DE60010408T2

DE60010408T2 - Sende-diversity verfahren und system

Info

Publication number: DE60010408T2
Application number: DE60010408T
Authority: DE
Inventors: Ari Hottinen; Risto Wichman
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 1999-05-19
Filing date: 2000-02-11
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2020-02-12
Also published as: KR100555986B1; US20020105961A1; CN1196277C; NO323647B1; DE69919037T2; KR20020000174A; JP2003500976A; US6754286B2; US20020009156A1; EP1179230B1; EP1097525B1; JP2007089228A; CA2371384C; NO20010290D0; JP3404382B2; AU4144799A; US6584161B2; CN1148015C; AU771457B2; DE60010408D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Sendediversityverfahren und -system für ein drahtloses Kommunikationssystem, etwa das Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), das ein Sendeelement und zumindest einen Empfänger aufweist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Breitband-Codemehrfachzugriff (WCDMA) wurde als die Funktechnologie für die paarweisen Bänder von UMTS ausgewählt. Demzufolge ist WCDMA der übliche bzw. gemeinsame Funktechnologiestandard für Weitverkehrsmobilkommunikation der dritten Generation. WCDMA wurde für Hochgeschwindigkeits-Datendienste und insbesondere für Internet-basierte Paketdaten ausgelegt, die innerhalb zu 2 Mbps bei Innenraumumgebungen und über 384 kbps für Weitverkehr ermöglichen.
Das WCDMA-Konzept basiert auf einer neuen Kanalstruktur für alle Schichten, die auf Technologien wie etwa Paketdatenkanälen und Dienstemultiplex aufgebaut sind. Das neue Konzept umfasst auch Pilotsymbole und eine Zeitschlitzstruktur, was zu der Bereitstellung adaptiver Antennenfelder geführt hat, die Antennenstrahlen auf Teilnehmer richten, um eine maximale Abdeckung und minimale Interferenz bereitzustellen. Dies ist auch beim Implementieren einer Breitbandtechnologie entscheidend, bei der ein begrenztes Funktspektrum verfügbar ist.
Ein CDMA-Kommunikationssystem unter Verwendung eines adaptiven Antennenfelds zur Verbesserung der Interferenzwiderstandsfähigkeit ist in der EP-0755127 beschrieben.
Die Uplink- bzw. Aufwärtsstreckenkapazität der vorgeschlagenen WCDMA-Systeme kann durch verschiedene Techniken erweitert werden, einschließlich Mehrfachantennenempfang und Mehrfachteilnehmerdetektion oder Interferenzauslöschung. Techniken, die die Downlink- bzw. Abwärtsstreckenkapazität erhöhen, wurden nicht mit der gleichen Intensität entwickelt. Der von den beabsichtigten Datendiensten (z.B. Internet) auferlegte Kapazitätsbedarf belastet jedoch viel mehr den Downlink-Kanal. Daher ist es wichtig, Techniken zu finden, die die Kapazität des Downlink-Kanals verbessern.
Unter Berücksichtigung der strengen Komplexitätsanforderungen von Endgeräten und der Charakteristika des Downlink-Kanals ist die Bereitstellung mehrerer Empfangsantennen keine wünschenswerte Lösung für das Downlink-Kapazitätsproblem. Daher wurden alternative Lösungen vorgeschlagen, die anregen, dass mehrere Antennen oder eine Sendediversity an der Basisstation die Downlink-Kapazität bei einer nur geringfügigen Erhöhung der Komplexität einer Endgeräteimplementierung erhöhen.
Ein Kommunikationssystem unter Verwendung mehrerer Antennen an der Basisstation wurde in der Patentanmeldung GB-2324932 beschrieben.
Gemäß dem WCDMA-System steht ein Sendediversitykonzept zur Diskussion, das hauptsächlich auf die (Rückkopplungs-) Betriebsart mit geschlossenem Regelkreis fokussiert ist.
1 zeigt ein Beispiel einer derartigen Rückkopplungsbetriebsart für eine Downlink-Übertragung zwischen einer Basisstation (BS) 10 und einem mobilen Endgerät oder einer Mobilstation (MS) 20. Insbesondere weist die BS 10 zwei Antennen A1 und A2 auf, und die MS 20 ist zum Schätzen des Kanals auf Grundlage zweier von den beiden Antennen A1 und A2 empfangener Sendesignale eingerichtet. Dann koppelt die MS 20 die diskretisierte Kanalschätzung zur BS 10 zurück. Die Antennen (oder Antennenelemente) A1 und A2 sind ausreichend nahe zueinander angeordnet, damit die Ausbreitungsverzögerungen zwischen jeder der Antennen A1 und A2 sowie der MS 20 annähernd identisch sind (innerhalb eines Bruchteils einer Chipdauer des WCDMA-Spreizcodes). Dies ist wichtig, um eine Downlink-Orthogonalität in einem Einfachpfadkanal beizubehalten. Natürlich ist es wünschenswert, ein robustes und mit wenig Verzögerung behaftetes Rückkopplungs-Signalisierungskonzept zu entwickeln.
Bei WCDMA wurden verschiedene Modi bzw. Betriebsarten für das Konzept mit geschlossenem Regelkreis angeregt, das für zwei Antennen optimiert ist. Bei der selektiven Sendediversity- (STD: "Selective Transmit Diversity") Betriebsart wird ein Bit pro Zeitschlitz verwendet, um von jedem Endgerät die „beste" Antenne zu signalisieren. Die MS 20 schätzt Kanalkoeffizienten aus gemeinsamen Pilotsignalen (Antennen- oder Strahl-spezifisch), wählt die stärkere Antenne aus (zwei Möglichkeiten) und sendet den Index bzw. die Kennzahl unter Verwendung eines 1,5 kbps-Unterkanals an die BS 10. So kann aus fortlaufenden Schätzungen eines gemeinsamen Kanals eine einfache Schätzung eines dedizierten Kanals hergeleitet werden. Bei der STD-Betriebsart beträgt die Bitlänge des Rückkopplungssignalisierungsworts ein Bit. Die Rückkopplungsbitrate beträgt 1500 bps und das Rückkopplungssignalisierungswort wird zur Steuerung der an die Antennen A1 und A2 gelieferten Leistung verwendet.
Außerdem sind (als Sendeantennenfeld- (TxAA: "Transmission Antenna Array") Betriebsarten bezeichnete) Betriebsarten 1 und 2 mit einer langsameren Rückkopplungsstrecke angeregt, wobei zur Steuerung von Leistung und/oder Phase der Sendesignale der Antennen A1 und A2 verwendete Rückkopplungsgewichtungen nach einer bestimmten Anzahl von Schlitzen modifiziert werden. Insbesondere wird eine quantisierte Rückkopplung unter Verwendung des 1,5 kbps-Unterkanals an die BS 10 signalisiert. Bei Betriebsart bzw. Modus 1 werden die möglichen Tx-Rückkopplungsgewichtungen aus einer QPSK-Konstellation ausgewählt. Bei Betriebsart bzw. Modus 2 werden die möglichen Tx-Rückkopplungsgewichtungen aus einer Konstellation mit 16 Zuständen ausgewählt.
2 zeigt eine kennzeichnende Parameter der vorstehenden Betriebsarten angebende Tabelle. Insbesondere bezeichnet N_FB die Anzahl von Rückkopplungsbits pro Zeitschlitz, N_w die Anzahl von Bits pro Rückkopplungssignalisierungswort, Na die Anzahl von Rückkopplungsbits zur Steuerung einer Verstärkung oder Leistung an den Antennen A1 und A2 sowie Np die Anzahl von Rückkopplungsbits zur Steuerung einer Phasendifferenz zwischen den Antennen A1 und A2. Wie aus der Tabelle gemäß 2 zu sehen ist, wird bei jeder der Rückkopplungsbetriebsarten ein Bit pro Zeitschlitz rückgekoppelt.
Beim TxAA-Modus 1 umfasst das Rückkopplungssignalwort zwei Bits und eine Aktualisierung wird durchgeführt, nachdem beide Rückkopplungsbits empfangen wurden, d.h. nach zwei Zeitschlitzen. Das Rückkopplungssignalisierungswort wird nur zur Steuerung der Phasendifferenz zwischen den beiden Antennen A1 und A2 verwendet.
Beim TxAA-Modus 2 beträgt die Bitlänge des Rückkopplungssignalisierungsworts vier und eine Aktualisierung wird bei jedem vierten Zeitschlitz durchgeführt. Insbesondere wird ein Bit des Rückkopplungssignalisierungsworts zur Steuerung der Verstärkung (Leistung) an den Antennen A1 und A2 verwendet, und drei Bits werden zur Steuerung ihrer Phasendifferenz verwendet.
3A zeigt eine Tabelle, die die bei der STD-Betriebsart durchgeführte Rückkopplungsleistungssteuerung angibt. Hierbei hat die MS 20 die Antenne mit der geringsten Streckendämpfung zu schätzen. Dazu schätzt die MS 20 die Kanalleistung aller „konkurrierenden Antennen" und bestimmt diejenige mit der höchsten Leistung. Die benötigten Kanalschätzungen werden z.B. von einem gemeinsamen Pilotkanal erhalten, der von jeder Antenne mit einer bekannten Leistung übertragen wird. Die Tabelle gemäß 3A zeigt die Beziehung zwischen dem Rückkopplungswert und der an die Antenne A1 gelieferten Leistung P_A1 und der an die Antenne A2 gelieferten Leistung P_A2. Dementsprechend wird eine der beiden Antennen A1 und A2 als Reaktion auf den Rückkopplungssignalisierungswert an der BS 10 ausgewählt.
Es ist zu beachten, dass die STD-Betriebsart im Strahlenbereich auf analoge Art und Weise implementiert werden kann. In diesem Fall signalisiert die MS 20 an die BS 10, ob von der Antenne A2 gesendete Kanalsymbole um 180° rotiert werden. In diesem Fall sendet die BS 10 gleichzeitig von beiden Antennen A1 und A2. Daher wird die Phasendifferenz zwischen den Antennen A1 und A2 als Reaktion auf den Rückkopplungswert zwischen 0° und 180° umgeschaltet.
Bei den TxAA-Modi 1 und 2 sendet die MS 20 geschätzte und quantisierte Kanalparameter an die BS 10, die die gesendeten Signale dann entsprechend gewichtet. So kann eine höhere Auflösung als 180° (wie von der STD-Betriebsart bereitgestellt) erreicht werden. Die MS 20 wählt die Tx-Gewichtung (oder den Tx-Strahl) jeweils aus 4 oder 16 unterschiedlichen Konstellationen aus.
