die Auswahl- und Bildungsschritte
für jeden Übertragungsblock oder jeden anderen Block durchgeführt.
Der Einrichtungsschritt kann für jeden Übertragungsblock oder jeden anderen
Block oder für mehrere Übertragungsblöcke/Blöcke durchgeführt
werden.
Jedes der Datensignale kann mehr oder weniger als 100 Symbole aufweisen.
Das Verfahren kann ein Verstärken des Mehrträgerausgangssignals
und ein Übertragen des verstärkten Signals über eine Antenne aufweisen.
Vorzugsweise wird das Signal mit Hilfe eines linearen Leistungsverstärkers
verstärkt.
Die Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitende
Zeichnung beschrieben.
In der Zeichnung gilt:
1 zeigt das PAR eines LDMOS-Verstärkers einer
hohen Leistungsklasse AB;
2 zeigt das EDGE-Symbolabbildungsschema;
3 veranschaulicht das EDGE-3pi/8-Versatzschema;
4 zeigt das EDGE-Konstellationsdiagramm;
5 zeigt die Ergebnisse einiger Simulationen, wobei
das PAR gegen die Zeit aufgetragen ist;
6 zeigt die Ergebnisse eines Modulationsphasenänderungsalgorithmus;
und
7 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des
Phasenänderungsalgorithmus.
Die in dem EDGE-System verwendete Modulation ist in Abschnitt 3 des
Standarddokuments GSM 0504 spezifiziert. Sie beinhaltet die folgenden Schritte:
1) Symbolabbildung bzw. -mapping
Es werden drei Datenbits unter Verwendung eines Gray-Codes kombiniert,
um ein 8 psk-Symbol zu bilden. Die Umwandlung von Modulationsbits in Symbole wird
gemäß der folgenden Tabelle durchgeführt.
Die Symbole werden dann gemäß dem in 2
veranschaulichten Schema abgebildet.
2) Symboldrehung
Die Symbole werden fortgesetzt um einen 3pi/8-Versatz gedreht, was
definiert ist durch
Ŝi = Si·eji3&pgr;/8
Dies ist gemäß 3 veranschaulicht.
3) Impulsformung
Das Signal wir dann mittels eines Filters impulsgeformt, das die allgemeine
Gaußsche Spektralantwort des GSM-Systems annähert. Dies führt zu
einem Konstellationsdiagramm wie es gemäß 4
gezeigt ist.
Als Ergebnis von diesen Schritten weist ein EDGE-moduliertes Einträgersignal
ein PAR von ungefähr 3,1 dB auf. Für ein Mehrträger-EGDE-Signal hängt
das PAR des ungünstigsten Falls von der Anzahl von Trägern ab. Typischerweise
ist das PAR des ungünstigsten Falls von Mehrträgersignalen wie folgt:
2 Träger = 3 dB
4 Träger = 6 dB
8 Träger = 9 dB
Falls jeder der Träger eine EDGE-Modulation mit einem eigenständigen
PAR von 3,1 dB auf sich aufweist, werden die PAR-Zahlen des ungünstigsten Falls
zu:
2 Träger = 6,1 dB
4 Träger = 9,1 dB
8 Träger = 12,1 dB
Damit in der Praxis in einem Mehrträgersystem eine Spitzenleistung
des ungünstigsten Falls auftritt, muss passieren, dass:
i) die Modulation der einzelnen Trägersignale muss auf einer Spitzenamplitude
liegen muss; und gleichzeitig
ii) die HF-Träger (oder Trennfrequenz) zeitgleich die gleiche Phase aufweisen
müssen.
Ein EDGE-Symbol dauert 3,69 ms, und es können Spitzen über
3 dB beobachtet werden, die ungefähr 4,8 ms dauern (250 Taktzyklen @ 52 MHz-Abtastung).
Um dies zu veranschaulichen, zeigt 5 die Ergebnisse
einiger Modulationen, wobei das PAR gegen die Zeit aufgetragen ist.
