DE202005012766U1 - Drahtlose Sende-/Empfangseinheit oder Basisstation zum Implementieren einer Raum-Frequenz-Blockcodierung für orthogonale Frequenzmultiplexsysteme - Google Patents

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Abstract

Drahtlose Sende-/Empfangseinheit (WTRU) zum Implementieren einer Space-Frequency-Blockcodierung (SFBC) für Kommunikationen unter Verwendung eines orthogonalen Frequenzmultiplexverfahrens (OFDM), wobei die WTRU aufweist:
einen Kanalcodierer, der dazu geeignet ist, eine Kanalcodierung bezüglich eines Eingangsdatenstroms auszuführen;
einen mit dem Kanalcodierer verbundenen Multiplexer, der dazu geeignet ist, den codierten Datenstrom in zwei oder mehr Datenströme zu multiplexen;
eine mit dem Multiplexer verbundene Energie-Lade-Einheit, die dazu geeignet ist, basierend auf Kanalzustandinformation (CSI) eine Energie-Lade-Operation bezüglich jedes der gemultiplexten Datenströme auszuführen;
mehrere mit der Energie-Lade-Einheit verbundene SFBC-Codierer, die dazu geeignet sind, eine SFBC-Codierung bezüglich den Datenströmen für jedes Paar Unterträger auszuführen;
mehrere Serien-Parallel-Umsetzer, die mit den mehreren SFBC-Codierern verbunden sind;
mehrere Eigenstrahlformer (Eigen-Beamformer), die mit den mehreren Serien-Parallel-Umsetzern verbunden und dazu geeignet sind, basierend auf der CSI-Information eine Eigenstrahlformung auszuführen, um die Eigenstrahlen auf die mehreren Sendeantennen zu verteilen;
mehrere Inverse-Fast-Fourier-Transformations(IFFT)einheiten, die mit den mehreren Eigen-Strahlformern verbunden und dazu geeignet...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Funkkommunikationssysteme. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Implementieren einer Raum-Frequenz-Blockcodierung (SFBC) in einem Funkkommunikationssystem, in dem ein orthogonales Frequenzmultiplexverfahren (OFDM) verwendet wird.
  • OFDM ist ein Datenübertragungsverfahren, gemäß dem Daten in mehrere kleinere Ströme geteilt und jeder Strom unter Verwendung eines Unterträgers mit einer Bandbreite übertragen wird, die kleiner ist als die gesamte verfügbare Übertragungsbandbreite. Die Effizienz des OFDM-Verfahrens ist von der orthogonalen Auswahl dieser Unterträger abhängig. Die Unterträger interferieren nicht miteinander, während sie einen Teil der gesamten Benutzerdaten übertragen.
  • Ein OFDM-System ist gegenüber anderen Funkkommunikationssystemen vorteilhaft. Wenn die Benutzerdaten in Ströme geteilt werden, die durch verschiedene Unterträger übertragen werden, ist die effektive Datenrate jedes Unterträgers wesentlich kleiner. Infolgedessen ist die Symboldauer wesentlich größer. Durch eine große Symboldauer können größere Laufzeitunterschiede toleriert werden. D.h. das System wird durch Mehrwege nicht so stark beeinflußt. Daher können OFDM-Symbole Laufzeitunterschiede ohne komplizierte Empfängerkonstruktionen tolerieren. In typischen drahtlosen oder Funksystemen sind komplizierte Kanalabgleichtechniken erforderlich, um Mehrwegeschwund zu kompensieren.
  • Ein anderer Vorteil des OFDM-Verfahrens ist, dass orthogonale Unterträger am Sender und am Empfänger unter Verwendung von Inverse-Fast-Fourier-Transformations- (IFFT) und Fast-Fourier-Transformations(FFT)maschinen erzeugt werden können. Weil die IFFT- und FFT-Implementierungen bekannt sind, kann das OFDM-Verfahren leicht implementiert werden, ohne dass komplizierte Empfänger erforderlich sind.
  • Ein Multiple-Input-Multiple-Output- (MIMO) Verfahren bezeichnet einen Typ eines Funkübertragungs- und -empfangsverfahrens, bei dem sowohl der Sender als auch der Empfänger mehr als eine Antenne verwenden. Im MIMO-System werden die Space Diversity (Raumdiversität) oder ein räumliches Multiplexverfahren genutzt und werden der Rauschabstand (SNR) verbessert und der Durchsatz erhöht.
  • SFBC bezeichnet ein Verfahren, gemäß dem Symbole einer Raumdiversität-Codierung durch benachbarte Unterträger übertragen werden, anstatt dass die Symbole durch den gleichen Unterträger in aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen übertragen werden. Durch das SFBC-Verfahren wird das Problem schneller Zeitänderungen bei der Raum-Zeit-Blockcodierung vermieden. Damit eine Kombinierung der Unterträger stattfindet, muss der Kanal jedoch konstant sein.