3B zeigt die beim TxAA-Modus 1 durchgeführte Rückkopplungssteuerung, bei der nur ein Phasengewichtungs-Rückkopplungswert mit zwei Bits an die BS 10 rückgekoppelt wird. Die in der Tabelle gemäß 3B angegebene Phasendifferenz definiert die Phasendifferenz (in Grad) zwischen den Antennen A1 und A2, die von der BS 10 einzurichten ist, um eine optimale Kohärenz bzw. Stimmigkeit an der MS 20 zu erhalten.
3C zeigt die Rückkopplungssteuerung vom TxAA-Modus 2, wobei ein Bit, d.h. Verstärkungsbit, des Rückkopplungssignalisierungsworts zur Steuerung der Leistung der Antennen A1 und A2 verwendet wird und die anderen drei Bits, d.h. Phasenbits, zur Steuerung der Phasendifferenz zwischen den Antennen A1 und A2 verwendet werden. Die linke Tabelle gibt die Leistungssteuerung basierend auf dem Verstärkungsbit an, wobei die jeweilige an die Antennen A1 und A2 gelieferte Leistung P_A1 und P_A2 zwischen 20% und 80% eines vorbestimmten Werts umgeschaltet wird. Die rechte Tabelle zeigt die Rückkopplungssteuerung basierend auf den drei Phasenbits, wobei die Phasendifferenz in acht unterschiedliche Phasendifferenzwerte quantifiziert werden kann, die von der BS 10 einzurichten sind, um eine optimale Kohärenz bzw. Stimmigkeit an der MS 20 zu erhalten.
In Bezug die Tabelle gemäß 2 ist zu beachten, dass in jedem Fall, bei dem Na = 0 gilt, die gleiche Leistung an die Antennen A1 und A2 angelegt wird. Außerdem sind die Antennen A1 und A2 durch ihre jeweiligen Pilotcodes des CCPCH („Common Control Physical Channel": physikalischer gemeinsamer Steuerkanal) von UMTS eindeutig definiert. Die hergeleitete Amplitude und Phase, die an die Antennen A1 und A2 angelegt werden, wird Gewichtung genannt, und die Menge an Gewichtungen wird in einen Gewichtungsvektor gruppiert. Im Speziellen ist der Gewichtungsvektor für den vorliegenden Fall von zwei Antennen gegeben durch
wobei Δφ die Phasendifferenz (Phasengewichtung) bezeichnet, die an die BS 10 rückgekoppelt wird. Falls die Dimension von w größer wird als zwei, werden mehr als zwei Antennen benötigt, d.h. ein Antennenfeld. Als Beispiel kann eine direktionale bzw. gerichtete Antenne durch Verwendung relativer Phasen zwischen Antennen erreicht werden. Die geschätzte Phase des Rückkopplungssignals in der komplexen Ebene wird dann zur Steuerung der Senderichtung verwendet. Bei einem kohärenten Feld ist die relativen Phasendifferenz zwischen benachbarten Antennenelementen die gleiche.
Daher verwendet das momentane WCDMA-Sendediversity-Rückkopplungskonzept eine 2-, 4- oder 8-Phasenkonstellation, um die Kanaldifferenz an die BS 10 zu signalisieren. Die durch eine höhere Konstellationsordnung bereitgestellte höhere Kanalauflösung wird jedoch zu Lasten der Rückkopplungssignalisierungskapazität oder -verzögerung erhalten. Daher ist die Auflösung der Rückkopplungssignalisierung durch die Rückkopplungskapazität begrenzt. Außerdem verursachen die momentanen Konzepte bei Durchführung der Gewichtungsveränderung eine Verzögerung von einem oder mehreren Schlitzen und dies beschränkt die Anwendbarkeit ausschließlich auf Kanäle mit sehr langsamem Fading bzw. Schwund. Die Konzepte können auch auf Rückkopplungsfehler empfindlich sein.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein System für Sendediversity oder Sendestrahlformung bereitzustellen, wodurch die Auflösung der Rückkopplungssignalisierung erhöht werden kann, ohne die Rückkopplungssignalisierungskapazität zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird durch ein Sendediversityverfahren für ein drahtloses Kommunikationssystem mit einem Sendeelement und zumindest einem Empfänger erreicht, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Senden eines Sendesignals gemäß einer Gewichtungsinformation, die als Antwort auf eine Rückkopplungsinformation bestimmt wird, vom Sendeelement an den zumindest einen Empfänger;
Herleiten der Rückkopplungsinformation aus der Antwort an dem zumindest einen Empfänger auf das Sendesignal;
Rückkoppeln der Rückkopplungsinformation unter Verwendung gemultiplexter Rückkopplungssignale.
Zusätzlich wird die vorstehende Aufgabe durch ein Sendediverstiysystem für ein drahtloses Kommunikationssystem erreicht, mit:
einer Sendeeinrichtung zum Senden eines Sendesignals von einem Sendeelement gemäß einer Gewichtungsinformation, die als Antwort auf eine Rückkopplungsinformation bestimmt wird; und
zumindest einem Empfänger zum Empfangen des Sendesignals und Herleiten der Rückkopplungsinformation aus der Antwort auf das Sendesignal;
wobei der zumindest eine Empfänger eine Rückkopplungseinrichtung zum Rückkoppeln der Rückkopplungsinformationen unter Verwendung gemultiplexter Rückkopplungssignale aufweist.
Außerdem wird die vorstehende Aufgabe durch einen Sender für ein drahtloses Kommunikationssystem erreicht, mit:
einer Extraktionseinrichtung zum Extrahieren einer Rückkopplungsinformation aus einem empfangenen Signal;
einer Sendeeinrichtung zum Senden eines Sendesignals von einem Sendelement gemäß einer Gewichtungsinformation;
einer Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen der Gewichtungsinformation als Antwort auf die extrahierte Rückkopplungsinformation; und
einer Steuerungseinrichtung zum Steuern der Bestimmungseinrichtung, um die Gewichtungsinformation gemäß gemultiplexter Rückkopplungssignale zu bestimmen, die zum Rückkoppeln der Rückkopplungsinformation verwendet werden.
Darüber hinaus wird die vorstehende Aufgabe durch einen Empfänger für ein drahtloses Kommunikationssystem erreicht, mit:
einer Empfangseinrichtung zum Empfangen eines Sendesignals;
einer Herleitungseinrichtung zum Herleiten einer Rückkopplungsinformation aus der Antwort auf das Sendesignal; und
einer Rückkopplungseinrichtung zum Rückkoppeln der Rückkopplungsinformation unter Verwendung gemultiplexter Rückkopplungssignale.
Dementsprechend kann die Sendeauflösung durch Beibehalten der vom Empfänger signalisierten Rückkopplungskanalauflösung und -kapazität und durch Durchführen einer geeigneten Rückkopplungsfilterung am Sender gemäß der zeitlich veränderlichen Rückkopplungssignalkonstellation und der Quantisierungskonstellation am Endgerät erhöht werden. Dadurch kann die effektive Auflösung der gesamten Rückkopplungssignalisierung verbessert werden, während die Signalisierungskanalkapazität beibehalten wird, da die Rückkopplungsinformation aufgeteilt und über unterschiedliche Mengen an Zeitschlitzen verteilt werden kann, z.B. gemäß der zeitlich veränderlichen Signalkonstellation oder durch Verwendung mehrerer unterschiedlicher Konstellationen. Die Filterung wird auf zumindest zwei Unterkanäle angewandt. Das Sendesignal kann ein Test- bzw. Prüfsignal, das für Kanalmessungen und zur Kanalquantisierung verwendet wird, und eine Information aufweisen, die auf Grundlage der Sendegewichtungen über den dedizierten Kanal übertragen wird.
Gemäß der Erfindung können gemultiplexte Rückkopplungssignale zur Darstellung des quantisierten Zustands des Kanals verwendet werden. Dadurch kann sich der Typ, die Codierung, die Aufteilung oder die Zuweisung der Rückkopplungssignale in unterschiedlichen Multiplex-Unterkanälen unterscheiden, die durch ein Zeitmultiplex-, Frequenzmultiplex- oder Codemultiplex-Schema definiert sind.
Daher können die auf die Antennen A1 und A2 angewandten Gewichtungen aus dem Rückkopplungskanal gedemultiplext bzw. entschachtelt werden und müssen nicht identisch zu der Rückkopplungssignalisierung des aktuellen, vom Empfänger empfangenen Zeitschlitzes sein. Insbesondere kann eine Multiplexzeitsteuerung derart eingerichtet sein, dass die momentanen Rückkopplungsbetriebsarten weiterhin eingesetzt werden können. Jeder Unterkanal kann unabhängig eine Grundauflösung definieren, und die Unterkanäle können gemeinsam eine erhöhte Auflösung definieren. Gemäß der Erfindung werden zumindest zwei Rückkopplungs-Unterkanäle verwendet. Die gemultiplexten bzw. verschachtelten Rückkopplungssignale werden am Sendeelement gedemultiplext und dann gefiltert, um die gewünschten Sendegewichtungen zu erhalten. Nach der Filterung kann die geschätzte Gewichtung bezüglich der Tx-Gewichtungskonstellation quantisiert werden. Dadurch wird ein flexibles Rückkopplungskonzept erreicht, bei dem die Sendegewichtungen aus den Rückkopplungssignalen hergeleitet werden, aber nicht exakt mit diesen übereinstimmen müssen.
Außerdem kann eine höhere Sendegewichtungsauflösung und -robustheit z.B. durch Multiplexen unterschiedlicher Rückkopplungssignale erreicht werden, die am Sender auf eine geeignete Art und Weise zu kombinieren sind, z.B. durch eine (FIR-: „Finite Impulse Response") Filterung mit begrenztem Impulsansprechverhalten oder eine (IIR-: „Infinite Impulse Response") Filterung mit unbegrenztem Impulsansprechverhalten. Die Filterung kann auch die Zuverlässigkeit der empfangenen Ruckkoppelungssignale berücksichtigen. Dann kann das Filter die Gewichtungen basierend auf einer höheren Gewichtung der zuverlässigen Rückkopplungssignale bestimmen. Folglich kann die momentane Auflösung von TxAA-Modus 2 erreicht werden, da sie auf Grundlage von z.B. dem momentanen TxAA-Modus 1 durch Multiplexen zweier unterschiedlicher Rückkopplungssignale und geeignetes Filtern dieser eingerichtet werden kann. In diesem Fall kann die Rückkopplungssignalisierung und die Kanalschätzung beibehalten werden, während die Rückkopplungssignalbestimmung leicht verändert wird. An den gemeinsamen Kanälen sind jedoch keine Veränderungen erforderlich.