Es wurde die statistische Wahrscheinlichkeit eines Auftretens von
bestimmten Spitzenleistungen bei Mehrträger-EDGE-Signalen analysiert. Basierend
auf diesen Ergebnissen sind die PARs, die mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,1%
erreicht würden, wie folgt:
2 Träger = 6,3 dB
4 Träger = 8 dB
8 Träger = 8,5 dB
16 Träger = 9 dB
(Im Vergleich war das EDGE-Einträger-PAR für diese Simulation
3,6 dB.) Diese Zahlen sind beträchtlich kleiner als die Zahlen des ungünstigsten
Falls, und bei einer ansteigenden Anzahl von Trägern ergibt sich eine weitere
statistische Verbesserung.
In der Wirklichkeit werden die unterschiedlichen EDGE-Signale auf
einer ZF-Frequenz gefloatet bzw. in Umlauf gebracht, die gleich ihrer Trägertrennung
ist. Die Phasen der unterschiedlichen Signale werden daher relativ zueinander nicht
konstant sein.
Mit einer ansteigenden Anzahl von Trägern wird die Wahrscheinlichkeit
reduziert, dass sich die Trennfrequenzträger zur Bildung einer Spitze ausrichten.
Simulationen unter Verwendung mehrerer Sinuswellen mit einem Abstand von 600 kHz
geben an, dass die Wahrscheinlichkeit, dass ein 4-Träger-Signal seinen ungünstigsten
Fall erreicht, ziemlich hoch ist (0,1%). Mit einer steigenden Anzahl von Trägern
wird die Wahrscheinlichkeit einer Kombination des ungünstigsten Falls geringer,
wobei in diesem Fall mit einem Wert von 500 Datenzeitschlitzen der maximale Wert
für 8 Träger ungefähr 8,5 dB ist, und für 16 Träger ungefähr
9,5 dB.
Abschnitt 3.3 von GSM 05.04 besagt:
"Bevor das erste Bit der Übertragungsblöcke wie in GSM 05.02 definiert
in den Modulator eintritt, ist der Zustand des Modulators undefiniert. Auch nach
dem letzten Bit des Übertragungsblocks ist der Zustand des Modulators undefiniert.
Die Tail- bzw. Begrenzungsbits (siehe GSM 05.02) definieren den Beginn und das Ende
des aktiven und des nützlichen Teils des Übertragungsblocks wie gemäß
3 veranschaulicht. Über die tatsächliche
Phase des Modulatorausgangssignals außerhalb des nützlichen Teils des
Übertragungsblocks ist nichts spezifiziert."
Dies ist sinnvoll, da das Mobilgerät seine Phaseninformation
relativ zu der Trainingssequenz in der Mitte des Übertragungsblocks wiederherstellt.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass es diese Spezifikation
einem Entwickler offen lässt, die Phase zu Beginn des Übertragungsblocks
auf jeden beliebigen Wert zu ändern, und dass dies auf vorteilhafte Weise ausgenutzt
werden kann, um eine Verbesserung der Effizienz bzw. des Wirkungsgrads zu ermöglichen.
Jeder EDGE-Übertragungsblock kann als ein isoliertes Ereignis
betrachtet werden. Wie vorstehend skizziert sind die größten Spitze-Mittel-Verhältnisse
statistisch selten; und somit ist die Wahrscheinlichkeit gering, dass aufgrund einer
Addition von modulierten Signalen eine Spitze auftritt, so dass sich in einem Mehrträger-Übertragungsblock
ein hohes PAR ergibt. Wenn jedoch ein Zusammentreffen von Signalen erfasst würde,
das zur Verursachung einer solchen Spitze beitragen könnte, bevor das Signal
an den Leistungsverstärker weitergegeben wird, könnte eine solche Addition
vermieden werden, indem die Phase von einem oder mehreren der Träger variiert
wird, die anderenfalls die Spitze verursachen würden. Diese Methode ist nachstehend
ausführlicher beschrieben.