  • Eine drahtlose Sende-/Empfangseinheit (WTRU) oder Basisstation implementiert eine Raum-Frequenz-Blockcodierung (SFBC) für Kommunikationen unter Verwendung eines orthogonalen Frequenzmultiplex (OFDM) -verfahrens. Die WTRU-Einheit oder die Basisstation weist auf: einen Kanalcodierer, einen mit dem Kanalcodierer verbundenen Multiplexer, eine mit dem Multiplexer verbundene Energie-Lade-Einheit, mehrere mit der Energie-Lade-Einheit verbundene SFBC-Codierer, mehrere Serien-Parallel-Umsetzer, die mit den mehreren SFBC-Codierern verbunden sind, mehrere Eigenstrahlformer (eigenbeamformer), die mit den mehreren Serien-Parallel-Umsetzern verbunden sind, mehrere Inverse-Fast-Fourier-Transformations(IFFT)einheiten, die mit den mehreren Eigenstrahlformern verbunden sind, und mehrere Antennen.
  • 1 zeigt ein Blockdiagramm eines OFDM-MIMO-Systems, durch das eine geschlossene Regelschleife implementiert wird;
  • 2 zeigt ein Diagramm eines Systems, durch das eine offene Regelschleife implementiert wird;
  • 3 zeigt ein Blockdiagramm eines Senders zum Darstellen eines Energie-Lade-Schemas;
  • 4 zeigt ein Diagramm eines exemplarischen Energie-Lade-Schemas und einer adaptiven Modulation und einer Codierungsabbildung zwischen zwei Moduspaaren; und
  • 5 zeigt ein Beispiel einer Paarbildung von Unterträgergruppen zum Energie-/Bit-Laden.
  • Der hierin verwendete Ausdruck "Station" (STA) bezeichnet eine Benutzereinheit (User Equipment), eine Funkübertragungs-/empfangseinheit, eine Festnetz- oder eine mobile Teilnehmereinheit, einen Pager oder ein andersartiges Gerät, dass in einer drahtlosen Umgebung betreibbar ist, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Der hierin verwendete Ausdruck Zugangspunkt (AP) bezeichnet einen Knoten B, eine Basisstation, einen Standort- oder Site-Controller oder eine andersartige Schnittstellenvorrichtung in einer drahtlosen Umgebung, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, in denen ähnliche Bezugszeichen ähnliche Elemente bezeichnen. Die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung dargestellten Figuren zeigen High-Level-Funktionsblockdiagramme, wobei die durch die Funktionsblöcke implementierten Funktionen durch mehr oder weniger Blöcke ausgeführt werden können. Die Merkmale der vorliegenden Erfindung können in einer integrierten Schaltung (IC) oder in einer Schaltung implementiert werden, die mehrere miteinander verbundene Komponenten aufweist.
  • Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Sender bereitgestellt, in dem eine SFBC-MIMO-Codierung und ein an den Empfänger angepaßtes Filter implementiert wird. Gemäß Ausführungsformen werden außerdem eine Senderkanalvorcodierung und eine Empfängerantennenverarbeitung sowie Kanalzerlegungsfunktionen bereitgestellt.
  • Das System weist zwei Betriebsmodi auf: eine geschlossene Regelschleife und eine offene Regelschleife. Die ge schlossene Regelschleife wird verwendet, wenn eine Kanalzustandinformation (CSI) für den Sender verfügbar ist. Die offene Regelschleife wird verwendet, wenn keine Kanalzustandinformation (CSI) verfügbar ist. Für die Übertragung zu einer Ursprungsformat- bzw. Legacy-Station (STA) kann eine Modifizierung verwendet werden, wodurch Diversitäts-Vorteile bereitgestellt werden.
  • Im geschlossenen Regelschleifenmodus wird die CSI-Information verwendet, um praktisch unabhängige Kanäle zu erzeugen, indem die Kanalmatrix zerlegt und diagonalisiert wird, und indem am Sender eine Vorcodierungsverarbeitung ausgeführt wird. Unter Vorgabe der Eigenwertverteilung von TGn Kanälen wird durch die vorliegende Erfindung im Sender eine orthogonale Raum-Frequenz-MIMO-Codierung am Eingang zum Kanalvorcodierer ausgeführt, um die Robustheit oder Stabilität auf Kosten einer verminderten Datenrate zu erhöhen. Für ein MIMO-Codierschema müssen Kompromisse bezüglich des Diversitäts-Gewinns bzw. des Multiplexing-Gewinns gemacht werden. Es ist wünschenswert, ein Kompromißschema zu haben, das für bestimmte Kanalstatistiken optimal geeignet ist. Eine SFBC-Codierung wird aufgrund der niedrigen Mobilität und der langen Kohärenzzeit des Kanals gewählt. Durch dieses Schema kann der Empfänger einfacher implementiert werden als ein MMSE-Empfänger. Durch die kombinierte Lösung wird ein höherer Durchsatz über einen größeren Bereich ermöglicht. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen Power- /Bit-Loading je Unterträger und halten eine stabile Verbindung in einem geschlossenen Regelschleifenbetrieb unter Verwendung einer Kanalzustandrückkopplung aufrecht. Ein anderer Vorteil ist, dass das Schema leicht auf eine beliebige Anzahl von Antennen sowohl an der Sender- als auch an der Empfängerseite skalierbar ist.
