Kombination des Frequenzsprungverfahrens mit OFDMCombination of frequency hopping with OFDM
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Übertragen von Daten durch Mehrfachzugriff auf einen Datenkanal durch einen oder mehrere Teilnehmer und mehrfaches Wechseln der Trägerfrequenz während der Übertragung in dem Datenkanal.The present invention relates to an apparatus and a method for transmitting data by multiple access to a data channel by one or more participants and multiple changes of the carrier frequency during the transmission in the data channel.
Die HomeRF-Architektur zeichnet sich durch eine Kombination von Datentransportsystemen mit asynchronen „best-effortΛ- Mechanismen, asynchronen Prioritätsmechanismen und/oder isochronen Übertragungsmechanismen aus. Der isochrone Mechanis- mus erlaubt kaum Signalschwankungen und Verzögerungen und ist daher insbesondere für die Sprachübertragung vorgesehen. Der asynchrone Prioritätsmechanismus dient vornehmlich zur Übertragung von Audio- und Videodaten. Der asynchrone „best ef- fort* -Mechanismus dient dagegen für den weniger zeitkriti- sehen Datenaustausch, wobei die Übertragungsqualität gegenüber den beiden anderen Mechanismen insbesondere hinsichtlich möglicher Verzögerungen als gering einzustufen ist.The HomeRF architecture is characterized by a combination of data transport systems with asynchronous "best-effort Λ - from mechanisms asynchronous priority mechanisms and / or isochronous transfer mechanisms. The isochronous mechanism allows hardly any signal fluctuations and delays and is therefore particularly intended for voice transmission. The asynchronous priority mechanism is primarily used for the transmission of audio and video data. The asynchronous "best effort *" mechanism, on the other hand, is used for the less time-critical data exchange, the transmission quality compared to the other two mechanisms, especially with regard to possible delays, being low.
Derartige Anforderungen an Datenübertragungssysteme werden insbesondere bei In-House-Systemen gestellt. EntsprechendeSuch requirements are placed on data transmission systems, particularly in in-house systems. Appropriate
Spezifikationen hierzu sind in Standard HomeRF Specification, Revision 2.0 Draft 2001 05 07 von dem „The HomeRF Technical Commitee,Λ zusammengefasst .Specifications for this are summarized in Standard HomeRF Specification, Revision 2.0 Draft 2001 05 07 by “The HomeRF Technical Committee , Λ .
HomeRF-Systeme basieren auf Einzelträgerübertragungsverfahren (Single-Carrier-Verfahren) . Die Daten werden mit unterschiedlichen Datenraten übertragen. Bei der niedrigen Rate (Low Rate; LR) beträgt der Symboltakt 800 kHz, während der Symboltakt bei hoher Datenrate (High Rate; HR) 5 MHz beträgt.HomeRF systems are based on single carrier transmission methods. The data are transmitted at different data rates. At the low rate (LR), the symbol clock is 800 kHz, while the symbol clock at high data rate (HR) is 5 MHz.
Die physikalische Schicht (Phy Layer) gemäß dem HomeRF- Standard definiert mehrere Datenformate und darunter auch ein
Datenformat, bei dem in einem Datenpaket sowohl die niedrige Übertragungsrate als auch die hohe Übertragungsrate eingesetzt wird. Dieses Datenformat ist in Figur 1 dargestellt und findet sich im HomeRF-Standard ,auf Seite 63 wieder. Auf die einzelnen Datenelemente dieses Datenformats sei hier nicht eingegangen und es wird hierzu vielmehr auf die entsprechende Figurenbeschreibung auf Seite 62 des HomeRF-Standards verwiesen. Bedeutsam ist in diesem Zusammenhang lediglich die Tatsache, dass das Datenpaket einen niederratigen Anteil, der mit "LR 2-FSK" bezeichnet ist und einen höherratigen Anteil, der mit "HR 4-FSK" bezeichnet ist, besitzt. Die Anteile sind mit 2-FSK beziehungsweise 4-FSK (Frequency Shift Keying) moduliert. Der schmalbandige Anteil LR 2-FSK und der breitban- dige Anteil HR 4-FSK sind durch eine Lücke (GAP) getrennt.The physical layer (phy layer) according to the HomeRF standard defines several data formats, including one Data format in which both the low transmission rate and the high transmission rate are used in a data packet. This data format is shown in Figure 1 and can be found in the HomeRF standard , on page 63. The individual data elements of this data format are not dealt with here and reference is instead made to the corresponding figure description on page 62 of the HomeRF standard. What is important in this context is only the fact that the data packet has a low-rate portion, which is designated with "LR 2-FSK" and a higher-rate portion, which is designated with "HR 4-FSK". The shares are modulated with 2-FSK or 4-FSK (Frequency Shift Keying). The narrowband part LR 2-FSK and the broadband part HR 4-FSK are separated by a gap (GAP).