Die Länge der Filterimpulsantwort sollte dahingehend an die Kanaleigenschaften (z.B. Dopplerspreizung oder Autokorrelation) angepasst werden, dass längere Filter verwendet werden können, wenn Kanalveränderungen langsam erfolgen. Der Filtertyp kann aus dem empfangenen Signal bestimmt werden, oder er kann zwischen dem Sender und dem Empfänger ausgehandelt werden. Außerdem kann das Demultiplexen und die anschließende Filterung auf dem Rückkopplungssignal oder den Sendegewichtungen, denen die Rückkopplungssignale entsprechen, oder auf beiden durchgeführt werden. Insbesondere können Gewinn- und Phaseninformationen getrennt oder gemeinsam gefiltert werden. Um Verzögerung zu reduzieren und Gewichtungsgenauigkeit zu erhöhen, kann das Filter als Prädiktor arbeiten, damit Sendegewichtungen basierend auf den verfügbaren geglätteten Informationen bis der Befehl übertragen wird, den momentanen Gewichtungen und/oder vorhergehenden Gewichtungen und/oder empfangenen Rückkopplungsbefehlen vorhergesagt werden können. Zusätzlich kann die Filterung linear oder nichtlinear sein. Außerdem kann eine robuste Filterung, z.B. unter Verwendung einer Median-Filterung, angewandt werden, was bevorzugt wird, da Rückkopplungsfehler „Ausreißer-" Gewichtungen verursachen können, d.h. fehlerhafte Gewichtungen aufgrund eines falschen Index anstelle eines Schätzfehlers bei einer Bestimmung von Index/Quantisierung.
Daher wird der Kanal bezüglich einer Vielzahl von Rückkopplungssignal-Quantisierungskonstellationen quantisiert, und jeder quantisierte Wert wird über einen anderen gemultiplexten Rückkopplungs-Unterkanal übertragen. Dadurch kann ein Nutzer bzw. Teilnehmer in unterschiedlichen Quantisierungsintervallen, die sich möglicherweise überlappen können, unterschiedliche Kanalquantisierungskonstellationen verwenden. Die unterschiedlichen Quantisierungskonstellationen können unabhängig sein, z.B. geeignete Rotationen voneinander, oder sie können auf eine abhängige oder hierarchische Art und Weise durch eine eingestellte Aufteilung gebildet werden, wobei die abhängigen Konstellationen gemeinsam verwendet werden, um das Rückkopplungssignal mit einer erhöhten Genauigkeit zu definieren (z.B. können die ersten beiden, in einem ersten Unterkanal gesendeten Bits einen Gewichtungsquadranten bezeichnen, und das dritte, in einem zweiten Unterkanal gesendete Bit kann einen von zwei Gewichtungspunkten innerhalb des Gewichtungsquadranten festlegen). Außerdem können unterschiedliche Quantisierungskonstellationen für unterschiedliche Teilnehmer bereitgestellt werden/sein.
Vorzugsweise können die gemultiplexten Rückkopplungssignale ein erstes Rückkopplungssignal mit einer ersten Konstellation und ein zweites Rückkopplungssignal mit einer zweiten Konstellation aufweisen. Das erste und das zweite Rückkopplungssignal können in unterschiedlichen Zeitschlitzen und/oder durch Verwendung unterschiedlicher Codes übertragen werden.
Das erste Rückkopplungssignal kann eine erste Phasengewichtung definieren, die auf Grundlage einer Kanalschätzung bestimmt wird, und das zweite Rückkopplungssignal kann eine zweite Phasengewichtung definieren, die auf Grundlage einer rotierten bzw. gedrehten Konstellation bestimmt wird. Insbesondere kann die zweite Phasengewichtung auf einer rotierten bzw. gedrehten Kanalschätzung der gleichen Konstellation oder auf einer rotierten bzw. gedrehten Kanalschätzung einer anderen Konstellation basieren, oder auf Grundlage einer Quantisierung der Kanalschätzung bezüglich der zweiten (gedrehten) Konstellation beruhen. Das erste und das zweite Rückkopplungssignal können in aufeinander folgenden Zeitschlitzen rückgekoppelt werden. Außerdem kann das erste Rückkopplungssignal einen Realteil der Gewichtungsinformation definieren, und das zweite Rückkopplungssignal kann einen Imaginärteil der Gewichtungsinformation definieren.
Wahlweise kann das erste Rückkopplungssignal eine zum Aktualisieren eines ersten Strahls des Sendeelements zu verwendende erste Rückkopplungsinformation definieren, und das zweite Rückkopplungssignal kann eine zum Aktualisieren eines zweiten Strahls des Sendeelements zu verwendende zweite Rückkopplungsinformation definieren. In diesem Fall kann das erste Rückkopplungssignal während ungeradzahliger Zeitschlitze und das zweite Rückkopplungssignal während geradzahliger Zeitschlitze rückgekoppelt werden. Die ungeradzahligen und geradzahligen Zeitschlitze können (wenn die Kanaldifferenz verwendet wird) zur Steuerung der gleichen Antenne oder jeweils einer ersten Antenne sowie einer zweiten Antenne zu unterschiedlichen Zeitpunkten verwendet werden. Im letzteren Fall werden die erste und die zweite Antenne abwechselnd als eine Referenz bzw. ein Bezugspunkt verwendet. Eine Steuerung beider Antennen, z.B. durch Übertragen von Steuerbefehlen auf eine abwechselnde Art und Weise an das Sendeelement, wird in Fällen bevorzugt, bei denen die effektive Sendeleistung der gesteuerten Antenne durch die Filterung reduziert werden kann. Werden beide Antennen allgemein gesteuert, ist die effektive Sendeleistung gleichmäßig verteilt, und dies vereinfacht die Bauarten eines bereitgestellten Leistungsverstärkers. Eine andere mögliche Lösung besteht darin, Sendediversitytechniken zu verwenden, bei denen unterschiedliche Teilnehmer unterschiedliche Antennen steuern können.
Außerdem kann das erste Rückkopplungssignal einen Quadranten bei einer 4-PSK-Konstellation definieren, und das zweite Rückkopplungssignal kann eine Konstellation innerhalb dieses, vom ersten Rückkopplungssignal definierten Quadranten definieren. Das zweite Rückkopplungssignal kann eine differenzielle Änderung, einen Gray-codierten Unterquadranten oder eine Kombination dieser definieren. Die gemultiplexten Rückkopplungssignale können von zumindest zwei Teilnehmern mit unterschiedlichen Rückkopplungssignalkonstellationen übertragen werden. Dadurch kann ein flexibles und einfach anpassbares Sendediversitysystem erreicht werden. Die zumindest zwei Teilnehmer können eine erste Menge an Teilnehmern, die Gewichtungen an einer ersten Antenne des Sendeelements steuern, und eine zweite Menge an Teilnehmern aufweisen, die Gewichtungen an einer zweiten Antenne des Sendelements steuern. In diesem Fall kann ein nützliches Ausbalancieren der Sendeleistung zwischen der ersten und der zweiten Antenne bereitgestellt werden, da einige Filter- oder Demultiplextechniken zu geringeren Sendeleistungsanforderungen an der gesteuerten Antenne führen können.
Außerdem kann die am Sender bereitgestellte Steuerungseinrichtung eine Schaltungseinrichtung zum abwechselnden Schalten des ersten Rückkopplungssignals und des zweiten Rückkopplungssignals an die Bestimmungseinrichtung aufweisen. Die Bestimmungseinrichtung kann eingerichtet sein, die Gewichtungsinformation aus dem ersten und dem zweiten Rückkopplungssignal herzuleiten.
Außerdem kann die Steuerungseinrichtung eingerichtet sein, die Sendeeinrichtung so zu steuern, um einen ersten Strahl des Sendeelements durch Verwendung einer ersten Gewichtungsinformation, die auf Grundlage des ersten Rückkopplungssignals bestimmt wird, und einen zweiten Strahl des Sendeelements durch Verwendung einer zweiten Gewichtungsinformation, die auf Grundalge des zweiten Rückkopplungssignals bestimmt wird, abwechselnd zu aktualisieren.
Das Sendeelement kann ein Antennenfeld sein. In diesem Fall kann die Rückkopplungsinformation zur Steuerung der Übertragungs- bzw. Senderichtung der Feldantenne verwendet werden. Die Senderichtung kann aus zumindest einem der gemultiplexten Rückkopplungssignale hergeleitet werden. Außerdem kann die Senderichtung aus einer Phasenschätzung hergeleitet werden, die aus zumindest einem Rückkopplungssignal erhalten wird.
Außerdem kann die Herleitungseinrichtung des Empfängers eine Extraktionseinrichtung zum Extrahieren eines mit einer bekannten Leistung gesendeten Test- bzw. Prüfsignals, eine Kanalschätzungseinrichtung zur Durchführung einer Kanalschätzung auf Grundlage des extrahierten Test- bzw. Prüfsignals und eine Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen der gemultiplexten Rückkopplungssignale auf Grundlage der Kanalschätzung aufweisen. Die Erzeugungseinrichtung kann zum Erzeugen des ersten und des zweiten Rückkopplungssignals eingerichtet sein, wobei die Rückkopplungseinrichtung zum Rückkoppeln des ersten und des zweiten Rückkopplungssignals als die gemultiplexten Rückkopplungssignale eingerichtet sein kann. Das erste und das zweite Rückkopplungssignal können von der Rückkopplungseinrichtung abwechselnd rückgekoppelt werden, wobei eine Quantisierung der Rückkopplungsinformation auf der letzten bzw. neuesten Kanalschätzung und einer Verfügbaren der ersten und der zweiten Konstellation basiert.
Außerdem kann die Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen des ersten Rückkopplungssignals basierend auf der Kanalschätzung und des zweiten Rückkopplungssignals basierend auf einer Rotation bzw. Drehung der Kanalschätzung um einen vorbestimmten Winkel eingerichtet sein. Dies kann auch durch Quantisieren der gleichen Kanalschätzung bezüglich zweier Konstellationen implementiert sein, wobei in diesem Fall die Zweite eine rotierte bzw. gedrehte Kopie der Ersten ist.
Wahlweise kann die Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen des ersten Rückkopplungssignals basierend auf einem Realteil der Rückkopplungsinformation und des zweiten Rückkopplungssignals basierend auf einem Imaginärteil der Rückkopplungsinformation eingerichtet sein.
Als eine weitere Alternative kann die Extraktionseinrichtung zum abwechselnden Extrahieren eines einem ersten Strahl entsprechenden Test- bzw. Prüfsignals und eines einem zweiten Strahl entsprechenden Test- bzw. Prüfsignals eingerichtet sein, und die Erzeugungseinrichtung kann zum abwechselnden Erzeugen des erste Rückkopplungssignals basierend auf einer Kanalschätzung für den ersten Strahl und des zweiten Rückkopplungssignals basierend auf einer Kanalschätzung für den zweiten Strahl eingerichtet sein.