  • Die CSI-Information kann am Sender entweder durch eine Rückkopplung vom Empfänger oder durch Auswerten der Kanalreziprozität erhalten werden. Die Kanalreziprozität ist hauptsächlich für TDD-basierte Systeme geeignet. In diesem Fall können der Sender und der Empfänger den Kanal unabhängig schätzen und zerlegen. Die Kanalaktualisierungsrate kann vermindert werden, wenn der Rauschabstand (SNR) hoch ist, wodurch eine verminderte Rückkopplungsbandbreitenlast erhalten wird. Latenzanforderungen und Rückkopplungsdatenraten sind für die inhärente Nicht-Auswählbarkeit der Frequenz der Eigenwerte unwesentlich.
  • Der geschlossene Regelschleifenmodus erfordert Kalibrierungen des Senders, um Amplituden- und Phasenunterschiede der geschätzten Kanäle in der Uplink- und in der Downlink-Richtung zu kompensieren. Der geschlossene Regelschleifenmodus wird selten ausgeführt, z.B. während einer STA-Verbindung oder unter einer Anwendungssteuerung, und kann die Kanalreziprozität für die Kanalschätzung an beiden Enden verwenden. Außerdem wird eine Kanalqualitätsanzeige (CQI) (oder ein SNR-Wert) pro Eigenstrahl zum Sender zurückgeführt, um eine adaptive Ratensteuerung zu unterstützen.
  • 1 zeigt ein Blockdiagramm eines OFDM-MIMO-Systems 100, in dem ein geschlossener Regelschleifenmodus implementiert wird. Das System 100 weist einen Sender 110 und einen Empfänger 130 auf. Der Sender 110 weist einen Kanalcodierer 112, einen Multiplexer 114, eine Energie-Lade-Einheit 116, mehrere SFBC-Codiereinheiten 118, mehrere Serien-Parallel- (S/P) Umsetzer 120, mehrere Eigenstrahlformer 122, mehrere IFFT-Einheiten 124 und mehrere Sendeantennen (nicht dargestellt) auf. Der Kanalcodierer 112 codiert Daten vorzugsweise gemäß einer vom Empfänger 130 übertragenen Kanalqualitätsinformation (CQI). Die CQI-Information wird verwendet, um eine Codierrate und ein Modulationsschema je Unterträger oder je Guppe von Unterträgern zu bestimmen. Der codierte Datenstrom wird durch den Multiplexer 114 in zwei oder mehr Datenströme gemultiplext.
  • Der Sendeleistungspegel jedes Datenstroms wird durch die Energie-Lade-Einheit 116 basierend auf einem Rückkopplungssignal eingestellt. Die Energie-Lade-Einheit 116 stellt Leistungspegel bezüglich der Datenrate jedes Eigsnstrahls ein, um die Gesamtsendeleistung über alle Eigenstrahlen (oder Unterträger) abzugleichen, wie nachstehend ausführlich beschrieben wird.
  • Die SFBC-Codiereinheiten 118 führen eine SFBC-Codierung bezüglich den Datenströmen aus. Die SFBC-Codierung wird für jede übertragene Datenrate über Eigenstrahlen und Unterträger ausgeführt. Es werden Eigenstrahl- und Unterträgerpaare ausgewählt, um unabhängige Kanäle zu erhalten. OFDM-Symbole werden über K Unterträger übertragen. Um eine SFBC-Codierung zu nutzen, werden die Unterträger in L Paare von Unterträgern (oder Gruppen von Unterträgern) geteilt. Die Bandbreite jeder Gruppe von Unterträgern sollte kleiner sein als die Kohärenzbandbreite des Kanals. In Kombination mit einer Eigenstrahlformung wird diese Einschränkung aufgrund der Frequenzunempfindlichkeit der Eigenstrahlen gelockert.
  • Die durch den Blockcode verwendeten Paare von Unterträgergruppen werden als unabhängig betrachtet. Nachstehend ist ein Beispiel für eine auf ein OFDM-Symbol angewendete SFBC-Codierung des Alamouti-Typs angegeben:
    Figure 00060001
  • Nachdem die SFBC-Codiereinheiten 118 OFDM-Symbole für alle Unterträger konstruiert haben, werden die codierten Blöcke durch die Serien-Parallel- (S/P) Umsetzer 120 gemultiplext und den Eigenstrahlformern 122 zugeführt. Die Eigenstrahlformer 122 verteilen die Eigesntrahlen auf die Empfangsantennen. Die IFFT-Einheiten 124 wandeln die im Frequenzbereich vorliegenden Daten in Daten im Zeitbereich um.
  • Der Empfänger 130 weist mehrere Empfangsantennen (nicht dargestellt), mehrere FFT-Einheiten 132, Eigenstrahlformer 134, SFBC-Decodiereinheiten 136, einen Kombinierer 138, einen Kanaldecodierer 144, eine Kanalschätzeinrichtung 140, einen CSI-Generator 142 und einen CQI-Generator 146 auf.