HomeRF-Systeme verwenden üblicherweise für die Übertragung ein Frequenzsprungverfahren (Frequency Hopping) . Das auch als „Frequency Hopping Spread SpectruπT (FHSS) bezeichnete funktechnische Übertragungsverfahren beruht auf mehr oder weniger häufigen Wechseln der Funkfrequenzen. Durch diese Frequenzsprünge wird für die Funkübertragung ein größeres Frequenzspektrum benötigt. Mehrere Teilnehmer teilen sich die Gesamtbandbreite des Systems. Dieses Verfahren erhöht damit die Sicherheit gegenüber Abhören und gegenüber Störungen. Darüber hinaus wird eine gleichmäßige Energieverteilung über das genutzte Frequenzspektrum gewährleistet.HomeRF systems usually use a frequency hopping method for transmission. The radio transmission method, also known as “Frequency Hopping Spread SpectruπT (FHSS)”, is based on more or less frequent changes in radio frequencies. Due to these frequency jumps, a larger frequency spectrum is required for radio transmission. Several participants share the total bandwidth of the system. This procedure increases security against eavesdropping and interference. In addition, a uniform energy distribution over the frequency spectrum used is guaranteed.
Die sogenannte „HomeRF Medium Access Control Layer'λ definiert die Prozeduren, die den Zugriff auf das Funkmedium bestimmen. Diese Prozeduren ermöglichen einen TDMA-Prioritätszugriff (Time Devision Multiple Access) für isochrone Daten. Ein CSMA-Prioritätszugriff (Carrier Sense Multiple Access) wird für asynchrone Daten, sogenannten „Streaming Data , bereitgestellt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die U- bertragungsbandbreite bei derartigen Mehrfachzugriffssystemen mit Frequenzsprungverfahren zu erhöhen.The so-called "HomeRF Medium Access Control Layer ' λ defines the procedures that determine access to the radio medium. These procedures enable TDMA (Time Division Multiple Access) priority access for isochronous data. A CSMA priority access (carrier sense multiple access) is provided for asynchronous data, so-called “streaming data”. The object of the present invention is to increase the transmission bandwidth in such multiple access systems with frequency hopping methods.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Übertragen von Daten durch Mehrfachzugriff auf einen Datenkanal durch einen oder mehrere Teilnehmer und mehrfaches Wechseln der Trägerfrequenz während der Übertragung in dem Datenkanal, wobei die Daten zumindest teilweise mit einem Mehrträgersystem übertragen werden, dessen Trägerfrequenzen während der Übertragung gewechselt werden.According to the invention, this object is achieved by a method for transmitting data by multiple access to a data channel by one or more subscribers and multiple changes of the carrier frequency during the transmission in the data channel, the data being transmitted at least in part with a multi-carrier system, the carrier frequencies of which during the transmission change.
Darüber hinaus wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zum Übertragen von Daten mit einer Mehrfach- zugriffseinrichtung, durch die von einem oder mehreren Teilnehmern ein Mehrfachzugriff auf einen Datenkanal durchführbar ist, und einer Steuereinrichtung zum Wechseln der Trägerfrequenz bei der Übertragung in dem Datenkanal, sowie einer Mehrträgerübertragungseinrichtung, mit der die Daten zumin- dest teilweise auf mehreren Trägern übertragbar sind, wobei die jeweiligen Trägerfrequenzen durch die Steuereinrichtung entsprechend einer vorgegebenen Ordnung wechselbar sind.In addition, the above-mentioned object is achieved by a device for transmitting data with a multiple access device, through which multiple access to a data channel can be carried out by one or more participants, and a control device for changing the carrier frequency during transmission in the data channel, and a multicarrier transmission device with which the data can be transmitted at least partially on a plurality of carriers, the respective carrier frequencies being changeable by the control device in accordance with a predetermined order.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous developments of the inventions result from the subclaims.
Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, dass bei HomeRF- Systemen derzeit nur „single carrier* -Verfahren eingesetzt werden und zur Erhöhung des Datendurchsatzes nun erfindungs- gemäß ergänzend auch „Multi Carrier* -Verfahren (Mehrträgerverfahren) für die Datenübertragung eingesetzt werden können, wobei das „Frequency Hopping* beibehalten wird.The invention is based on the idea that only "single carrier * methods are currently used in HomeRF systems and that, according to the invention," multi carrier * methods (multi-carrier methods) can now also be used for data transmission to increase the data throughput, with frequency hopping * being retained.
Als besonders günstig erweist sich die Integration von OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) in ein Frequency Hopping-Syste , wie das HomeRF-System, unter Beibehaltung des
bereits bekannten „Single-Carrier* -Sprachdienstes . Somit ist eine gewisse Rückwärtskomptabilität gegeben.The integration of OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) in a frequency hopping system, such as the HomeRF system, has proven to be particularly favorable while maintaining the already known “single carrier” voice service. So there is a certain backward compatibility.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:The present invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawings, in which:
Figur 1 ein in HomeRF-^Systemen verwendetes Datenformat; und1 shows a data format used in HomeRF systems; and
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Frequenzsprun- ges in einem OFDM-Kanal .Figure 2 is a schematic representation of a frequency hopping in an OFDM channel.
Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.The exemplary embodiments described below represent preferred embodiments of the present invention.