Außerdem kann die Sendegewichtungsinformation durch Quantisieren der gefilterten Rückkopplungsinformation bezüglich einer gewünschten Quantisierungskonstellation bestimmt werden. In diesem Fall kann die gefilterte Rückkopplungsinformation vier Konstellationspunkte oder Zustände aufweisen, und die Quantisierungskonstellation kann z.B. acht oder sechszehn Konstellationspunkte oder Zustände aufweisen. Die Rückkopplungssignal-Filteroperation kann durch ein Gleitdurchschnittsfilter einer Länge von N Abtastungen durchgeführt werden, wobei N größer ist als die Anzahl der gemultiplexten Rückkopplungssignale. Daher kann die Sendegewichtungskonstellation durch Verwendung einer anschließenden Quantisierung bezüglich einer gewünschten Konstellation mit mehr Zuständen erweitert werden.
Außerdem wird die vorstehende Aufgabe durch ein Sendediversityverfahren für ein drahtloses Kommunikationssystem mit einem Sendelement und zumindest einem Empfänger erreicht, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Senden eines Sendesignals gemäß einer Gewichtungsinformation, die als Antwort auf eine Rückkopplungsinformation bestimmt wird, vom Sendelement an den zumindest einen Empfänger;
Herleiten der Rückkopplungsinformation aus der Antwort an dem zumindest einen Empfänger auf das Sendesignal;
Rückkoppeln der Rückkopplungsinformation an das Sendelement; und
Bestimmen der Gewichtungsinformation durch Filtern der Rückkopplungsinformation und Quantisieren der gefilterten Rückkopplungsinformation bezüglich einer gewünschten Quantisierungskonstellation.
Zusätzlich wird die vorstehende Aufgabe durch einen Sender für ein drahtloses Kommunikationssystem erreicht, mit:
einer Extraktionseinrichtung zum Extrahieren einer Rückkopplungsinformation aus einem empfangenen Signal;
einer Sendeeinrichtung zum Senden eines Sendesignals von einem Sendeelement gemäß einer Gewichtungsinformation;
einer Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen der Gewichtungsinformation als Antwort auf die extrahierte Rückkopplungsinformation; und
einer Steuerungseinrichtung zum Filtern der extrahierten Rückkopplungsinformation und zum Quantisieren der gefilterten Rückkopplungsinformation bezüglich einer gewünschten Quantisierungskonstellation.
Dementsprechend kann die Sendegewichtungskonstellation bei einer bestimmten Rückkopplungsbetriebsart mittels einer Durchführung einer anschließenden Quantisierung des gefilterten Rückkopplungssignals erweitert werden, wohingegen die Kapazität des Rückkopplungskanals beibehalten wird. Daher muss das Teilnehmerendgerät oder die Mobilstation nicht wissen, welche Konstellation verwendet wird. Dadurch kann die Quantisierungskonstellation am Empfänger von der Sendekonstellation abweichen. Die Sendekonstellation kann sich aufgrund einer Leistungsverstärkerbelastung verändern, z.B. so dass in einem bestimmten Schlitz nur leistungsmäßig perfekt balancierte Gewichtungen verwendet werden (wodurch eine Gewinnsignalisierung bei der 16-Zustands-Konstellation vernachlässigt wird).
Vorzugsweise weist die Steuerungseinrichtung ein Gleitdurchschnittsfilter zur Durchführung der Rückkopplungssignal-Filteroperation auf.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im Folgenden wird die Erfindung auf Grundlage eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben, bei denen zeigen:
1 ein prinzipielles Blockschaltbild eines Sendediversitysystems mit geschlossenem Regelkreis, das eine Basisstation und eine Mobilstation aufweist,
2 eine Tabelle, die kennzeichnende Parameter der STD- und TxAA-Betriebsarten angibt,
3A bis 3C Tabellen, die jeweils kennzeichnende Parameter in Bezug auf die Rückkopplungssteuerung der STD- und TxAA-Betriebsarten angeben,
4 Tabellen, die kennzeichnende Parameter des Sendediversitykonzepts gemäß einem ersten Beispiel des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung angeben,
5 ein prinzipielles Blockschaltbild einer Basisstation und einer Mobilstation gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
6 eine Darstellung komplexer Gewichtungsparameter gemäß dem ersten Beispiel des bevorzugten Ausführungsbeispiels,
7 Tabellen, die kennzeichnende Parameter des Sendediversitykonzepts gemäß einem zweiten Beispiel des bevorzugten Ausführungsbeispiels angeben,
8 eine Darstellung komplexer Gewichtungsparameter gemäß dem zweiten Beispiel des bevorzugten Ausführungsbeispiels.
BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Im Folgenden wird das bevorzugte Ausführungsbeispiel des Verfahrens und des Systems gemäß der Erfindung auf Grundlage einer Verbindung zwischen der BS 10 und der MS 20 von UMTS beschrieben, wie es gemäß 1 gezeigt ist.
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Rückkopplungsinformation von der MS 20 zur BS 10 unter Verwendung eines auf Zeitmultiplex basierenden Rückkopplungskonzepts übertragen. Dies bedeutet, dass die bei einer Herleitung der Rückkopplungssignale verwendete Quantisierungskonstellation verändert und in unterschiedlichen Zeitschlitzen an die BS 10 signalisiert wird. Jedes andere Multiplexschema wie etwa Frequenzmultiplex oder Codemultiplex kann jedoch ebenfalls im Rückkopplungskanal verwendet werden.
Insbesondere kann die Rückkopplungssignalkonstellation hinsichtlich der Codierung, des Typs, der Aufteilung oder Zuweisung der Rückkopplungsinformation verändert werden. Daher kann die im Rückkopplungssignal benötigte Signalisierungskapazität mit den derzeitigen, zeitlich gemultiplexten Rückkopplungs-Unterkanälen beibehalten werden, während die Rückkopplungsinformation als solche über die Zeitachse verteilt wird, d.h. in zwei oder mehr (Mengen an) Zeitschlitzen übertragen wird, die gemäß einer vorbestimmten Vorschrift zugewiesen werden können, die sowohl der BS 10 als auch der MS 20 bekannt ist.
Im Folgenden werden Beispiele des bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf 4 bis 8 beschrieben, wobei die Rückkopplungsinformation über aufeinander folgende Zeitschlitze verteilt wird.
4 zeigt zwei Tabellen, die ein verfeinertes Konzept von TxAA-Modus 1 angeben. Gemäß diesem Beispiel werden zwei Bezugskanäle, d.h. für die Kanalschätzung und eine gedrehte Kanalschätzung, in der MS 20 verwendet, um die Rückkopplungsinformation herzuleiten. Dabei kann eine 8-Phasen-Signalisierung durch Verwendung der Rückkopplungssignalisierung von TxAA-Modus 1, d.h. zwei Rückkopplungsbits, implementiert werden. Insbesondere wird eine erste Rückkopplungsinformation bezüglich der Kanalschätzung in zwei aufeinander folgenden Zeitschlitzen übertragen, und eine zweite Rückkopplungsinformation bezüglich der gedrehten Kanalschätzung wird in den folgenden beiden aufeinander folgenden Zeitschlitzen übertragen.
Daher werden die gesamten Rückkopplungsinformationen in vier aufeinander folgenden Zeitschlitzen übertragen. Dementsprechend wird die Phasendifferenz bezüglich der Kanalschätzung in Schlitzen S1 = {1, 2, 5, 6, 9, 10, ...} übertragen, die einen ersten Rückkopplungs-Unterkanal definieren, und die bezüglich der gedrehten Konstellation quantisierte Phasendifferenz wird in Schlitzen S2 = {3, 4, 7, 8, 11, 12, ...} übertragen, die einen zweiten Rückkopplungs-Unterkanal definieren, wobei sich die gedrehte Kanalschätzung unter der Annahme, dass eine 4-Phasen-Konstellation verwendet wird, auf eine um 45° gedrehte Kanalschätzung bezieht.
Daher sind die effektiven Phasendifferenzen für die in den Schlitzen S1 übertragenen Phasenbits von der oberen Tabelle gemäß 4 angegeben, und die Phasendifferenz, die von den in den Schlitzen S2 übertragenen Phasenbits definiert wird, ist in unteren Tabelle gemäß 4 angegeben. Dementsprechend kann die Phasendifferenz in 8 Werte quantisiert werden, während zu jedem Zeitpunkt, wie beim TxAA-Modus 1, nur zwei Bits der Rückkopplungsinformation verwendet werden. Die resultierende Rückkopplungsauflösung, die durch eine Filter- oder Demultiplexoperation an der BS 10 erhalten wird, entspricht einem 16-Zustands-Rückkopplungsmodus, mit der Ausnahme, dass eine konstante Leistung für jede der Antennen A1 und A2 verwendet wird. So kann die Rückkopplungsauflösung erhöht werden, während die Rückkopplungssignalisierungskapazität vom TxAA-Modus 1 beibehalten wird.
5 zeigt ein prinzipielles Blockschaltbild der MS 20 und der BS 10 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Gemäß 5 weist die BS 10 einen Sendeempfänger (TRX) 11 auf, der zum Versorgen der beiden Antennen A1 und A2 eingerichtet ist und an eine Extraktionseinheit 12 angeschlossen ist, die zum Extrahieren der von der MS 20 über den/die entsprechende/n Rückkopplungskanal/-kanäle übertragenen Rückkopplungsinformation bereitgestellt ist. Die extrahierte Rückkopplungsinformation wird an einen Schalter 13 geliefert, der von einer Zeitsteuerungseinheit 15 gemäß dem Zeitsteuerungsschema gesteuert wird, das dem Multiplexschema der von der MS 20 verwendeten Rückkopplungssignalkonstellation zugrunde liegt. Dadurch ist eine Demultiplex- oder Filterfunktion zum Extrahieren der Rückkopplungsinformation bereitgestellt. Beim vorliegenden Beispiel wird der Schalter 13 von der Zeitsteuerungseinheit 15 derart gesteuert, dass die Rückkopplungsinformation bezüglich der Schlitze S1 an einen seiner Ausgabeanschlüsse und die in den Schlitzen S2 gesendete Rückkopplungsinformation an den anderen seiner Ausgabeanschlüsse bereitgestellt werden.
Es ist zu beachten, dass die vorstehende Demultiplex- oder Filterfunktion wahlweise durch Bereitstellen einer Filter- und Demodulationseinheit oder einer Decodierungseinheit erreicht werden kann, falls ein Frequenz- oder ein Codemultiplexschema verwendet wird.