  • Die FFT-Einheiten 132 wandeln die empfangenen Abtastwerte in den Frequenzbereich um, und der Eigenstrahlformer 134, die SFBC-Decodiereinheit 136 und der Kanaldecodierer 144 führen die bezüglich der am Sender 110 ausgeführten Operation umgekehrte Operation aus. Der Kombinierer 138 kombi niert die SFBC-Decodierergebnisse unter Verwendung eines Maximum-Ratio-Combining- (MRC) Verfahrens.
  • Die Kanalschätzeinrichtung 140 erzeugt eine Kanalmatrix unter Verwendung einer vom Sender übertragenen Trainigssequenz und zerlegt die Kanalmatrix in zwei Strahlformungs-Einheitsmatrizen U und V (wobei U für die Sendeseite und V für die Empfangsseite steht), und eine Diagonalmatrix D je Unterträger (oder je Unterträgergruppe) durch Singulärwertzerlegung (SVD) oder Eigenwertzerlegung. Der CSI-Generator 142 erzeugt eine CSI-Information von den Kanalschätzergebnissen, und der CQI-Generator erzeugt eine CQI-Information basierend auf den Decodierungsergebnissen. Die CSI-Information und die CQI-Information werden an den Sender 110 zurück übertragen.
  • Die Kanalmatrix H zwischen nT Sendeantennen und nR Empfangsantennen kann folgendermaßen dargestellt werden:
  • Figure 00070001
  • Die Kanalmatrix H wird durch Singulärwertzerlegung (SVD) folgendermaßen zerlegt: H = UDVH,wobei U und V Einheitsmatrizen und D eine Diagonalmatrix bezeichnen. U ∊ CnR×nR und V ∊ CnT×nT. Dann wird für einen Sendesymbolvektor s eine Sendevorcodierung einfach folgendermaßen ausgeführt: x = Vs (Sendesignal).
  • Das Empfangssignal wird folgendermaßen dargestellt: y = HVs + n,wobei n das im Kanal vorhandene Rauschen bezeichnet. Der Empfänger schließt die Zerlegung unter Verwendung eines signalangepaßten Filters ab: VHHH = VHVDHUH = DHUH.
  • Nach einer Normierung der Kanalverstärkung für Eigenstrahlen wird der Schätzwert der Sendesymbole s: ŝ = αDHUHHVs+η =s+ηs wird erfasst, ohne dass eine sukzessive Interferenzunterdrückung ausgeführt oder ein MMSE-Detektor verwendet werden muss. DHD bezeichnet eine Diagonalmatrix, die durch Eigenwerte von H über die Diagonale gebildet wird. Daher beträgt der Normierungsfaktor α=D–2. U bezeichnet Eigenvektoren von HHH, V bezeichnet Eigenvektoren von HHH und D bezeichnet eine Diagonalmatrix von Singulärwerten von H (Quadratwurzeln von Eigenwerten von HHH).
  • 2 zeigt ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Systems 200, in dem ein offener Regelschleifenmodus implementiert ist. Das System 200 weist einen Sender 210 und einen Empfänger 230 auf. Im offenen Regelschleifenmodus wird durch eine Kombination aus einer Raum-Frequenz-Codierung und einer räumlichen Spreizung im Sender 210 eine Diversität bereitgestellt, ohne dass eine CSI-Information erforderlich ist. Eine Modifikation dieses Schemas kann bei einem Betrieb mit Legacy-802.11a/g-Stationen verwendet werden.
  • Der Sender 210 weist einen Kanalcodierer 212, einen Multiplexer 214, eine Energie-Lade-Einheit 216, mehrere SFBC-Codiereinheiten 218, mehrere Serien-Parallel- (S/P) Umsetzer 220, ein Strahlformernetzwerk (BFN) 222, mehrere IFFT-Einheiten 224 und mehrere Sendeantennen 226 auf. Wie im geschlossenen Regelschleifenmodus verwendet der Kanalcodierer 212 eine CQI-Information zum Bestimmen der Codierrate und eine Modulation je Unterträger oder Gruppe von Unterträgern. Der codierte Datenstrom wird durch den Multiplexer 214 in zwei oder mehr Datenströme gemultiplext.
  • Im offenen Regelschleifenmodus wird der Eigenstrahlformer durch das Strahlformungsnetzwerk (BFN) 222 ersetzt. Das BFN 222 erzeugt N Strahlen im Raum, wobei N die Anzahl der Antennen 226 bezeichnet. Die Strahlen werden durch die BFN-Matrixoperation pseudozufällig konstruiert. Die für die SFBC-Codierung verwendeten unabhängigen Unterträgergruppen werden über individuelle Strahlen übertragen.
  • Für eine Legacy-Unterstützung darf die SFBC-Codierung nicht ausgeführt werden. Stattdessen wird eine Diversität-Strahl-Permutation ausgeführt, wodurch die Diversität und damit die Leistung der Legacy 802.11a/g-Einrichtung verbessert wird.
