Способ и устройство обмена данными между системой связи с одной несущей частотой и системой связи с многими несущими частотами, передатчик для сигналов с одной несущей и многими несущими и приемник для сигналов с одной несущей и многими несущими
Изобретение относится к способу и устройству для обмена данными между системой связи с одной несущей частотой и системой связи со многими несущими частотами, а также передатчику и приемнику для сигналов с одной и многими несущими частотами. Достигаемым техническим результатом является экономичность затрат на коммуникацию систем связи с одной и многими несущими частотами и структуры передатчика и приемника. Для этого система связи с многими несущими спектрально считывает принятый сигнал с одной несущей и в зависимости от этого принимает решение о принятых данных и/или имитирует своими несущими подлежащий передаче сигнал с одной несущей. 4 н. и 9 з. п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к способу и устройству для обмена данными между системой связи с одной несущей (частотой) и системой связи с многими несущими (частотами), а также к передатчику и приемнику для сигналов с одной и многими несущими (частотами).
Для передачи сигналов связи через частотно-избирательные каналы многолучевого распространения радиоволн подлежащие передаче сигналы преобразуют из их нормального частотного положения после фильтра нижних частот посредством модуляции в более высокие частотные области. Более высокая частота, которая используется для передачи, обозначается как несущая частота или несущая. Если эта несущая частота является достаточно высокой, то можно успешно использовать преимущество передачи по радио.
Системы связи на несущей (частоте), то есть устройства для передачи сигналов посредством техники высокочастотной связи, могут использовать для передачи единичные или также многие несущие (частоты). Систему, которая использует только одну несущую частоту или, соответственно, одну несущую, обычно обозначают как систему с одной несущей (частотой) (Single Carrier System). Системы, которые используют для передачи многие несущие частоты, известны также как системы с многими несущими (частотами) (Multi Carrier Systems).
Типичным представителем системы связи с многими несущими частотами является система типа OFDM. OFDM означает Ortogonal Frequency Division Multiplexing, то есть мультиплексная передача с ортогональным частотным уплотнением каналов. Эта система является особенно хорошо пригодной для сильно искаженной наземной передачи цифровых сигналов. Например, системы типа OFDM используют в цифровом радиовещании.
Кроме того, система типа OFDM позволяет использование множественного доступа с частотным уплотнением (Frequency Division Multiple Access, FDMA), то есть который с успехом можно использовать прежде всего в технике мобильной радиосвязи. В случае FDMA доступная ширина полосы канала передачи разделяется на множество соседних дизъюнктных частичных частотных каналов. Отдельные частичные частотные каналы используются затем в качестве отдельных каналов связи для различных соединений.
В противоположность этому в OFDM информационные символы соединения связи передаются так сказать параллельно через множество таких частичных частотных полос.
Передача в одной отдельной частичной частотной полосе происходит узкополосно. Поэтому отдельная частичная частотная полоса требует для передачи сравнительно малую ширину полосы. За счет малой ширины полосы частичной частотной полосы в целом частотно-избирательный канал передачи разделяется на множество не частотно-избирательных AWGN (Additive White Gaussian Noise, аддитивный белый гауссов шум) частичных каналов передачи. Это позволяет на стороне приема реализацию эффективного корректора частотной полосы, который обычно состоит из блока быстрого преобразования Фурье FFT (Fast Fourier Transformation) и блока оценки канала и коррекции. Тем самым в основном вследствие параллельной передачи информационных символов через множество частичных частотных полос также в случае каналов многолучевого распространения с сильным искажением несмотря на это возможно очень высокое качество передачи. Кроме того, посредством добавления временного префикса к OFDM-составляющей полезного символа могут быть эффективно уменьшены межсимвольные помехи, которые возникают за счет образования эхо-сигнала в канале передачи.
Недостатком в случае известных до сих пор систем связи с многими несущими частотами, однако, является то, что коммуникация с системой связи с одной несущей частотой является не предусмотренной и не возможной без дальнейших дополнительных, не незначительных затрат. Например, система связи с одной несущей частотой, в которой подлежащие передаче данные модулируют на одну единственную несущую частоту посредством частотной манипуляции (Frequency-Shift-Keying, FSK), то есть не может обмениваться данными с системой типа OFDM.
Задачей настоящего изобретения является поэтому предложить способ и устройство для обмена данными между системой связи с одной несущей частотой и системой связи с многими несущими частотами. Кроме того, должны быть указаны более экономичные с точки зрения затрат структуры передатчика и приемника как для сигналов с одной несущей частотой, так и с многими несущими частотами.