Die Ausgabeanschlüsse des Schalters 13 sind an die jeweiligen Eingabeanschlüsse einer Gewichtungsbestimmungseinheit 14 angeschlossen, die auf Grundlage der gemäß 4 gezeigten Tabellen ein Gewichtungssignal bestimmt. Insbesondere bestimmt die Gewichtungsbestimmungseinheit 14 die erforderliche Phasendifferenz zwischen den Antennen A1 und A2 durch Mittelwertbildung der Rückkopplungsinformationen der beiden Schlitztypen S1 und S2, die über die jeweiligen Eingabeanschlüsse empfangen werden. Jede andere Kombination bzw. Verknüpfung der beiden Rückkopplungsinformationen kann jedoch ebenfalls vorgesehen sein.
Das bestimmte Gewichtungssignal, z.B. eine Phasendifferenz, wird an den TRX 11 geliefert, der eine entsprechende Phasensteuerung der Antennen A1 und A2 durchführt, um dadurch die benötigte Phasendifferenz einzurichten, die zu einer optimalen Kohärenz der Sendesignale in der MS 20 führt.
Die MS 20 weist einen Sendeempfänger (TRX) 21 zum Empfangen der Sendesignale von den Antennen A1 und A2 der BS 10 über eine daran angeschlossene Antenne auf. Außerdem ist der TRX 21 an eine Extraktionseinheit 22 angeschlossen, die zum Extrahieren des Pilotkanalsignals und zum Liefern des extrahierten Pilotkanalsignals an eine Kanalschätzeinheit 23 bereitgestellt ist, die die benötigten Kanalschätzungen berechnet. Bei WCDMA-Systemen können ziemlich genaue Kanalschätzungen erhalten werden, indem der gemeinsame Pilotkanal (CPICH) verwendet werden, die unter Verwendung eines speziellen orthogonalen Spreizcodes fortlaufend von den beiden Antennen A1 und A2 geendet werden. Insbesondere ist die Kanalschätzeinheit 23 eingerichtet, die Kanalschätzung und die gedrehte Kanalschätzung zu berechnen, die beide dem empfangenen Pilotkanalsignal entsprechen. Die Kanalschätzeinheit 23 gilt die beiden Kanalschätzungen an ihren jeweiligen Ausgabenanschlüsse aus, die an entsprechende Eingabeanschlüsse einer Kanaldifferenzherleitungs- und Quantisierungseinheit 24 zum Herleiten einer Phasendifferenz basierend auf der Kanalschätzung und der gedrehten Kanalschätzung, die von der Kanalschätzeinheit 23 erhalten werden, und zum Durchführen einer entsprechenden Quantisierung angeschlossen sind. Wie bereits erwähnt wird die gedrehte Kanalschätzung durch Drehen der Kanalschätzung um einen Winkel von 45° erhalten.
Außerdem ist eine Rückkopplungszeitsteuerungseinheit 25 bereitgestellt, die die Phasendifferenzherleitungs- und Quantisierungseinheit 24 derart steuert, dass eine der aus der Kanalschätzung und der gedrehten Kanalschätzung hergeleiteten Phasendifferenzen gemäß der vorbestimmten Rückkopplungszeitsteuerung ausgegeben wird. Beim vorliegenden Fall wird die der Kanalschätzung entsprechende Phasendifferenz, d.h. herkömmlicher TxAA-Modus 1, während der Zeitschlitze S1 ausgegeben, und die der gedrehten Kanalschätzung entsprechende Phasendifferenz wird während der Zeitschlitze S2 ausgegeben. Die Phasendifferenzen werden als ein gemultiplextes Rückkopplungssignal an den TRX 21 geliefert, um über den entsprechenden Rückkopplungskanal an die BS 10 gesendet zu werden.
Es ist zu beachten, dass das Sendediversitykonzept gemäß dem ersten Beispiel des bevorzugten Ausführungsbeispiels mit dem bekannten TxAA-Modus 1 kompatibel ist, falls die BS 10 jede Rückkopplungsinformation als ausschließlich aus der Kanalschätzung hergeleitet annimmt, die nicht gedreht wurde, d.h. die bekannte, gemäß dem TxAA-Modus 1 gesteuerte BS 10.
Falls ein Frequenz- oder ein Codemultiplex-Rückkopplungsschema verwendet wird, kann die Rückkopplungszeitsteuerungseinheit 25 durch eine Modulationseinheit oder entsprechend eine Codierungseinheit ersetzt werden.
6 zeigt eine Darstellung der komplexen Gewichtungen oder der Endpunkte der Gewichtungsvektoren, die beim ersten Beispiel des bevorzugten Ausführungsbeispiels als die Rückkopplungsinformation verwendet werden. Insbesondere geben die Kreise in der Darstellung gemäß 6 die in den Schlitzen S1 erhaltenen Gewichtungen an, d.h. die Gewichtung des herkömmlichen TxAA-Modus 1, und die Kreuze geben die zusätzlichen, in den Zeitschlitzen S2 erhaltenen Gewichtungen an. Daher kann eine Phasendifferenzquantisierung, wie sie beim TxAA-Modus 2 bereitgestellt wird, ohne eine Erhöhung der Rückkopplungskanalsignalisierungskapazität erhalten werden.
7 zeigt ein zweites Beispiel des bevorzugten Ausführungsbeispiels, bei dem die Rückkopplungsauflösung des TxAA-Modus 1 erhalten wird, während nur ein einziges Rückkopplungsbit verwendet wird. Daher betrifft dieses Beispiel einen verfeinerten STD-Modus. Insbesondere führt die MS 20 eine fortlaufende Messung oder Kanalschätzung durch, z.B. auf Grundlage eines Gleitfensters, und die Phasendifferenzherleitungseinheit 24 quantisiert die Phasendifferenz gemäß der Phasenkonstellation vom TxAA-Modus 1. Beim vorliegenden Fall werden die mittels der Phasendifferenz bestimmten Rückkopplungsbits für den Real- und den Imaginärteil der komplexen Gewichtung in aufeinander folgenden Schlitzen übertragen, z.B. das Realteilbit in den ungeradzahligen Schlitzen, die als ein erster Rückkopplungs-Unterkanal verwendet werden, und das Imaginärteilbit in den geradzahligen Schlitzen, die als ein zweiter Unterkanal verwendet werden. Eine entsprechende Steuerung wird durch die Rückkopplungszeitsteuerungseinheit 25 der MS 20 durchgeführt.
Dementsprechend steuert die Zeitsteuerungseinheit 15 der BS 10 den Schalter 13 derart, dass der aufeinander folgende Real- und Imaginärteil der Rückkopplungsinformation an entsprechende Eingabeanschlüsse der Gewichtungsbestimmungseinheit 14 geliefert wird, die das entsprechende, an den TRX 11 gelieferte Gewichtungssignal bestimmt, um die erforderliche Phasendifferenz einzurichten.
Falls die BS 10 nicht gemäß dieses Zeitsteuerungsschemas gesteuert wird, d.h. der momentane STD-Modus verwendet wird, wird die herkömmliche Steuerung erhalten. Falls die neue Zeitsteuerung bereitgestellt ist, bildet die Gewichtungsbestimmungseinheit 14 einen Mittelwert über die beiden Schlitze und verändert das Gewichtungssignal entsprechend.
Daher wird mit einer STD-Modus-Rückkopplungskapazität eine Auflösung mit vier Zuständen erhalten. Außerdem kann eine Gewichtungsverifikation bzw. -überprüfung separat für die aufeinander folgenden Bits eingebunden werden, was dem STD-Konzept entspricht.
Wie gemäß 7 zu sehen ist, bezeichnet die in den ungeradzahligen Schlitzen S_ungerade bereitgestellte Rückkopplungsinformation daher eine Phasendifferenz von 0° oder 180°, und die in den geradzahligen Schlitzen S_gerade bereitgestellte Rückkopplungsinformation bezeichnet eine Phasendifferenz von –90° oder +90°.
8 zeigt eine Darstellung der komplexen Gewichtungen, die in jedem Schlitz des zweiten Beispiels des bevorzugten Ausführungsbeispiels rückgekoppelt werden können, wobei die Kreuze die in den Schlitzen S_gerade gesendeten Gewichtungsinformation bezeichnet und die Kreise die in den Schlitzen S_ungerade gesendeten Gewichtungen bezeichnen.
Beim vorstehenden zweiten Beispiel ist die Kanalschätzeinheit 23 der MS 20 eingerichtet, Kanalschätzungen unter Verwendung des gemeinsamen Pilotkanals (CPICH) zu bestimmen. Ein Phasor bzw. Zeiger exp(iΦ) (Φ=πΔφ/180), der die Phase der komplexen Gewichtung bezeichnet, wird dann durch die Kanaldifferenzherleitungs- und Quantisierungseinheit 24 bestimmt und bezüglich der gemäß 7 angegebenen Konstellationen quantisiert, d.h. S₁ = {1, –1} (für ungeradzahlige Schlitze) und S₁ = {i, –i} (für geradzahlige Schlitze). Die entsprechenden Rückkopplungsnachrichten (Phasenbits) sind „0" und „1", wobei „0" bezeichnet, dass der erste Konstellationspunkt näher am Zeiger liegt. Gleichermaßen bezeichnet die Rückkopplungsnachricht „1", dass der zweiten Konstellationspunkt näher am Zeiger liegt. Wie bereits erwähnt führt die Verwendung der vorstehenden beiden Referenz- bzw. Bezugskonstellationen zu einem Konzept, bei dem ein Endgerät (MS 20) den Imaginärteil und den Realteil der letzen bzw. neuesten Schätzung des Downlink-Kanals in aufeinander folgenden Schlitzen (oder in zwei Unterkanälen) signalisiert.
Beim zweiten Beispiel kann die BS 10 die Rückkopplungsgewichtungen/Phasen in zwei aufeinander folgenden Schlitzen filtern (mitteln), während die Sendeleistung in beiden Antennen A1 und A2 die gleiche bleibt. Dann weist die resultierende Gewichtungskonstellation (ähnlich zu QPSK („Quadrature Phase Shift Keying": Quadratur-Phasenumtastung)) vier Zustände auf. Eine Mittelwertbildung führt eine Verzögerung von einem halben Schlitz in die Ausgabe ein, so dass die gesamte Signalisierungsverzögerung eineinhalb Schlitze wird. Die Gesamtsteuerungsverzögerung wird so, verglichen mit einem Konzept, bei dem die Gewichtung erst angewandt wird, nachdem das gesamte Rückkopplungswort empfangen wurde, um einen halben Schlitz reduziert.