Das Signal unter Beurteilung kann als eine komplexe Hüllkurve
bzw. Einhüllende modelliert werden:
wobei A(t, i) der durch eine Modulation definierte Ausdruck ist und e(j&ohgr;it+&PHgr;i) die Frequenzstelle eines Einträgersignals innerhalb des Mehrträgerbandes
und den Phasenversatz zwischen diesen beschreibt. Das Ziel besteht darin,
das Spitze-Mittel-Verhältnis PAR: ("peak-to-mean ratio") des übertragenen
Signals zu minimieren.
Im Einklang mit dem Signalmodell, das in dem vorhergehenden Abschnitt
definiert ist, gibt es mehrere Optionen zur Reduzierung des PAR des Ausgangssignals.
Erstens können die Ausdrücke A(t, i) modifiziert werden, so dass das PAR
minimiert wird. In diesem Fall ist der Ausdruck "Abschneiden" angemessen, da die
Modifikation einen Fehler (EVM) in dem Ausgangssignal erzeugt. Wahlweise kann man
die Ausdrücke der Frequenz &ohgr;i von jedem Träger anpassen,
aber dies verursacht einen Frequenzfehler an dem übertragenen Signal, und dies
ist durch die Spezifikationen in einer EDGE-Umgebung beschränkt. Eine dritte
Option besteht darin, den Phasenversatz &PHgr;i von jedem Träger
anzupassen. Falls die Anpassung Übertragungsblock für Übertragungsblock
vorgenommen wird, verursacht sie keinerlei Fehler an dem übertragenen Signal,
und daher wird dies als eine Alternative oder eine unterstützende Option für
Abschneidealgorithmen betrachtet.
Wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Methode verwendet,
werden Übertragungsblöcke erkannt, wo große Spitzen auftreten können,
und wird die Anfangsphase von einem oder mehreren der Modulatoren manipuliert bzw.
beeinflusst, wenn einer oder mehrere der Kanäle moduliert werden, die den Übertragungsblock
bilden, um so ein Auftreten der Spitze zu vermeiden. Die Phase(n) der Träger
während eines Übertragungsblocks wird (werden) zwischen Übertragungsblöcken
geändert und über die Länge des fraglichen Übertragungsblocks
hinweg beibehalten. Am Ende des Übertragungsblocks kann (können) die Phase(n)
erneut geändert oder gleich gehalten werden.
Es stehen zahlreiche spezielle Ausführungsbeispiele zur Verfügung,
um die Spitzenamplitude zu reduzieren. Im Allgemeinen werden zwei oder mehr Sätze
der Trägersignale eingerichtet, die (gemäß dem Standard für
das fragliche Kommunikationssystem) verwendet werden können, um einen Übertragungsblock
zu modulieren, und wird derjenige zur Verwendung ausgewählt, der zu der niedrigsten
maximalen Amplitude für das Signal führen würde, die sich ergeben
würde, wenn die modulierten Signale kombiniert werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel können alle Sätze eingerichtet
werden und wird derjenige ausgewählt, der zu der niedrigsten maximalen Amplitude
führen würde. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein vorbestimmter
Schwellenwert für eine akzeptable maximale Amplitude für einen Übertragungsblock
eingerichtet. Es werden wiederum Sätze eingerichtet, und sobald ein Satz gefunden
wird, der zu dem Übertragungsblock mit einer maximalen Amplitude unterhalb
dieses Schwellenwerts führen würde, wird dieser Übertragungsblock
ausgewählt. Es kann mitunter passieren, dass der erste auszuwählende Satz
den Schwellenwert erfüllt, aber bei anderen Iterationen mehrere Sätze
möglicherweise ausprobiert werden müssen. Es kann notwendig sein, ein
Maximum bezüglich der Anzahl von zu verwendenden Versuchen einzustellen, um
so die erforderliche Verarbeitung in verfügbaren Schranken zu halten. Sobald
diese Anzahl von Versuchen unternommen wurde, kann der Satz ausgewählt werden,
der zu der niedrigsten Spitzenamplitude geführt hätte.