Эта задача решается посредством способа для обмена данными между системой связи с одной несущей частотой и системой связи с многими несущими частотами с признаками по пункту 1 формулы изобретения, соответствующего устройства с признаками по пункту 10 формулы изобретения, а также передатчика и приемника для сигналов на одной несущей частоте и на многих несущих частотах с признаками по пункту 14 или, соответственно, 15 формулы изобретения. Предпочтительные формы выполнения изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Следует указать особенно на то, что эта структура передатчика и приемника не ограничена только модуляцией типа частотной манипуляции FSK, но может быть применена для класса цифровых нелинейных видов модуляции и аналоговых нелинейных и линейных видов модуляции в целом. К классическим аналоговым нелинейным видам модуляции относятся ЧМ (частотная модуляция) и УМ (угловая модуляция), соответственно их цифровые производные: частотная манипуляция FSK и непрерывная фазовая модуляция с частотной манипуляцией CPFSK (Continious Phase Frequency-Shift-Keying), которую называют также непрерывной фазовой модуляцией СРМ (Continious Phase Modulation). Хотя Гауссова частотная манипуляция с минимальным частотным сдвигом GMSK (Gaussian Minimum Shift-Keying) представляет собой линейную модуляцию, она может интерпретироваться как особый случай FSK так, что выше названные структуры передатчика и приемника могут применяться также на системы, модулированные по типу GMSK, как, например, цифровая мобильная телефонная связь GSM и европейский стандарт цифровой беспроводной связи DECT. Классической аналоговой формой модуляции является AM (амплитудная модуляция), которая является все еще широко распространенной в области радиовещания на средних и длинных волнах. Выше названная структура передатчика и приемника может применяться также для AM.
Существенный пункт изобретения заключается в том, что обмен данными между системой связи с одной несущей и с многими несущими может быть реализован за счет того, что система связи с многими несущими имитирует спектральные составляющие сигнала системы связи с одной несущей. Для этого в основном используют множество несущих частот системы связи с многими несущими частотами.
Изобретение относится, таким образом, к способу для обмена данными между системой связи с одной несущей и системой связи с многими несущими. На приемной стороне система связи с многими несущими спектрально считывает принятый сигнал с одной несущей и в зависимости от этого принимает решение о принятых данных. На передающей стороне подлежащий передаче сигнал с одной несущей имитируется системой связи с многими несущими. Для двустороннего режима работы система связи с многими несущими спектрально считывает принятый сигнал с одной несущей и в зависимости от этого принимает решение о принятых данных; далее система связи с многими несущими имитирует своими несущими подлежащий передаче сигнал с одной несущей. В то время как в системе связи с многими несущими алгоритм обратного быстрого преобразования Фурье IFFT (Inverse Fast Fourier Transformation) и/или быстрого преобразования Фурье FFT (Fast Fourier Transformation) служит модуляции на многих несущих и/или демодуляции на многих несущих, в системе связи с одной несущей обратное быстрое преобразование Фурье IFFT и/или быстрое преобразование Фурье FFT применяется для имитации спектральных составляющих полезного сигнала с одной несущей. В принципе таким образом является возможным обмен данными между обеими системами связи.
Предпочтительным образом средняя частота, уход частоты и другие существенные системные параметры системы связи с одной несущей согласованы с разносом несущих частот, средней частотой и другими существенными системными параметрами системы связи с многими несущими. Эти системные параметры системы связи с одной несущей обозначаются так же, как системно-имманентные параметры системы.
Решение о принятых данных предпочтительно принимается с помощью амплитуды и фазы спектрально считанного сигнала с одной несущей. Амплитуды, также как и фазы могут анализироваться сравнительно просто. Кроме того, они представляют собой достоверные критерии для надежного принятия решения о принятых данных.
В предпочтительной области применения изобретения сигналы передают и/или принимают системами связи с многими несущими посредством мультиплексной передачи с ортогональным частотным уплотнением каналов OFDM (Ortogonal Frequency Division Multiplexing). Как уже упоминалось, OFDM преимущественно применяют при передаче сигналов через частотно-избирательные каналы с многолучевым распространением. Ее можно применять с успехом как для цифрового радиовещания, связи через сеть электропитания и подобных способов передачи, использующих OFDM, так и в технике мобильной радиотелефонной связи.