Da es nur vier mögliche Gewichtungen gibt, können die Piloten (und die Kanalschätzung) des dedizierten Kanals in wirksamer Weise verwendet werden, um zu verifizieren, welche der Gewichtungen tatsächlich übertragen wurde. Sobald die Gewichtung bekannt ist, kann der empfangene Kanalvektor zwischen der Diversityantenne und dem Endgerät auf Grundlage einer Multiplikation der Gewichtung und der aus dem gemeinsamen Kanal bestimmten Kanalschätzung erhalten werden. Daher ermöglicht die Verifikation bzw. Überprüfung, die fortlaufende Schätzung des gemeinsamen Kanals bei einer Maximalverhältniskombination zu verwenden.
Gemäß einem dritten Beispiel des bevorzugten Ausführungsbeispiels kann vom Rückkopplungsschema ein Strahldiversitykonzept übernommen werden, um eine verbesserte Robustheit gegenüber einer fehlerhaften Signalisierung bereitzustellen. Beim dritten Beispiel wird angenommen, dass an der MS 20 eine Raum-Zeit-Codierung (STTD) verwendet wird, wobei codierte Kanalsymbole in Zwei-Element-Blöcke aufgeteilt werden und von den Antennen A1 und A2 während Zeitpunkten 2n und 2n + 1 unter Verwendung des gleichen Spreizcodes als b[2n], b[2n + 1] und –b·[2n + 1], b·[2n] übertragen werden. Dieses einfache orthogonale Codierungsschema auf Symbolebene verdoppelt die Zeitdiversity, wobei der Empfänger eine einfache lineare Decodierung verwendet, um die gesendeten Symbole zu detektieren bzw. zu erfassen. Im vorliegenden Fall werden zwei Gewichtungsvektoren verwendet, die eine Funktion der empfangenen Signalisierung sind. Im Fall der STD-Modus-Rückkopplungssignalisierung wird die folgende Verarbeitung durchgeführt.
Zwei Strahlen B1 und B2 werden von den Antennen A1 und A2 der BS 10 in jedem Zeitschlitz übertragen. Die Aktualisierungsrate der Strahlen B1 und B2 beträgt 800 Hz, d.h. der TRX 11 wird in jedem zweiten Zeitschlitz aktualisiert. Insbesondere wird der Strahl B1 während ungeradzahliger Zeitschlitze und der Strahl B2 während geradzahliger Zeitschlitze modifiziert, wobei jede Gewichtungsmodifikation über zwei Zeitschlitze wirksam ist, d.h. eine Gleitfenster-Gewichtungsveränderung wird bereitgestellt. Daher ist die Extraktionseinheit 22 der MS 20 eingerichtet, die entsprechenden Prüf- oder Pilotsignale zu extrahieren, die von den Strahlen B1 und B2 empfangen werden, und diese anschließend an die Kanalschätzeinheit 23 zu liefern. Dann steuert die Rückkopplungszeitsteuerungseinheit 25 die Phasendifferenzherleitungseinheit 24 derart, dass die entsprechenden Phasendifferenzen zu Zeiten ausgegeben werden, die ihren zugewiesenen Zeitschlitzen entsprechen.
Es ist zu beachten, dass die von der Schaleinheit (oder Filtereinheit) 13 und der Zeitsteuerungseinheit 15 der BS 10 bereitgestellte Filterfunktion beim vorliegenden Fall nicht erforderlich ist, falls der TRX 11 eingerichtet ist, hintereinander empfangene Gewichtungssignale zu bestimmen und entsprechend an ihre jeweiligen Strahlen B1 oder B2 zuzuweisen. Ist dies jedoch nicht der Fall, steuert die Zeitsteuerungseinheit 15 die Schalteinheit 13 derart, dass das Gewichtungssignal von Strahl B1 (gesendet in einem ungeradzahligen Schlitz) auf einen ihrer Ausgabeanschlüsse und das Gewichtungssignal von Strahl B2 (gesendet in einem geradzahligen Schlitz) auf den anderen Ausgabeanschluss geschaltet wird, und die Gewichtungsbestimmungseinheit 14 bestimmt das entsprechende Gewichtungssignal. Zusätzlich ist die Zeitsteuerungseinheit 15 eingerichtet, den TRX 11 derart zu steuern, dass das empfangene Gewichtungssignal dem entsprechenden der Strahlen B1 und B2 zugewiesen wird. Diese Steuerungsfähigkeit ist durch den gestrichelten Pfeil angedeutet, der in dem Blockschaltbild der BS 10 gemäß 5 gezeigt ist.
Das Quantisierungs- und Signalisierungskonzept bei der anfänglich beschriebenen bekannten STD-Betriebsart, welches keine Filterung des Rückkopplungssignals an der BS 10 aufweist, ermöglicht nur eine grobe Strahlformung mit einer effektiven Gewichtungsauflösung von 180 Grad.
Beim vorstehend beschriebenen zweiten Beispiel des bevorzugten Ausführungsbeispiels erhöht die Filterung (oder Mittelwertbildung) der beiden aufeinander folgenden Rückkopplungsbits (d.h. Real- und Imaginärteil) die Anzahl von Zuständen auf vier und erlegt den Sendegewichtungen ein Gedächtnis auf.
Gemäß einem anderen Filterungsansatz kann die Gewichtungsauflösung durch Erhöhen der Anzahl von Zuständen bei der Gewichtungskonstellation weiter verbessert werden. Vorzugsweise kann eine einzige Rückkopplungsbetriebsart erhalten werden, die die Übertragungsgewichtungen (Konstellation) blind an einen bestimmten Kanal anpasst.
Die hier betrachtete blinde Verarbeitung basiert auf der Tatsache, dass das empfangene Uplink-Signal die gleiche durchschnittliche Eigenschaft wie das Downlink-Signal aufweist, obwohl die Kanäle bei derartigen FDD-(„Frequency Division Duplex": Frequenzduplex) Systemen nicht reziprok sind. Diese Durchschnittsinformation (z.B. Anzahl von Pfaden, Dopplerschätzungen, usw.) kann verwendet werden, um die Filterung an der BS 10 derart abzustimmen, dass das Filter z.B. bei schnellen Fadingkanälen kürzer ist, und dass bei sehr langsamen Fadingkanälen ein Filter mit schmalerer Bandbreite verwendet wird. Dann kann die MS 20 immer die Rückkopplungssignale übertragen (z.B. gemäß dem zweiten Beispiel) und das eigentliche Filterkonzept muss an der MS 20 nicht exakt bekannt sein. Mögliche Filtertechniken bzw. -methoden umfassen FIR, IIR oder nichtlineare Filteroperationen (z.B. Median-Filterung).
Außerdem ist es möglich, die Zuverlässigkeit jedes empfangen Rückkopplungsbefehls zu berücksichtigen (und z.B. eine Mittelwertgewichtung a posteriori herzuleiten), um die Auswirkungen unzuverlässiger Rückkopplungskanäle zu mildern.
Im Folgenden werden weitere Beispiele des bevorzugten Ausführungsbeispiels als Verallgemeinerungen des vorstehenden zweiten Beispiels gegeben. Es ist jedoch zu beachten, dass die folgenden Beispiele ebenfalls vorteilhaft bei den bekannten STD- und TxAA-Modi implementiert werden können, bei denen nur ein Rückkopplungssignal verwendet wird.
Gemäß einem vierten Beispiel werden die Rückkopplungsmessungen unter Verwendung einer gedrehten Konstellation (Real- und Imaginärteile) des zweiten Beispiels angewandt, wobei die Filteroperation an der BS 10 über N Rückkopplungsbefehle (oder Schlitze) anstatt über zwei angewandt wird. Dann sind die Sendegewichtungen gegeben durch: w2(t) = exp(iΦ(t))
wobei z(t) = b(t) + n(t) das empfangene Rückkopplungssignal bezeichnet, n(t) das Rauschsignal an der BS 10, b(t) den an der BS 10 für Schlitz t empfangenen Rückkopplungsbefehl (formal den Zuständen ±i^tmod2 entsprechend), und w₂(t) die bei den Diversityantennen A1 und A2 angewandte komplexe Gewichtung bezeichnet.
Gemäß einem fünften Beispiel des bevorzugten Ausführungsbeispiels werden an der MS 10 vier unterschiedliche Konstellationen bereitgestellt, so dass die Kanaldifferenzherleitungs- und Quantisierungseinheit 24 die komplexe Gewichtung (Phasendifferenz) in vier aufeinander folgenden Downlink-Schlitzen auf S₁ = {1, –1}, S₂ = {i, –i}, S₃ = {i^1/2, –i^1/2} und S₄ = {i^–1/2, –i^–1/2} quantisiert. Die BS 10 filtert die Konstellation mit einem Gleitdurchschnittsfilter einer Länge von N Abtastungen. Gilt N = 4, führt dies zu einer zeitlich veränderlichen 8-PSK-Konstellation. Die Sendegewichtungen sind gegeben durch: w2(t) = exp(iΦ(t))
Gemäß einem sechsten Beispiel des bevorzugten Ausführungsbeispiels wird ein Fall mit drei gedrehten Konstellationen betrachtet, wobei bei einer Endgerätequantisierung eine 60 Grad-Auflösung verwendet wird. Hierbei gilt S₁ = {1, –1}, S₂ = {i^1/3, –i^1/3} und S₃ = {i^2/3, –i^2/3}, und die gefilterten Sendegewichtungen sind gegeben durch: w2(t) = exp(iΦ(t))
Gemäß einem siebten Beispiel des bevorzugten Ausführungsbeispiels werden die vorstehenden drei Konstellationen gemäß dem sechsten Beispiel zusätzlich zu der Zuverlässigkeit der empfangenen Symbole beim Definieren des Sendestrahls verwendet, wobei unterschiedliche Alternativen bei der Filterung möglich sind, z.B. die Funktion f(x)=x kann sgn(x) ersetzen, oder tanh(x) kann bei der vorstehenden, Φ(x) definierenden Gleichung verwendet werden, und die komplexe Gewichtung kann nach der Filterung auf vier Zustände (QPSK) quantisiert werden. Es ist zu beachten, dass bei den vorstehend gegebenen Beispielen zunächst eine harte Entscheidung (sgn(z(t'))) bezüglich der Rückkopplungssignale getroffen wird, bevor die Mittelwertbildungsoperation durchgeführt wird. Dies führt zu einer QPSK-Konstellation, obwohl dies nicht ausdrücklich erwähnt wurde. Eine Quantisierung kann jedoch nicht wünschenswert sein, außer wenn die Anzahl von Zuständen zu verringern ist, um effiziente Gewichtungsverifikationsalgorithmen anzuwenden.
Natürlich ist beim vorliegenden siebten Beispiel eine Quantisierung auf jede Konstellation (an Stelle von QPSK) möglich. Entfällt die Leistungsbeschränkung, kann zum Beispiel eine 16-Zustands-Konstellation verwendet werden. In diesen Fällen ist eine Gewichtungsverifikation nicht praktikabel, sondern es können bei der Kanalschätzung dedizierte Piloten verwendet werden. Die Gewichtung ist dann z.B. gegeben durch:
wobei σ² die Varianz des Kanalrauschens in z(t') bezeichnet und |a| die Amplitude des empfangenen Rückkopplungsbefehls z(t') bezeichnet.