  • Der Empfänger 230 weist Empfangsantennen 231, FFT-Einheiten 232, ein BFN-Netzwerk 234, eine SFBC-Decodier- und Kombiniereinheit 236 und einen Kanaldecodierer 238 auf. Die FFT-Einheiten 232 wandeln das Empfangssignal im Zeitbereich in ein Signal im Frequenzbereich um. Die SFBC-Decodier- und Kombiniereinheit 236 decodiert und kombiniert von Unterträgergruppen/Eigenstrahlen empfangene Symbole und wandelt sie unter vorheriger Kenntnis der Konstellationsgröße parallelseriell um. Symbole werden unter Verwendung des MRC-Verfahrens kombiniert. Der Kanaldecodierer 238 decodiert das kombinierte Symbol und erzeugt eine CQI-Information.
  • Nachstehend wird eine erste Ausführungsform eines Energie-Lade-Schemas beschrieben. Die räumliche Verarbeitung ist eine Kombination aus einer Raum-Frequenz-Codierung und einer Eigenstrahlformung. Diese Verarbeitung wird ausgeführt, um den besten Kompromiß zwischen Redundanzgewinnen, die durch eine SFBC-Codierung erzielt werden, und der räumlichen Multiplexoperation zu erzielen, die durch den Eigenstrahlformer bereitgestellt wird. Das Energie-Lade-Schema wirkt über die Eigenmodi der Kanalmatrix. Bei der SFBC-Codierung ergibt sich die Einschränkung, dass die Ausgangssignale des Codierers aufgrund der verschränkten Operation innerhalb des Codierers unabhängig vom Eingangs-Energie-Laden das gleiche Energie-Laden aufweisen.
  • 3 zeigt ein Blockdiagramm eines Senders 110 zum Darstellen des Energie-Lade-Schemas. 3 zeigt als Beispiel einen 4×4-Fall, und das Energie-Lade-Schema wird unter Bezug auf den 4×4-Fall beschrieben. Der 4×4-Fall ist natürlich auf andere Fälle erweiterbar.
  • Für einen bestimmten Unterträger k werden vier Datenströme auf 2 Paare von Energie-Lade-/AMC-Modi abgebildet. D.h., für jedes Eingangssignalpaar wird die gleiche Modulationsfolge ausgewählt. Diese wird später auf Paare von Eigenmodi abgebildet. Das Ausgangssignal der Power-Loading-Einheit 116 wird dualen 2×2-SFBC-Codiereinheiten 118 zugeführt und dann dem Eigenstrahlformer 122 zugeführt. Der Eigenstrahlformer 122 bildet die Eingangssignale durch eine Vorverarbeitung auf die Eigenmodi des Kanals ab.
  • Für alle K Unterträger sind die Eigenwerte der Kanalmatrix am Sender bekannt. Die Kanalenergie für jeden Eigenmodus ist definiert durch:
    Figure 00100001
    wobei λi,k den i-ten Eigenwert für den k-ten Unterträgerkanal bezeichnet. Zwei SNIR-Werte sind für zwei gekoppelte Eigenmodi folgendermaßen definiert:
    Figure 00100002
    wobei M die Anzahl von Eigenmodi bezeichnet. D.h., die Eigenmodi werden derart gruppiert, dass eine Hälfte der Eigenmodi mit den größten Kanalenergien (oder SNIR-Werten) einer Gruppe, und die andere Hälfte der Eigenmodi mit den kleinsten Kanalenergien der anderen Gruppe zugeordnet sind. Daher stellen die harmonischen SNIR-Werte die gesamte Kanalenergie der stärkeren und schwächeren Eigenmodi dar. Die Kanalenergie ist eine Anzeige für die Robustheit oder Stabilität der Eigenmodi und damit des Signals, das über diese Eigenmodi übertragen wird. Diese Information wird genutzt, um für jede Hälfte verschiedene adaptive Modulations- und Codierungsoperationen (AMC) und/oder verschiedene Power-Loading-Operationen auszuführen, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Die Trennung der gekoppelten SNIR-Werte ist folgendermaßen definiert: Δβ = βmod1 – βmod2
  • Während des geschlossenen Regelschleifenbetriebs ist der Sender 110 über die aktuelle CSI-Information informiert, von der er die Eigenwerte und die Vorverarbeitungsmatrix extrahiert. Der Sender 110 erfaßt außerdem die Datenrate Rb, die im Link oder für die Verbindung unterstützt werden kann, von der CSI-Information. Dann ist das Energie-Laden für eine vorgegebene, zulässige CQI-Information eine Optimierung zwischen der Bitzahl, die pro OFDM-Symbol übertragen werden kann, und dem für jeden Modus zu verwendenden Modulationstyp.