Наконец, в предпочтительной форме выполнения способа система связи с одной несущей модулирует сигналы посредством частотной манипуляции FSK. Частотную манипуляцию используют предпочтительно в технике мобильной радиотелефонной связи и в области беспроводной телефонии. Она является пригодной прежде всего для передачи сигналов по радиоканалам.
Кроме того, изобретение относится к устройству для обмена данными между системой связи с одной несущей и системой связи с многими несущими частотами. При этом на пути передачи предусмотрены распределитель абсолютной величины/фазы, который присваивает подлежащий передаче сигнал по абсолютной величине и фазе несущим частотам сигнала с многими несущими частотами и/или на пути приема, интерпретатор абсолютной величины/фазы, который оценивает несущие принимаемого сигнала с многими несущими по абсолютной величине и фазе, и блок принятия решения, который принимает решение по принятым данным.
Предпочтительно передатчик содержит источник данных с многими несущими и с одной несущей. Сигналы источника данных с одной несущей подводят через мультиплексор к блоку обратного быстрого преобразования Фурье IFFT (Inverse Fast Fourier Transformation). В то время как в системе связи с многими несущими алгоритм IFFT и/или алгоритм FFT служит модуляции с многими несущими и/или демодуляции с многими несущими, в системе связи с одной несущей алгоритмы IFFT и/или FFT применяют для имитации спектральных составляющих полезного сигнала с одной несущей. Согласно изобретению вместо IFFT и/или FFT могут применяться также обратное дискретное преобразование Фурье IDFT (Inverse Diskrete Fourier Transformation) и/или дискретное преобразование Фурье DFT (Diskrete Fourier Transformation).
Приемник содержит предпочтительным образом блок быстрого преобразования Фурье FFT, который преобразует принятые сигналы из временной в частотную область, демультиплексор, который мультиплексирует сигнал приема, преобразованный блоком быстрого преобразования Фурье FFT, на несущие частоты, и получатель данных с одной несущей и с многими несущими.
С поясненными выше формами выполнения устройство может быть успешно реализовано, в частности, для двустороннего обмена данными между системой связи на одной несущей и системой связи с многими несущими.
Изобретение содержит далее передатчик для сигналов с одной несущей и с многими несущими. Передатчик содержит источник сигналов с одной несущей и с многими несущими. Образованный источником данных с одной несущей сигнал с одной несущей присваивается распределителем абсолютной величины/фазы по абсолютной величине и фазе несущим частотам сигнала, который был сформирован источником данных с многими несущими. Мультиплексор мультиплексирует присвоенные распределителем абсолютная величина/фаза сигналы и сигналы от источника данных с многими несущими на несущие подлежащего передаче сигнала с многими несущими. Наконец, мультиплексированные мультиплексором сигналы подводят к блоку IFFT, который преобразует их из частотной во временную область.
Кроме того, изобретение относится еще к приемнику для сигналов с одной единственной несущей и с многими несущими частотами, который между прочим содержит блок FFT. Последний преобразует принятые сигналы из временной области в частотную область. Дополнительно приемник содержит демультиплексор, который мультиплексирует преобразованные блоком FFT сигналы приема на несущие частоты сигнала с многими несущими частотами. После демультиплексора подключен интерпретатор абсолютной величины/фазы, который анализирует подведенные сигналы по абсолютной величине и фазе. Наконец, после интерпретатора абсолютной величины / фазы включен блок принятия решения, который принимает решение по принятым данным. После блока принятия решения данные затем подводятся к получателю данных с одной несущей. Выходные сигналы демультиплексора могут подводиться также к получателю данных с многими несущими.
В последующем изобретение поясняется более подробно на примерах выполнения с помощью чертежей. На чертежах показано:
Фиг.1 пример выполнения устройства для обмена данными посредством сигналов с многими несущими, которым могут передаваться как сигналы с одной несущей, так и с многими несущими;
Фиг.2 пример выполнения устройства для обмена данными между системой связи с одной несущей и системой связи с многими несущими, в котором система с одной несущей является передатчиком, а система с многими несущими является приемником; и
Фиг.3 пример выполнения устройства для обмена данными между системой связи с одной несущей и системой связи с многими несущими, в котором система с одной несущей является приемником, а система связи с многими несущими является передатчиком.
Представленное на Фиг.1 устройство содержит передатчик в качестве источника сигнала с многими несущими частотами источник сигнала OFDM и в качестве источника сигнала с одной несущей частотой источник сигнала FSK 10 или, соответственно, 12. В передатчике сигналы в частотной области в основном генерируют и обрабатывают в цифровой форме. Перед передачей их преобразуют во временную область.