Es sei erwähnt, dass die Sendegewichtung beim vorstehend beschriebenen Fall keine konstante Amplitude zu haben braucht. Ist die Kanalamplitude zum Beispiel Null (oder ist die Rauschvarianz ∞), wird die Amplitude der Gewichtung Null sein, tanh(z(t')|a|/σ²)→0, d.h. die jeweilige Antenne wird bei Fällen automatisch abgeschaltet, bei denen die Rückkopplung rauschbehaftet ist. Im Allgemeinen tendiert die Amplitude der Gewichtung dazu, kleiner als Eins zu sein. Der Maximalwert (Tx-Leistung) ist der gleiche wie für die primäre (Nichtdiversity-) Antenne. Es ist zu beachten, dass es für die MS 20 auch möglich wäre, eine Diversityübertragung effektiv abzuschalten oder die Gewichtungen durch Maskierung bzw. Ausblenden des Rückkopplungsbefehls zu steuern, z.B. unter Verwendung eines Walsh-Code w_k bei der Übertragung, wenn die BS 10 w_k' erwartet, mit k' ≠ k. Machen das alle Endgeräte, wäre es vorteilhaft, dass unterschiedliche Teilnehmer unterschiedliche Antennen steuern, um die Belastung auf die Leistungsverstärker zu mitteln. Eine teilweise korrelierte Maske c _k kann ebenfalls verwendet werden, wenn gilt 0 ≤ w_k ^T c _k ≤ 1.
Das vorstehende Strahlformungskonzept gemäß dem siebten Beispiel kann angewandt werden, um den TxAA-Modus 2 zu beseitigen. Dies würde die folgenden Veränderungen am Konzept bedingen. Jedes Rückkopplungsbit (und jede Bitzuverlässigkeit) wird wie vorstehend definiert berechnet, z.B. unter Verwendung der Drei-Zustands-Konstellation (60-Grad-Drehung). Die Sendephase für Schlitz t ist eine Linearkombination der alternativen Gewichtungen in einem speziellen Fenster. Anschließend wird der gefilterte Zustand auf den nächstliegenden Konstellationspunkt quantisiert, der gesendet werden kann, der nicht zu denjenigen beim TxAA-Modus 2 momentan erlaubten gehören muss. Im Fall der Phasenauflösung vom TxAA-Modus 1 wird der folgende Algorithmus verwendet:
wobei 8PSK eine Quantisierung auf die 8-PSK-Zustände bezeichnet, υ_t, FIR-Koeffizienten z.B. des Gleitdurchschnittsfilters bezeichnet, und P(b = 1|z) und P(b = –1|z) jeweils bedingte Wahrscheinlichkeiten für die Fälle b = 1 und b = –1 beueichnen. Diese Wahrscheinlichkeiten können z.B. aus den den MSE („Mean Square Error": mittlerer quadratischer Fehler) minimierenden Statistiken hergeleitet werden.
Mit Gaußschem Rauschen n tritt die Funktion tanh(z(t')|a|/σ²) als die Zuverlässigkeitsgewichtung in Erscheinung. Natürlich kann die tanh-Funktion unter Verwendung wohlbekannter Techniken angenähert werden.
Im Anschluss kann die folgende Gleichung verwendet werden:
Außerdem kann ein zusätzliches Rückkopplungsbit gesendet werden, um die relative Leistung (z.B. 0,8 oder 0,2) zwischen den Gewichtungen w₁ und w₂ zu bezeichnen, die jeweils an die Antennen A1 und A2 geliefert werden. Außerdem kann eine verifizierte Gewichtungsverifikation in der MS 20 verwendet werden und die Sendegewichtungen können z.B. wie beim STD-Modus oder dem TxAA-Modus 2 definiert werden. Der Unterschied besteht nur in der Art und Weise, wie die BS 10 die Rückkopplungsbefehle interpretiert, und auf welche Konstellation das gefilterte Signal quantisiert wird (z.B. QPSK, falls eine Verifikation angewandt wird, und QPSK, 8- oder 16-PSK, falls ein dedizierter Pilot verwendet wird). Dieses Konzept macht das System sehr robust. Die MS 20 muss nicht wissen, welcher Modus bzw. welche Betriebsart von der BS 10 verwendet wird, sofern sie keine Verifikation anwendet. Die Tx-Konstellation kann unter Verwendung eines dedizierten Kanals an das Endgerät signalisiert werden, oder die Tx-Konstellation kann aus dem empfangenen Signal geschätzt werden. Außerdem kann ein suboptimales Verifikationskonzept übernommen werden, das auch dieses Problem mildert. Die Modusänderung wäre nur eine Veränderung der Quantisierungskonstellation an der BS 10, was aus sich des Teilnehmerendgeräts nicht kritisch ist.
So können effiziente Filtermethoden und eine anschließende Quantisierung basierend auf der gleichen oder einer anderen Sendekonstellation durchgeführt werden. Die MS 20 muss nicht wissen, welche Konstellation verwendet wird, falls in der Downlink-Richtung z.B. dedizierte Piloten gemäß TxAA-Modus 2 verwendet werden. Leitet die MS 20 jedoch die Quantisierungskonstellation her (oder wird sie ihr signalisiert), kann sie jedoch wie bei der STD-Betriebsart eine Gewichtungsverifikation anwenden.
Zusätzlich kann eine nichtlineare Filteroperation angewandt werden. Eine derartige nichtlineare Filterung kann durch Verwendung einer Trellis-basierten Gewichtungsbestimmung (unter Verwendung eines bekannten Trellis bzw. Gitters) erreicht werden, wobei die BS 20 eine Sequenz vorheriger Rückkopplungsbefehle (einschließlich einer Zuverlässigkeitsinformation) und eine Trellis-Struktur verwendet, die mögliche Übergänge im TxAA-Modus 1 oder im hierarchischen TxAA-Modus 2 angibt. Dann kann die Sendegewichtung unter Verwendung eines Sequenzschätzers oder eines MAP-Detektors berechnet werden, wobei die Übergangswahrscheinlichkeit von der Rückkopplungsbitzuverlässigkeit abhängt. Daher können die bei der vorstehenden Gleichung beschriebenen Wahrscheinlichkeiten P(b = 1|z) und P(b = –1|z) und die Gewichtungstrellisstruktur verwendet werden, um die nichtlineare Gewichtungsbestimmung zu unterstützen.
Es ist zu beachten, dass die vorstehend beschriebenen Einheiten des gemäß 5 gezeigten Blockschaltbilds ebenfalls als Softwaremerkmale eines Steuerprogramms eingerichtet werden können, das einen Mikroprozessor wie etwa eine in der BS 10 und der MS 20 bereitgestellte CPU steuert.
Außerdem kann jede Art von Signalmengenaufteilung (z.B. für Trellis-Codes) verwendet werden, um das Leistungsverhalten zu verbessern. Außerdem können die unterschiedlichen Rückkopplungssignalkonstellationen durch Verwendung einer progressiven Signalisierung abhängig sein. Zum Beispiel kann ein erster Zeitschlitz oder Unterkanal zum Rückkoppeln einer Information verwendet werden, die einen Quadranten in einer 4-PSK-Konstellation mit höherer Zuverlässigkeit angibt, und ein folgender zweiter Zeitschlitz oder Unterkanal kann zum Rückkoppeln einer Information verwendet werden, die die Konstellation innerhalb dieses Quadranten bestimmt. Die Rückkopplungsinformation des zweiten Unterkanals kann auf einer differenziellen Veränderung, einem Gray-codierten Unterquadranten oder jeder Kombination dieser basieren. Hierbei können die Sendegewichtungen verändert werden, sobald die den Quadranten festlegenden Rückkopplungsbits an der BS 10 eingetroffen sind, und der verfeinerte Unterquadrant kann danach basierend auf der letzten bzw. neuesten Kanalschätzung angepasst werden, die nicht verfügbar war, als der Quadrantenindex gesendet wurde (z.B. unter Verwendung einer Gray-Codierung). Dadurch kann eine im momentanen Konzept durch Warten auf den Empfang aller Rückkopplungsbits verursachte zusätzliche Verzögerung verhindert werden. Außerdem treten keine abrupten bzw. plötzlichen Veränderungen (180 Grad im Fall einer Ein-Bit-Rückkopplung, 90 Grad im Fall einer Zwei-Bit-Rückkopplung, und so weiter) wie bei den momentanen Konzepten auf, denen von der die dedizierten Kanalparameter schätzenden MS 20 nicht gefolgt werden kann. Daher verringert ein schrittweises bzw. inkrementelles Anwenden der Rückkopplungsinformation nicht nur die Verzögerung, sondern ermöglicht auch eine effizientere Kanalschätzung und Empfängerperformanz. Die Rückkopplungsinformation kann sich auch auf die Phasendifferenz folgender Schlitze beziehen.
Als Beispiel kann im TxAA-Modus 2 ein 3-Bit-Graycode verwendet werden, um die Phasenzustände der Sendegewichtung anzugeben. Daher sind die fortlaufenden Zustände wie folgt codiert: 000 (Zustand 1), 001 (Zustand 2), 011 (Zustand 3), 010 (Zustand 4), 110 (Zustand 5), 111 (Zustand 6), 101 (Zustand 7) und 100 (Zustand 8). Unter Berücksichtigung des ersten Bits der vorstehenden Codierung können folglich die folgenden möglichen Übergänge in der Trellis-Struktur definiert werden: Zustand 1 → Zustand 1 oder 8, Zustand 2 → Zustand 2 oder 7, Zustand 3 → Zustand 3 oder 6, Zustand 4 → Zustand 4 oder 5, Zustand 5 → Zustand 5 oder 4, Zustand 6 → Zustand 3 oder 6, Zustand 7 → Zustand 7 oder 2, und Zustand 8 Zustand 8 oder 1. Gleichermaßen können mögliche Übergänge für Bits 2 und 3 erhalten werden. Diese Übergangsinformationen können dann bei der Schätzung der Sendegewichtungen mit einer erhöhten Zuverlässigkeit verwendet werden.
Die Erfindung ist nicht auf zwei Antennen A1 und A2 beschränkt, sondern kann auf jeden Mehrfachantennensender angewandt werden, um eine Rückkopplung mit höherer Auflösung bereitzustellen. Außerdem kann, wie bereits erwähnt, jede Art von Multiplexschema verwendet werden, sofern die BS 10 eingerichtet ist, die Rückkopplungsinformation entsprechend zu filtern oder auszuwählen.