  • Unter Verwendung der Kanalenergie, die, wie vorstehend erläutert, für den Eigenmodus i berechnet wird, wird die maximale Bitrate bestimmt, die für den Kanalzustand unterstützt werden kann. Dann wird unter Verwendung der vorstehend erwähnten Modustrennungsberechnung bestimmt, wie die Bitrate zwischen den beiden Moduspaaren verteilt werden muss. 4 zeigt ein Diagramm eines exemplarischen Energie-Lade-Schemas und einer adaptiven Modulations- und Codierungsabbildung zwischen zwei Moduspaaren. In diesem Beispiel beträgt die unterstützbare Bitrate 24 Bit pro OFDM-Symbol für den bestimmten Unterträger. Die niedrigste Modulationsordnung, die diese Bitrate erfüllt, ist in 4 durch den gestrichelten Pfeil dargestellt. In diesem Beispiel werden ein erster und ein zweiter Modus (ein erstes Paar gekoppelter Modi) eine 16-QAM-Modulation verwenden, und ein dritter und ein vierter Modus (zweites Paar gekoppelter Modi) werden eine 256-QAM-Modulation verwenden.
  • Diese Abbildung wird für eine zulässige CQI-Information und für einen Unterträger beschrieben. Im Fall alternativer MIMO-Konfigurationen, z.B. 2×4, 2×2, usw. kann das gleiche Energie-Lade-Schema verwendet werden, außer dass die Gesamtzahl von Bits in den Tabelleneintragungen herunterskaliert werden, um die Sendeleistung darzustellen und darzustellen, und dass das Energie-Lade-Schema bezüglich eines einzigen Moduspaars angewendet werden kann.
  • Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform eines Energie-Lade-Schemas erläutert. Die Eigenwerte pro Unterträ ger (λ1(k) > λ2 (k) > . . . > λnT (k)) werden geordnet, und Eigenstrahlen (E1, E2,..., EnT) werden durch Gruppieren der gleichen geordneten Eigenwerte für alle Unterträger folgendermaßen erzeugt: Ei = {λi(1), λi(2), ..., λi(K)} für i = 1, 2, ..., nT,wobei K die Anzahl der Unterträger, nT die Anzahl der Sendeantennen und λi(j) den i-ten Eigenwert des j-ten Unterträgers bezeichnen. nT ist eine gerade Zahl.
  • Der Mittelwert der Eigenwerte je Eigenstrahl wird berechnet durch:
  • Figure 00120001
  • Die Eigenstrahlen werden paarweise geordnet, um Alamouti-Raum-Frequenz-Blöcke zu erzeugen, z . B . {E1, E2}1, {E3, E4}2, ..., {E2i-1, E2i}i ... {EnT-1, EnT}nT/2 Wenn der SNR-Wert eines Paars größer ist als ein Wert SNRmax, wird der zweite Eigenstrahl des Paars durch den Eigenstrahl mit dem nächst niedrigeren Eigenwert-Mittelwert ersetzt, bis dessen SNR-Wert kleiner oder gleich einem Wert SNRmin ist. SNR(i) = (λiav + λi+1av )/σ2n ,wobei σ 2 / n die Rauschvarianz und SNRmin den minimalen erforderlichen SNR-Wert für die höchste Datenrate für eine erforderliche Dienstqualität bezeichnen. Dieser Schritt wird wiederholt, bis alle Eigenwerte paarweise geordnet sind. 5 zeigt ein Beispiel einer Paarbildung von Unterträgergruppen zum Energie-/Bit-Laden.
  • Eine Datenrate für jedes Paar Eigenstrahlen wird durch Abbilden des SNR-Wertes eines Paars auf die Datenrate für eine vorgegebene Qualität bestimmt. Die erforderlichen SNR-Werte können für alle Paare von Eigenstrahlen eingestellt werden, um die Meßfehler zu kompensieren und zu veranlassen, dass die Gesamtsendeleistung konstant ist.
  • Ein Gewichtsvektor pro Paar Eigenstrahlen je Unterträger kann folgendermaßen berechnet werden:
    Figure 00130001
    wobei i das i-te Paar Eigenstrahlen und j den j-ten Unterträger bezeichnen.
  • Gemäß einer dritten Ausführungsform wird zusätzlich zur ersten und zur zweiten Ausführungsform ein anderes Energie-Lade-Schema über die Unterträger oder Gruppe von Unterträgern für schwache Eigenmodi angewendet. D.h., anstatt das das Energie-Lade-Schema auf alle Eigenmodi angewendet wird, kann es auch nur auf die schwächeren Eigenmodi angewendet werden, wodurch das Energie-Laden am vorteilhaftesten genutzt werden kann. In diesem Fall können diejenigen Eigenmodi, auf die kein Energie-Laden angewendet wird, weiterhin einer SFBC- oder einer anderen Codierung unterzogen werden oder individuell verschiedene AMC-Einstellungen aufweisen, während diejenigen Eigenmodi, auf die ein Energie-Laden angewendet wird, beispielsweise die gleichen AMC-Einstellungen gemeinsam verwenden. Außerdem werden die Eigenmodi der Kanäle immer bezüglich der Leistung, d.h. von der stärksten zur schwächsten Leistung, geordnet. Durch paarweises Ordnen von Eigenmodi mit ähnlicher Leistung kann das Energie-Laden des Kanals verbessert werden.