Образованные источником сигнала OFDM 10 сигналы преобразуют посредством подключенного к нему квадратурного амплитудного модулятора QAM 13 и последовательно-параллельного преобразователя 14 в параллельный сигнал. Точнее говоря, пакеты данных, содержащиеся в последовательном входном сигнале преобразователя 14, например биты или байты, распределяют по параллельным линиям, чтобы иметь возможность параллельной передачи на многих несущих частотах.
Параллельные выходные сигналы преобразователя 14 подводят к мультиплексору 18, который мультиплексирует их на несущие частоты подлежащего передаче сигнала с многими несущими частотами. После мультиплексора 18 подключен блок IFFT 22, который преобразует подведенные сигналы из частотной во временную область. Эти преобразованные сигналы передают затем через передатчик 24.
Генерированные источником данных FSK 12 сигналы с одной несущей частотой модулируют модулятором частотной области 17, точнее говоря модулятором FSK, на единственную несущую частоту. Образованный модулятором FSK 17 сигнал подводят затем к распределителю абсолютной величины/фазы 20, который присваивает подведенный сигнал по абсолютной величине и фазе отдельным несущим частотам сигнала с многими несущими частотами. Сигналы, сопряженные таким образом, подводят к мультиплексору 18, который мультиплексирует их на отдельные несущие.
Образованные таким образом в приемнике сигналы передают через канал передачи 26 и принимают приемником 28 на пути передачи. Принятые приемником 28 сигналы подводят к блоку FFT 30, который преобразует их из временной области в частотную область. Последующая обработка сигналов происходит затем в основном в цифровой форме в частотной области.
После блока FFT 30 подключен демультиплексор 32, который демультиплексирует образованные блоком FFT 30 выходные сигналы на отдельные несущие принятого сигнала с многими несущими.
Выходные сигналы демультиплексора 32 подводят, с одной стороны, к последовательно-параллельному преобразователю 38, который преобразует их в последовательный поток данных и через демодулятор квадратурной амплитудной модуляции QAM и блок принятия решения передает к получателю данных OFDM 42. С другой стороны, выходные сигналы демультиплексора 32 подводят к интерпретатору абсолютной величины/фазы 34, который анализирует сигналы отдельных несущих по абсолютной величине и фазе и оцененные таким образом сигналы передает на демодулятор частотной области и блок принятия решения 37.
Демодулятор частотной области и блок принятия решения 37 принимает решение о принятой последовательности данных и передает таким образом полученные данные на получатель данных FSK 40.
Представленным на Фиг.1 устройством тем самым возможно, что модулированные по типу FSK сигналы с одной несущей передаются, в частности посылаются и принимаются, через систему связи с многими несущими. Таким образом преимущества передачи с многими несущими, как, например, очень малая чувствительность к помехам, стоят в распоряжении также для сигналов с единичной несущей. Хотя передача в устройстве на Фиг.1 показана только в одном направлении, в принципе точно также возможен двусторонний обмен данными.
В представленном на Фиг.2 устройстве речь идет о системе для двустороннего обмена данными между системой связи с одной несущей и системой связи с многими несущими. Система связи с одной несущей является в этом устройстве передатчиком, а система связи с многими несущими - приемником. Так как устройство в остальном является таким же, что и представленное на Фиг.1, с той разницей, что применяется модулятор временной области 16, здесь делается ссылка на предыдущее описание работы отдельных компонентов.
Наконец, Фиг.3 показывает устройство, которое также выполнено для одностороннего обмена данными между системой связи с одной несущей и системой связи с многими несущими. Здесь система связи с одной несущей является приемником и система связи с многими несущими - передатчиком. Для описания работы отдельных компонентов опять-таки делается ссылка на пояснения к Фиг.1.