Die Einrichtung der Sätze kann in einer zweckdienlichen bzw.
günstigen Weise vorgenommen werden. Sie kann zum Beispiel durch eine zufällige
Änderung der Phase von einem oder mehreren der Trägersignale vorgenommen
werden. Wahlweise kann sie durch eine deterministische Änderung der Phase von
einem oder mehreren der Trägersignale vorgenommen werden. Bei einem bevorzugtem
Ausführungsbeispiel sind die Phasenänderungen, die zur Verfügung
stehen, auf eine oder mehrere von &pgr;/2, &pgr; und 3&pgr;/2 beschränkt.
Diese Drehungen können durchgeführt werden, indem nur Multiplikationen
mit 1 und –1 verwendet werden, was sie besonders zweckdienlich bzw. günstig
zur Durchführung macht. Eine Drehung von 0 (keine Änderung) erfüllt
ebenfalls diese Bedingung.
Welcher der Sätze zu der niedrigsten maximalen Amplitude führen
würde, kann bestimmt werden, indem die Modulation durchgeführt wird, wobei
die sich ergebende maximale Amplitude gemessen wird, und die bestimmten Maxima verglichen
werden; oder durch Simulation.
Das Maximum kann ein absolutes Maximum sein, oder es kann das Spitze-Mittel-Verhältnis
sein.
Ein Beispiel eines Algorithmus zur Implementierung der Methode umfasst
ein Messen des PAR für einen Mehrträger-Übertragungsblock und, falls
ein bestimmter Pegel von PAR erfasst wird, ein Erteilen einer alternativen zufälligen
Anfangsphase an die Modulatoren. Dies ist ein relativ simplistischer Algorithmus
zur Beseitigung der Spitzen, und er ist in Bezug auf die Rechenleistung ziemlich
intensiv. Ausgeklügeltere Algorithmen können einfach
die Anfangsphase eines Untersatzes bzw. Teilsatzes der Kanäle anpassen, und
der Versatz kann in einer koordinierten Weise statt zufällig bestimmt werden.
Es sollte beachtet werden, dass es akzeptabel ist, einfach eine zufällige
Anpassung der Phase(n) zu implementieren, da die Wahrscheinlichkeit eines Auftretens
eines Spitzen-PAR in irgendeinem Übertragungsblock gering ist. Nachdem die
Phase der Träger geändert wurde, um eine Spitze zu vermeiden, ist die
Wahrscheinlichkeit eines weiteren Auftretens in dem gleichen Übertragungsblock
gering.
Die Phase der einzelnen Träger relativ zueinander kann angepasst
werden, indem die Phase der 3pi/8-Phasendrehung des EDGE-Modulators variiert wird.
In anderen Systemen können andere Mittel zur Anpassung der Phase verwendet
werden.
6 veranschaulicht die Ergebnisse einer Simulation unter
Verwendung des relativ simplistischen Algorithmus, der vorstehend beschrieben ist.
Die Ergebnisse sogar für diesen Algorithmus zeigen, dass sich das Spitze-Mittel-Verhältnis
für eine Wahrscheinlichkeit von 0,01% von 8 dB auf ungefähr 7 dB reduziert
hat, eine Verbesserung von 1 dB. Unter Verwendung des Beispielverstärkers,
der unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist, würde
dies zu einer Effizienzverbesserung von 18% auf 21,5% führen (Verbesserung
von 3,5%), sowie zu einer Kosteneinsparung von 56$ (Spitzenleistung von 200 W auf
160 W für durchschnittlich 32 W und unter der Annahme von 1,4 $/W).
Da die vorliegende Methode im Wesentlichen prädiktiv bzw. voraussagend
ist und alle Phasendrehungen auf das Signal zu Beginn des HF-Übertragungsblocks
zu implementieren hat, erfordert sie, dass die Identifikation bzw. Ermittlung einer
potentielle Spitze zumindest einen Zeitschlitz vor der potentiellen Spitze vorzunehmen
ist, so dass rechtzeitig eine korrigierende Maßnahme ergriffen wird. Ist eine
solche Verzögerung in dem Modulator einer möglichen Einrichtung bzw. Installation
tolerierbar, kann die Methode dort alleine implementiert werden. Anderenfalls ist
dem Modulator nachgeordnet eine zusätzliche Verarbeitung erforderlich.