  • Ein räumliches Verarbeitungsschema ist für jede Anzahl von Empfangs- und Sendeantennenkombinationen konfigurierbar. In Abhängigkeit von der Anzahl der Antennen an jeder Seite wird eine Kombination aus SFBC- und Eigenstrahlformungsoptionen verwendet. Die nachstehende Tabelle zeigt die verschiedenen unterstützten Konfigurationen und den Zustand der räumlichen Verarbeitung und das Energie-Laden, das für jede Situation anwendbar sind.
  • Figure 00140001
    Tabelle 1
  • Obwohl vorstehend Merkmale und Elemente der vorliegenden Erfindung für bevorzugte Ausführungsformen und in bestimmten Kombinationen beschrieben wurden, kann jedes Merkmal oder Element eigenständig oder in anderen Kombination mit Merkmalen und Elementen der bevorzugten Ausführungsformen verwendet werden.

Claims (20)

  1. Drahtlose Sende-/Empfangseinheit (WTRU) zum Implementieren einer Space-Frequency-Blockcodierung (SFBC) für Kommunikationen unter Verwendung eines orthogonalen Frequenzmultiplexverfahrens (OFDM), wobei die WTRU aufweist: einen Kanalcodierer, der dazu geeignet ist, eine Kanalcodierung bezüglich eines Eingangsdatenstroms auszuführen; einen mit dem Kanalcodierer verbundenen Multiplexer, der dazu geeignet ist, den codierten Datenstrom in zwei oder mehr Datenströme zu multiplexen; eine mit dem Multiplexer verbundene Energie-Lade-Einheit, die dazu geeignet ist, basierend auf Kanalzustandinformation (CSI) eine Energie-Lade-Operation bezüglich jedes der gemultiplexten Datenströme auszuführen; mehrere mit der Energie-Lade-Einheit verbundene SFBC-Codierer, die dazu geeignet sind, eine SFBC-Codierung bezüglich den Datenströmen für jedes Paar Unterträger auszuführen; mehrere Serien-Parallel-Umsetzer, die mit den mehreren SFBC-Codierern verbunden sind; mehrere Eigenstrahlformer (Eigen-Beamformer), die mit den mehreren Serien-Parallel-Umsetzern verbunden und dazu geeignet sind, basierend auf der CSI-Information eine Eigenstrahlformung auszuführen, um die Eigenstrahlen auf die mehreren Sendeantennen zu verteilen; mehrere Inverse-Fast-Fourier-Transformations(IFFT)einheiten, die mit den mehreren Eigen-Strahlformern verbunden und dazu geeignet sind, eine IFFT-Operation zum Umwandeln des Datenstroms in Daten im Zeitbereich für eine Übertragung durchzuführen; und mehrere Antennen.
  2. WTRU nach Anspruch 1, wobei die Unterträger in mehrere Unterträgergruppen geteilt sind.
  3. WTRU nach Anspruch 2, wobei die Bandbreite der Unterträgergruppen kleiner ist als eine Kohärenzbandbreite eines Kanals.
  4. WTRU nach Anspruch 2, wobei die Energie-Lade-Einheit aufweist: eine Vorrichtung zum Berechnen der Kanalenergie für jeden Eigenmodus für alle Unterträger; eine Vorrichtung zum Berechnen von harmonischen Signal-Rausch-Verhältnissen (SNR) für mehrere Modi von der Kanalenergie; eine Vorrichtung zum Berechnen einer Trennung der harmonischen SNR-Werte; eine Vorrichtung zum Bestimmen einer unterstützbaren Datenrate von der CSI-Information; und eine Vorrichtung zum Bestimmen von Bitraten, die zwischen den Modi verteilt werden.
  5. WTRU nach Anspruch 4, wobei die Energie-Lade-Einheit ferner eine Vorrichtung aufweist, die dazu geeignet ist, eine Leistungsoptimierung über jeden Unterträger oder jede Unterträgergruppe für schwache Eigenmodi auszuführen.
  6. WTRU nach Anspruch 1, wobei die Energie-Lade-Einheit aufweist: eine Vorrichtung zum Ordnen von Eigenwerten je Unterträger; eine Vorrichtung zum Erzeugen von Eigenstrahlen durch Gruppieren der gleichen geordneten Eigenwerte für alle Unterträger; eine Vorrichtung zum Berechnen eines Mittelwertes der Eigenwerte je Eigenstrahl; eine Vorrichtung zum Erzeugen von Raum-Frequenz-Blöcken durch paarweises Einordnen der Eigenstrahlen; und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Datenrate für jedes Paar Eigenstrahlen durch Abbilden erforderlicher Signal/Rausch-Verhältnisse (SNR) der Paare von Eigenstrahlen auf die Datenraten.
  7. WTRU nach Anspruch 6, wobei die Energie-Lade-Einheit ferner eine Vorrichtung aufweist, die dazu geeignet ist, die erforderlichen SNR-Werte für alle Paare von Eigenstrahlen einzustellen, um Meßfehler zu kompensieren und zu veranlassen, dass die Gesamtsendeleistung konstant ist.