1. Способ обмена данными между системой связи с одной несущей и системой связи с многими несущими, отличающийся тем, что система связи со многими несущими демультиплексирует принятый сигнал с одной несущей на отдельные несущие системы связи с многими несущими, спектрально считывает и в зависимости от этого принимает решение о принятых данных, и/или система связи с многими несущими имитирует своими несущими подлежащий передаче сигнал с одной несущей и мультиплексирует на отдельные несущие системы связи с многими несущими или на приемной стороне система связи со многими несущими спектрально считывает принятый сигнал с одной несущей и в зависимости от этого принимает решение о принятых данных, а на передающей стороне подлежащий передаче сигнал с одной несущей имитируется с системой связи со многими несущими, при этом для двустороннего режима работы система связи со многими несущими спектрально считывает принятый сигнал с одной несущей и в зависимости от этого принимает решение о принятых данных; далее система связи со многими несущими имитирует своими несущими подлежащий передаче сигнал с одной несущей.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что системно-имманентные параметры системы связи с одной несущей согласуют с разносом несущих частот, средней частотой и другими системно-имманентными параметрами системы связи с многими несущими.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что системно-имманентные параметры системы связи с одной несущей описывают нелинейный вид модуляции типа частотной манипуляции FSK- и/или непрерывную фазовую модуляцию с частотной манипуляцией CPFSK / непрерывную фазовую модуляцию СРМ и/или частотную манипуляцию с минимальным частотным сдвигом MSK и/или Гауссову частотную манипуляцию с минимальным частотным сдвигом GMSK и/или частотную модуляцию и/или угловую модуляцию.
4. Способ по п.2, отличающийся тем, что системно-имманентные параметры системы связи с одной несущей описывают линейный вид модуляции, как амплитудную модуляцию и/или кодирование со сдвигом амплитуды ASK / амплитудно-импульсную модуляцию РАМ.
5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что решение о принятых данных принимают на основе амплитуды и фазы спектрально считанного сигнала с одной несущей частотой.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что система связи с многими несущими частотами передает и/или принимает сигналы посредством ортогональной мультиплексной передачи с частотным уплотнением каналов OFDM.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что система связи с одной несущей частотой модулирует сигналы посредством частотной манипуляции FSK.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что система связи с одной несущей частотой модулирует сигналы посредством непрерывной фазовой модуляции с частотной манипуляцией CPFSK.
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что система связи с одной несущей частотой модулирует сигналы посредством амплитудной модуляции.
10. Способ по любому из п.1, отличающийся тем, что система связи с одной несущей частотой модулирует сигналы посредством аналоговой или частотной модуляции или угловой модуляции.
11. Устройство для обмена данными между системой связи с одной несущей и системой связи с многими несущими, отличающееся тем, что на передатчике предусмотрены распределитель абсолютной величины/фазы, который присваивает подлежащий передаче сигнал с одной несущей по абсолютной величине и фазе несущим сигнала с многими несущими, и/или на приемнике интерпретатор абсолютной величины/фазы, который анализирует несущие принятого сигнала с многими несущими по абсолютной величине и фазе, и включенный после него демодулятор частотной области и блок оценки, которые принимает решение о принятых данных, причем передатчик содержит источник данных с одной несущей и многими несущими, сигналы которого через мультиплексор подводят к блоку обратного быстрого преобразования Фурье IFFT, который преобразует подведенные сигналы из частотной во временную область, а приемник содержит блок быстрого преобразования Фурье FFT, который преобразует принятые сигналы из временной области в частотную область, демультиплексор, который мультиплексирует преобразованный блоком быстрого преобразования Фурье FFT входной сигнал на несущие, и получатель данных с одной и с многими несущими частотами.
12. Передатчик для сигналов с одной несущей и многими несущими, который содержит источник данных с одной несущей и многими несущими, распределитель абсолютной величины/фазы, который присваивает сигнал с одной несущей от источника данных с одной несущей по абсолютной величине и фазе несущим сигнала со многими несущими, мультиплексор, который мультиплексирует сигналы, присвоенные распределителем абсолютной величины/фазы, и сигналы от источника данных со многими несущими на несущие подлежащего передаче сигнала со многими несущими, блок обратного быстрого преобразования Фурье IFFT, который преобразует поданные от мультиплексора сигналы из частотной во временную область.
13. Приемник для сигналов системы связи с одной несущей и многими несущими, который содержит блок быстрого преобразования Фурье FFT, который преобразует принятые сигналы из временной области в частотную область, демультиплексор, который мультиплексирует сигнал приема, преобразованный блоком быстрого преобразования Фурье FFT, на несущие сигнала с многими несущими, интерпретатор абсолютной величины/фазы, который анализирует подведенные от демультиплексора сигналы по абсолютной величине и фазе, подключенный после интерпретатора абсолютной величины/фазы демодулятор частотной области и блок принятия решения, который принимает решение о принятых данных, и получатель данных с одной и с многими несущими.