In dem Codierungsprozess wird durch den Verschachtelungsprozess eine
erhebliche Verzögerung in die Verbindung eingeführt. Für einen Verkehrskanal
wird dies in einem Zyklus von 114·4 = 456 Datenbits durchgeführt, die
über 8 Halbzeitschlitze gespreizt und über 8 Rahmen übertragen werden.
Die gesamte Übertragungsverzögerung einschließlich eines zusätzlichen
SCCH-Kanals von dem ersten Übertragungsblock bis zu dem Letzten in einem Block
sei (9·8) – 7 = 65 Übertragungsblockperioden oder 37,5 ms. (Siehe
"GSM System for mobile Communications"; M. Mouley, M. Pautet, Abschnitt 4.3.2.)
An dieser Stelle steht die zur Durchführung der Prädiktion
bzw. Voraussage erforderliche Information zur Verfügung und kann ohne eine
zusätzliche Verzögerung auf das Signal verarbeitet werden. Die Vorverzerrungsalgorithmen
können dann eine geeignete Anfangsphase für jeden Übertragungsblock
an den Modulator weitergeben. Damit die Prädiktion richtig durchgeführt
wird, sollte der Verschachtler von jedem physikalischen Kanal in der Lage sein,
Informationen über die unterschiedlichen Kanäle (einschließlich der
Kanalnummer bzw. -anzahl) zu (ver-)teilen.
7 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung
der vorliegenden Methode. Die Vorrichtung gemäß 7
dient zur Verarbeitung von Daten von zwei Kanälen, die von der Vorrichtung
an 1 und 2 empfangen werden. Die ankommenden Daten werden durch
jeweilige Verzögerungseinheiten 3 und 4 verzögert, um
Zeit für eine Verarbeitung zu gewähren, die in Block 7 erfolgt,
und werden dann an jeweilige Modulatoren 5 und 6 weitergegeben.
An den Modulatoren werden die ankommenden Datenströme Übertragungsblock
für Übertragungsblock moduliert. Die Phase von jedem Modulator wird durch
Verarbeitungsblock 7 eingestellt. Die Ausgaben der Modulatoren werden kombiniert,
um ein Mehrträgersignal zu bilden, das von Leistungsverstärker
8 verstärkt und dann über Antenne 9 neu übertragen
wird.
Ein Verarbeitungsblock 7 umfasst eine Signalsimulationseinheit
10 und Speicher 11, 12, die die aktuellen Phasen der
Modulatoren 5, 6 speichern. Werden die einen Übertragungsblock
darstellenden Daten an 1, 2 empfangen, simuliert die Signalsimulationseinheit
das Mehrträgersignal, das sich aus der Modulation von diesen Daten unter Verwendung
der aktuellen Phasen der Modulatoren ergeben wird. Das simulierte Mehrträgersignal
wird an eine Entscheidungseinheit 13 weitergegeben. Geht das PAR des simulierten
Mehrträgersignals nicht über einen voreingestellten Schwellenwert hinaus,
ergreift die Entscheidungseinheit keine weitere Maßnahme. Überschreitet
das PAR den Schwellenwert, ändert die Entscheidungseinheit die in
11 und 12 gespeicherten Phasen auf zufällige Weise und gibt
die neuen Phasen an die Modulatoren weiter, damit sie von diesen bei einer Modulation
des aktuellen Übertragungsblocks verwendet werden. Die Verzögerungseinheit
führt eine derartige Verzögerung ein, dass die Daten für den Übertragungsblock
zur Modulation gemäß den eingestellten Phasen an die
Modulatoren weitergegeben werden, sobald diese Verarbeitung durchgeführt wurde.