  8. WTRU nach Anspruch 6, wobei die Energie-Lade-Einheit ferner eine Vorrichtung aufweist, die dazu geeignet ist, einen Gewichtsvektor pro Paar Eigenstrahlen anzuwenden.
  9. WTRU nach Anspruch 1, wobei die CSI-Information durch den Empfänger erzeugt und zurückübertragen wird.
  10. WTRU nach Anspruch 1, wobei die CSI-Information durch einen Sender durch eine Kanalreziprozität erzeugt wird.
  11. Basisstation zum Implementieren einer Raum-Frequenz-Blockcodierung (SFBC) für Kommunikationen unter Verwendung eines orthogonalen Frequenzmultiplexverfahrens (OFDM), wobei die Basisstation aufweist: einen Kanalcodierer, der dazu geeignet ist, eine Kanalcodierung für einen Eingangsdatenstrom auszuführen; einen mit dem Kanalcodierer verbundenen Multiplexer, der dazu geeignet ist, den codierten Datenstrom in zwei oder mehr Datenströme zu multiplexen; eine mit dem Multiplexer verbundene Energie-Lade-Einheit, die dazu geeignet ist, basierend auf Kanalzustandinformation (CSI) eine Energie-Lade-Operation bezüglich jedem der gemultiplexten Datenströme auszuführen; mehrere mit der Energie-Lade-Einheit verbundene SFBC-Codierer, die dazu geeignet sind, eine SFBC-Codierung bezüglich den Datenströmen für jedes Paar Unterträger auszuführen; mehrere Serien-Parallel-Umsetzer, die mit den mehreren SFBC-Codierern verbunden sind; mehrere Eigenstrahlformer (Eigen-Beamformer), die mit den mehreren Serien-Parallel-Umsetzern verbunden und dazu geeignet sind, basierend auf der CSI-Information eine Eigenstrahlformung auszuführen, um die Eigenstrahlen auf die mehreren Sendeantennen zu verteilen; mehrere Inverse-Fast-Fourier-Transformations(IFFT)einheiten, die mit den mehreren Eigenstrahlformern verbunden und dazu geeignet sind, eine IFFT-Operation zum Umwandeln des Datenstroms in Daten im Zeitbereich für eine Übertragung durchzuführen; und mehrere Antennen.
  12. Basisstation nach Anspruch 11, wobei die Unterträger in mehrere Unterträgergruppen eingeteilt sind.
  13. Basisstation nach Anspruch 12, wobei die Bandbreite der Unterträgergruppen kleiner ist als eine Kohärenzbandbreite eines Kanals.
  14. Basisstation nach Anspruch 12, wobei die Energie-Lade-Einheit aufweist: eine Vorrichtung zum Berechnen der Kanalenergie für jeden Eigenmodus für alle Unterträger; eine Vorrichtung zum Berechnen harmonischer Signal/Rausch-Verhältnisse (SNR) für mehrere Modi von der Kanalenergie; eine Vorrichtung zum Berechnen einer Trennung der harmonischen SNR-Werte; eine Vorrichtung zum Bestimmen einer unterstützbaren Datenrate von der CSI-Information; und eine Vorrichtung zum Bestimmen von Bitraten, die zwischen den Modi verteilt werden.
  15. Basisstation nach Anspruch 14, wobei die Energie-Lade-Einheit ferner eine Vorrichtung aufweist, die dazu geeignet ist, eine Leistungsoptimierung über jeden Unterträger oder jede Unterträgergruppe für schwache Eigenmodi auszuführen.
  16. Basisstation nach Anspruch 11, wobei die Energie-Lade-Einheit aufweist: eine Vorrichtung zum Einordnen von Eigenwerten pro Unterträger; eine Vorrichtung zum Erzeugen von Eigenstrahlen durch Gruppieren der gleich eingeordneten Eigenwerte für alle Unterträger; eine Vorrichtung zum Berechnen eines Mittelwertes der Eigenwerte pro Eigenstrahl; eine Vorrichtung zum Erzeugen von Raum-Frequenz-Blöcken durch paarweises Einordnen der Eigenstrahlen; und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Datenrate für jedes Paar Eigenstrahlen durch Abbilden erforderlicher Signal/Rausch-Verhältnisse (SNR) der Paare von Eigenstrahlen auf die Datenraten.
  17. Basisstation nach Anspruch 16, wobei die Energie-Lade-Einheit ferner eine Vorrichtung aufweist, die dazu geeignet ist, die erforderlichen SNR-Werte für alle Paare von Eigenstrahlen einzustellen, um Meßfehler zu kompen sieren und zu veranlassen, dass die Gesamtsendeleistung konstant ist.
  18. Basisstation nach Anspruch 16, wobei die Energie-Lade-Einheit ferner eine Vorrichtung aufweist, die dazu geeignet ist, einen Gewichtsvektor pro Paar Eigenstrahlen anzuwenden.
  19. Basisstation nach Anspruch 11, wobei die CSI-Information durch den Empfänger erzeugt und zurück übertragen wird.
  20. Basisstation nach Anspruch 11, wobei die CSI-Information durch einen Sender durch eine Kanalreziprozität erzeugt wird.
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