Figur 2 zeigt schematisch einen Datenrahmen bestehend aus einem Einzelträger-Anteil 1 und einem Mehrträger-Anteil 2. In dem Einzelträger-Anteil 1 werden zeitkritische Daten übertragen, während in dem Mehrträger-Anteil 2 Daten übertragen werden, die weniger zeitkritisch sind, wie Audio- und Videoda- ten.FIG. 2 schematically shows a data frame consisting of a single-carrier portion 1 and a multi-carrier portion 2. Time-critical data is transmitted in the single-carrier portion 1, while data which are less time-critical, such as audio, are transmitted in the multi-carrier portion 2. and video data.
Die Bandbreite des Mehrträger-Anteils 2, auf den OFDM angewendet wird, ist größer als die des Einzelträger-Anteils 1. Dies ergibt sich unmittelbar aus der Grafik, bei der auf der Ordinate die Frequenz aufgetragen ist. Die Frequenzbänder des Einzelträger-Anteils 1 und des Mehrträger-Anteils 2 besitzen die gleiche Mittenfrequenz f1.The bandwidth of the multicarrier portion 2 to which OFDM is applied is greater than that of the single carrier portion 1. This results directly from the graphic in which the frequency is plotted on the ordinate. The frequency bands of the single-carrier portion 1 and the multi-carrier portion 2 have the same center frequency f1.
Nach der Übertragung der Dateneinheit bestehend aus den An- teilen 1 und 2 erfolgt zum Zeitpunkt tl ein Frequenzsprung von der Frequenz fl zur Frequenz f2. Die anschließend übermittelte Dateneinheit besteht üblicherweise wie die vorhergehende aus einem Einzelträger-Anteil 11 und einem Mehrträger- Anteil 12. Die Mittenfrequenz der beiden Anteile 11 und 12 entspricht der Frequenz f2. Dies bedeutet, dass der Mehrträger-Anteil 2,12, auf den OFDM angewendet wird, nicht bei einer Frequenz verbleibt, sondern ebenfalls am ..Frpσiipnrv Hnn-
ping* teilnimmt, wobei der Einzelträger-Anteil 1,11 jeweils in der Mitte des OFDM-Kanals für den Mehrträger-Anteil 2,12 angeordnet wird.After the data unit consisting of parts 1 and 2 has been transmitted, a frequency jump from frequency fl to frequency f2 takes place at time t1. The data unit subsequently transmitted usually consists, like the previous one, of a single carrier portion 11 and a multi-carrier portion 12. The center frequency of the two portions 11 and 12 corresponds to the frequency f2. This means that the multicarrier portion 2.12 to which OFDM is applied does not remain at one frequency, but also on ..Frpσiipnrv Hnn- ping * participates, whereby the single carrier portion 1.11 is arranged in the middle of the OFDM channel for the multi-carrier portion 2.12.
Dadurch, dass der Mehrträger-Anteil 2,12 ebenfalls den Frequenzsprung vollführt, ist beim Umschalten zwischen Einzelträger- und Mehrträger-Übertragung kein Umschwingen des Synthesizer erforderlich. Somit ergibt sich eine deutliche Vereinfachung bei der Hardware-Implementierung.Because the multicarrier component 2.12 also performs the frequency jump, the synthesizer does not have to swing around when switching between single-carrier and multicarrier transmission. This results in a significant simplification in the hardware implementation.
Darüberhinaus führt die Teilnahme des Mehrträger- beziehungsweise OFDM-Anteils 2,12 an dem „Frequency Hopping* dazu, dass auch für die OFDM-Anteile die Vorteile des „Frequency Hopping* zur Geltung kommen. Dies sind neben der verringerten Störanfälligkeit insbesondere die gleichmäßige Verteilung der Energie über das verwendete Frequenzband.In addition, the participation of the multicarrier or OFDM portion 2.12 in “frequency hopping” means that the advantages of “frequency hopping” also apply to the OFDM portions. In addition to the reduced susceptibility to interference, these are in particular the even distribution of the energy over the frequency band used.
Als Zugriffsverfahren eignet sich für den Einzelträgeranteil 1, 11 insbesondere das TDMA-Verfahren, während für den Ein- zelträgeranteil 2, 12 vor allem das CSMA-Verfahren eingesetzt wird.The TDMA method is particularly suitable as the access method for the individual carrier portion 1, 11, while the CSMA method is primarily used for the individual carrier portion 2, 12.
Bei der obigen Ausführungsform wird neben der Mehrträger- Komponente 2,12 eine Einzelträger-Komponente für isochrone Dienste verwendet. Erfindungsgemäß kann eine Dateneinheit a- ber auch lediglich aus einer Mehrträger-Komponente bestehen, auf die Frequenz-Hopping angewendet wird. Ferner kann an Stelle des oben genannten OFDM-Verfahrens stets auch ein anderes Mehrträgerverfahren angewendet werden.
In the above embodiment, in addition to the multicarrier component 2, 12, a single carrier component is used for isochronous services. According to the invention, a data unit can also consist only of a multi-carrier component to which frequency hopping is applied. Furthermore, another multi-carrier method can always be used instead of the OFDM method mentioned above.