Der statistische Ausgleich zwischen einem geringen Grad eines Abschneidens
und dem durchschnittlichen Leistungspegel der Verzerrungsprodukte, die dadurch verursacht
werden, wurde untersucht. Ein weiches bzw. nachgiebiges Abschneiden zur Reduzierung
einer Spektralverzerrung ist ebenso eine Möglichkeit.
Wie vorstehend angegeben ist es bekannt, dass ein Signal mit einem
hohen PAR hohe Anforderungen an Leistungsverstärker-Linearität stellt
und daher eine erreichbare Leistungseffizienz herabsetzt und dadurch den Leistungsverbrauch
des Leistungsverstärkers erhöht. Um die Effizienz bzw. den Wirkungsgrad
zu verbessern, wird nach Algorithmen gesucht, um das Spitze-Mittel-Verhältnis
des übertragenen Signals zu reduzieren. Abschneidealgorithmen stellen ein Verfahren
zur Reduzierung des PAR auf Kosten einer Erhöhung des Fehlervektorbetrags (EVM)
des übertragenen Signals bereit. Es wurden bereits unterschiedliche Abschneidealgorithmen
im Fall eines WCDMA-Signals studiert, und im Einklang mit den Ergebnissen wurden
einige Algorithmen zur Implementierung vorgeschlagen.
Es werden nun einige Algorithmen zur Reduzierung des PAR dargestellt.
Die Eigenschaften eines Mehrträger-EDGE-(8 PSK)Signals werden
als nächstes studiert, und einige Beschränkungen für das Abschneider-
bzw. Begrenzerverhalten werden betrachtet.
Das PAR von einem EDGE-modulierten Signal beträgt ungefähr
3,2 dB. Theoretisch wird das PAR im Fall eines Mehrträgersignals jedes Mal,
wenn sich die Anzahl von Trägern verdoppelt, um 3 dB erhöht. Gemäß
dem zentralen Grenzwertsatz nähert sich andererseits die Summe eines großen
Betrags von Zufallssignalen einem Signal gemäß einer Gauß-Funktion
an und nähert sich daher die Amplitudenverteilung eines Mehrträgersignals
der Rayleigh-Verteilung an, wenn die Trägermenge ansteigt. Dies ist bereits
mit, angenommen, 8 Trägern eine akzeptable Annäherung des übertragenen
Signals und wird hier aufgrund seiner Einfachheit verwendet.
In diesem Abschnitt werden einige Algorithmen zur Anpassung der Anfangsphase
eines Übertragungsblocks betrachtet. Wie vorstehend angegeben muss die Anfangsphasenanpassung
durchgeführt werden, bevor die eigentliche Modulation des Übertragungsblocks
beginnt.
Zum Vergleich wurden zwei Phaseneinstellalgorithmen für den Fall
von 8 Trägern ausgewertet. Der Erste beinhaltet ein Begrenzen der Phasenauflösung
auf 90 Grad und ein Betrachteten der optimalen Phasenkombination von vier Eingangssignalen.
Im Fall von 8 Eingangssignalen werden Signalpaare in zufälliger Phase summiert,
um vier Signale zu bilden. Für die resultierenden vier Signale werden alle
Kombinationen erzeugt und die Beste ausgewählt.
Der zweite Algorithmus, der studiert wurde, summiert ein zweites bzw.
zwei Zweitsignale zu dem Ersten mit der besten Phase (unter Verwendung einer ausgewählten
Auflösung, hier 45 Grad). Danach wird ein Drittes zu der Kombination der vorangehenden
zwei Signale addiert, und so weiter für die weiteren Träger.
In der Praxis können die geforderten Frequenzeigenschaften durch
Filterung eines Impulses mit einer Filterbank erzeugt werden, wobei jedes Filter
das Ansprechverhalten von jedem Unter- bzw. Teilträger aufweist.
Die Erfindung ist nicht zur Verwendung in einem GSM/EDGE-System beschränkt.
Der Anmelder offenbart hiermit getrennt jedes einzelne Merkmal, das
hierin beschrieben ist, sowie jede Kombination von zwei oder mehr solchen Merkmalen
in dem Umfang, dass solche Merkmale oder Kombinationen geeignet sind, basierend
auf der vorliegenden Spezifikation als Ganzes angesichts des allgemeinen Fachwissens
eines Fachmanns ungeachtet dessen durchgeführt zu werden, ob solche Merkmale
oder Kombinationen von Merkmalen irgendwelche hierin offenbarten Probleme lösen,
und ohne Beschränkung auf den Umfang der Ansprüche. Der Anmelder weist
darauf hin, dass Aspekte der Erfindung aus jedem solchen einzelnen Merkmal oder
jeder solchen Kombination von Merkmalen bestehen können. In Anbetracht der
vorangehenden Beschreibung wird es für einen Fachmann offensichtlich sein,
dass verschiedene Modifikationen innerhalb des Umfangs der Erfindung vorgenommen
werden können.
Anspruch[de]
Verfahren zum Bilden eines Mehrträgerausgangssignals zur Übertragung
in einem Kommunikationssystem, wobei das Mehrträgerausgangssignal durch Modulation
von jedem einer Vielzahl von Trägersignalen mit einem jeweiligen einer Vielzahl
von Datensignalen gebildet wird, mit den Schritten:
Einrichten von zwei oder mehr Sätzen von Trägersignalen, wobei jeder Satz
jedes der Vielzahl von Trägersignalen aufweist und sich von dem/den anderen
Satz/Sätzen darin unterscheidet, dass die Phase von zumindest einem der Trägersignale
unterschiedlich ist;
gekennzeichnet durch:
Bestimmen der maximalen Amplitude des Mehrträgerausgangssignals, das sich aus
der Verwendung von einem ersten Satz der Sätze von Trägersignalen zum
Bilden des Mehrträgersignals ergeben würde, und, wenn die maximale Amplitude
oberhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt, Durchführen der Schritte:
(a) Auswählen von einem der Sätze von Trägersignalen, der, wenn er
zum Bilden des Mehrträgersignals verwendet wird, das Mehrträgerausgangssignal
ergeben würde, das die niedrigste maximale Amplitude aufweist; und
(b) Bilden des Mehrträgerausgangssignals durch Modulation von jedem einer Vielzahl
von Trägersignalen von diesem ausgewählten Satz von Trägersignalen
mit einem jeweiligen einer Vielzahl von Datensignalen; anderenfalls:
Bilden des Mehrträgerausgangssignals durch Modulation von jedem einer Vielzahl
von Trägersignalen von dem ersten Satz von Trägersignalen mit einem jeweiligen
einer Vielzahl von Datensignalen.Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Einrichtungsschritt
aufweist:
Bilden eines ersten Satzes der Vielzahl von Trägersignalen; und
Bilden des anderen Satzes oder jedes der anderen Sätze der Vielzahl von Trägersignalen
durch Duplizieren eines vorhergehend gebildeten Satzes der Trägersignale, wobei
aber die Phase von einem oder mehreren der Trägersignale um einen zufälligen
Betrag geändert wird.Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Einrichtungsschritt
aufweist:
Bilden eines ersten Satzes der Vielzahl von Trägersignalen; und
Bilden des anderen Satzes oder jedes der anderen Sätze der Vielzahl von Trägersignalen
durch Duplizieren eines vorhergehend gebildeten Satzes der Trägersignale, wobei
aber die Phase von einem oder mehreren der Trägersignale um einen vorbestimmten
Betrag geändert wird.Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei der vorbestimmte Betrag
aus einer Menge von vorbestimmten Beträgen ausgewählt wird.Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die Menge von vorbestimmten
Beträgen einen oder mehrere der Werte &pgr;/2, &pgr;, 3&pgr;/2 aufweist.Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
der Auswahlschritt aufweist:
Bilden, für jeden der Sätze von Trägersignalen, eines Mehrträgersignals
durch Modulation von jedem der Datensignale mit dem jeweiligen Trägersignal
von diesem Satz, Kombination der modulierten Signale und Bestimmung der maximalen
Amplitude des kombinierten Signals.Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit
einem wiederholten Bilden von einem der Sätze von Trägersignalen und Bestimmen
der maximalen Amplitude, die das Mehrträgerausgangssignal aufweisen würde,
falls dieser Satz von Trägersignalen zum Bilden des Mehrträgersignals
verwendet wird, bis die bestimmte maximale Amplitude unterhalb eines vorbestimmten
Schwellenwerts liegt.Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
das Kommunikationssystem ein GSM-, ein WCDMA- oder ein EDGE-Kommunikationssystem
ist.Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
das Mehrträgerausgangssignal ein Übertragungsblock des Kommunikationssystems
ist.Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
jedes der Datensignale mehr als 100 Symbole aufweist.Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit
einem Verstärken des Mehrträgerausgangssignals und einem Übertragen
des verstärkten Signals über eine Antenne.Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei das Signal mit Hilfe eines
linearen Leistungsverstärkers verstärkt wird.Sender zum Bilden eines Mehrträgerausgangssignals zur Übertragung
in einem Kommunikationssystem, wobei das Mehrträgerausgangssignal durch Modulation
von jedem einer Vielzahl von Trägersignalen mit einem jeweiligen einer Vielzahl
von Datensignalen gebildet wird, wobei der Sender konfiguriert ist zum:
Einrichten von zwei oder mehr Sätzen von Trägersignalen, wobei jeder Satz
jedes der Vielzahl von Trägersignalen aufweist und sich von dem/den anderen
Satz/Sätzen darin unterscheidet, dass die Phase von zumindest einem der Trägersignale
unterschiedlich ist;
dadurch gekennzeichnet, dass der Sender konfiguriert ist zum:
Bestimmen der maximalen Amplitude des Mehrträgerausgangssignals, das sich aus
der Verwendung von einem ersten Satz der Sätze von Trägersignalen zum
Bilden des Mehrträgersignals ergeben würde, und, wenn die maximale Amplitude
oberhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt:
(a) Auswählen von einem der Sätze von Trägersignalen, der, wenn er
zum Bilden des Mehrträgersignals verwendet wird, das Mehrträgerausgangssignal
ergeben würde, das die niedrigste maximale Amplitude aufweist; und
(b) Bilden des Mehrträgerausgangssignals durch Modulation von jedem einer Vielzahl
von Trägersignalen von diesem ausgewählten Satz von Trägersignalen
mit einem jeweiligen einer Vielzahl von Datensignalen;
anderenfalls:
Bilden des Mehrträgerausgangssignals durch Modulation von jedem einer Vielzahl
von Trägersignalen von dem ersten Satz von Trägersignalen mit einem jeweiligen
einer Vielzahl von Datensignalen.Verfahren zum Bilden eines Mehrträgerausgangssignal zur Übertragung
in einem Kommunikationssystem, wobei das Mehrträgerausgangssignal durch Modulation
von jedem einer Vielzahl von Trägersignalen mit einem jeweiligen einer Vielzahl
von Datensignalen gebildet wird, mit den Schritten:
Einrichten eines Satzes von Trägersignalen;
Bestimmen der maximalen Amplitude des Mehrträgersignals, das sich aus einer
Modulation von jedem der Vielzahl von Trägersignalen von diesem Satz mit einem
jeweiligen der Vielzahl von Datensignalen ergeben würde; und
Bilden des Mehrträgersignals durch Modulation von jedem der Vielzahl von Trägersignalen
von diesem Satz mit einem jeweiligen der Vielzahl von Datensignalen, falls die bestimmte
maximale Amplitude unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt; anderenfalls:
Ändern der Phase von zumindest einem der Trägersignale des Satzes und
Bilden des Mehrträgersignals durch Modulation von jedem der Vielzahl von Trägersignalen
von diesem Satz, einschließlich des zumindest einen Trägersignals, das
eine geänderte Phase aufweist, mit einem jeweiligen der Vielzahl von Datensignalen.