Außerdem kann die Erfindung auf jedes drahtlose Kommunikationssystem angewandt werden, das ein Sendediversity- oder Sendestrahlformungskonzept aufweist, das zwischen einem Sendeelement und zumindest einem Empfänger verwendet wird. Daher ist die vorstehende Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels und der begleitenden Zeichnungen nur zur Veranschaulichung der Erfindung bestimmt. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung kann innerhalb des Umfangs der begleitenden Ansprüche variieren.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Sendediversityverfahren für ein drahtloses Kommunikationssystem mit einem Sendeelement und zumindest einem Empfänger, wobei ein Sendesignal vom Sendeelement zu dem zumindest einen Empfänger gemäß einer Gewichtungsinformation gesendet wird, die als Antwort auf eine Rückkopplungsinformation bestimmt wird. Die Rückkopplungsinformation wird aus der Antwort an dem zumindest einen Empfänger auf das Sendesignal hergeleitet und wird unter Verwendung gemultiplexter Rückkopplungssignale rückgekoppelt. Wahlweise kann die Gewichtungsinformation am Sendeelement durch Filterung der Rückkopplungsinformation und Quantisierung der gefilterten Rückkopplungsinformation bezüglich einer gewünschten Quantisierungskonstellation bestimmt werden. Daher können mehrere Quantisierungskonstellationen und Kombinationen dieser und/oder Konstellations-spezifische Rückkopplungs-Unterkanäle derart zur Kanalprüfung verwendet werden, dass die Gesamtrückkopplungsauflösung verbessert werden kann, während eine geringe Signalisierungskapazität des Rückkopplungskanals beibehalten wird.

Claims

Sendediversityverfahren für ein drahtloses Kommunikationssystem mit einem Sendeelement (10, A1, A2) und zumindest einem Empfänger (20), wobei das Verfahren die Schritte aufweist: a) Senden eines Sendesignals gemäß einer Gewichtungsinformation, die als Antwort auf eine Rückkopplungsinformation bestimmt wird, vom Sendeelement (10, A1, A2) an den zumindest einen Empfänger (20); b) Herleiten der Rückkopplungsinformation aus der Antwort an dem zumindest einen Empfänger (20) auf das Sendesignal; c) Rückkoppeln der Rückkopplungsinformation unter Verwendung gemultiplexter Rückkopplungssignale, wobei das gemultiplexte Rückkopplungssignal zumindest ein erstes Rückkopplungssignal mit einer ersten Quantisierungskonstellation und ein zweites Rückkopplungssignal mit einer Quantisierungskonstellation aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das zumindest erste und zweite Rückkopplungssignal in unterschiedlichen Zeitschlitzen gesendet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem das zumindest erste und zweite Rückkopplungssignal unter Verwendung unterschiedlicher Codes gesendet werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das erste Rückkopplungssignal eine erste Gewichtung definiert, die auf Grundlage einer bezüglich der ersten Konstellation quantisierten Kanalschätzung bestimmt wird, und das zweite Rückkopplungssignal eine zweite Gewichtung definiert, die auf Grundlage einer bezüglich der zweiten Konstellation quantisierten Kanalschätzung bestimmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem die zweite Konstellation ein gedrehtes Abbild der ersten Konstellation ist.
Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem das zweite Rückkopplungssignal auf einer bezüglich der ersten Konstellation quantisierten gedrehten Kanalschätzung basiert.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem das erste und zweite Rückkopplungssignal in aufeinander folgenden Zeitschlitzen rückgekoppelt werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1, 2 oder 7, bei dem das erste Rückkopplungssignal einen Realteil der Gewichtungsinformation definiert und das zweite Rückkopplungssignal einen Imaginärteil der Gewichtungsinformation definiert.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1, 2 oder 7, bei dem das erste Rückkopplungssignal eine erste Rückkopplungsinformation definiert, die zum Aktualisieren eines ersten Strahls des Sendeelements (10, A1, A2) zu verwenden ist, und das zweite Rückkopplungssignal eine zweite Rückkopplungsinformation definiert, die zum Aktualisieren eines zweiten Strahls des Sendeelements (10, A1, A2) zu verwenden ist.
Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, bei dem das erste Rückkopplungssignal während ungeradzahliger Zeitschlitze rückgekoppelt wird und das zweite Rückkopplungssignal während geradzahliger Zeitschlitze rückgekoppelt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1, 2 oder 7, bei dem das erste Rückkopplungssignal einen Quadranten in einer 4-PSK-Konstellation definiert und das zweite Rückkopplungssignal einen Konstellationspunkt innerhalb des vom ersten Rückkopplungssignal definierten Quadranten definiert.
Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem das zweite Rückkopplungssignal eine differenzielle Veränderung, einen Gray-codierten Unterquadranten oder eine Kombination dieser definiert.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die gemultiplexten Rückkopplungssignale von zumindest zwei Teilnehmern mit unterschiedlichen Signalkonstellationen gesendet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 13, bei dem die zumindest zwei Teilnehmer eine erste Menge an Teilnehmern, die Gewichtungen an einer ersten Antenne des Sendeelements steuern, und eine zweite Menge an Teilnehmern aufweisen, die Gewichtungen an einer zweiten Antenne des Sendeelements steuern.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Rückkopplungsinformation zum Steuern einer Sendegewichtung einer von zwei Antennen (A1, A2) verwendet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 15, bei dem die Rückkopplungsinformation eine erste Information über die Sendeleistung der beiden Antennen (A1, A2) und eine zweite Information über die Phase der beiden Antennen (A1, A2) enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 16, bei dem die erste Information oder die zweite Information oder beide am Sendeelement getrennt gefiltert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Rückkopplungsinformation zum Steuern von Sendegewichtungen von zwei Antennen (A1, A2) verwendet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 18, bei dem Steuerbefehle zum Steuern beider Antennen (A1, A2) abwechselnd an das Sendeelement gesendet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Sendeelement (10, A1, A2) ein Antennenfeld (A1, A2) aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 20, bei dem die Rückkopplungsinformation zum Steuern der Senderichtung des Antennenfelds (A1, A2) verwendet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 21, bei dem die Senderichtung aus zumindest einem Rückkopplungssignal hergeleitet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 22, bei dem die Senderichtung aus einer Phasenschätzung von zumindest einem extrahierten Rückkopplungssignal hergeleitet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Gewichtungsinformation und/oder eine Senderichtung auf Grundlage einer Rückkopplungssignal-Filteroperation bestimmt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 24, bei dem die Gewichtungsinformation durch Quantisieren der gefilterten Rückkopplungsinformation bezüglich einer gewünschten Quantisierungskonstellation bestimmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 25, bei dem die gewünschte Konstellation von einer Verstärkerbelastung am Sendeelement abhängt.
Verfahren gemäß Anspruch 25, bei dem die gefilterte Rückkopplungsinformation vier Konstellationspunkte aufweist und die Quantisierungskonstellation acht oder sechszehn Konstellationspunkte aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 24 bis 27, bei dem die Rückkopplungssignal-Filteroperation mittels eines Filters einer Länge von N Abtastungen durchgeführt wird, wobei N größer ist als die Anzahl der gemultiplexten Rückkopplungssignale.
Verfahren gemäß Anspruch 24, bei dem die Filteroperation eine robuste Filterung, eine FIR-Filterung, eine IIR-Filterung, eine lineare Filterung, eine nichtlineare Filterung oder eine Glättung und Vorhersage aufweist.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem eine Zuverlässigkeit der gemultiplexten Rückkopplungssignale zur Gewichtungsbestimmung verwendet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 24, bei dem eine Sendefilterung an eine Sendekanaleigenschaft angepasst und dynamisch verändert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 24, bei dem die Filtereigenschaft der Filteroperation basierend auf einer Signalisierung zwischen dem Sendeelement (10, A1, A2) und dem zumindest einen Empfänger (20) gesteuert wird.
Sendediversityverfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Rückkopplungsinformation an das Sendeelement (10, A1, A2) rückgekoppelt wird; und zusätzlich mit einem Schritt: d) Bestimmen der Gewichtungsinformation durch Filterung der Rückkopplungsinformation und Quantisierung der gefilterten Rückkopplungsinformation bezüglich einer gewünschten Quantisierungskonstellation.
Verfahren gemäß Anspruch 33, bei dem die Quantisierungskonstellation an dem zumindest einen Empfänger (20) weniger Zustände aufweist als diejenige am Sendeelement (10, A1, A2).
Verfahren gemäß Anspruch 34, bei dem die Rückkopplungsinformation vier Konstellationspunkte aufweist und die Quantisierungskonstellation acht oder sechszehn Konstellationspunkte aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 33 bis 35, bei dem die Rückkopplungssignal-Filteroperation mittels eines Gleitdurchschnittsfilters durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 33 bis 36, bei dem die Rückkopplungssignal-Filteroperation auf eine Folge vorangehender Rückkopplungssignale angewandt wird, und die Gewichtungsinformation mittels einer Schätzung unter Verwendung einer Trellis-Struktur berechnet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 37, bei dem die Schätzung durch eine Verwendung eines Sequenzschätzers oder eines MAP-Detektors durchgeführt wird.
Sendediversitysystem für ein drahtloses Kommunikationssystem, mit: a) einer Sendeeinrichtung (10) zum Senden eines Sendesignals von einem Sendeelement (A1, A2) gemäß einer Gewichtungsinformation, die als Antwort auf eine Rückkopplungsinformation bestimmt wird; und b) zumindest einem Empfänger (20) zum Empfangen des Sendesignals und Herleiten der Rückkopplungsinformation aus der Antwort auf das Sendesignal ; c) wobei der zumindest eine Empfänger (20) eine Rückkopplungseinrichtung (24, 25) zum Rückkoppeln der Rückkopplungsinformation unter Verwendung gemultiplexter Rückkopplungssignale aufweist, wobei die Rückkopplungseinrichtung (24, 25) zum Erzeugen eines ersten Rückkopplungssignals mit einer ersten Konstellation und eines zweiten Rückkopplungssignals mit einer zweiten Konstellation eingerichtet ist.
System gemäß Anspruch 39, bei dem das erste Rückkopplungssignal eine erste Phasengewichtung definiert, die auf Grundlage einer Kanalschätzung bestimmt wird, und das zweite Rückkopplungssignal eine zweite Phasengewichtung definiert, die auf Grundlage einer gedrehten Konstellation des ersten Rückkopplungssignals bestimmt wird.
System gemäß Anspruch 39, bei dem das erste Rückkopplungssignal einen Realteil der Gewichtungsinformation definiert und das zweite Rückkopplungssignal einen Imaginärteil der Gewichtungsinformation definiert.
System gemäß Anspruch 39, bei dem das erste Rückkopplungssignal eine erste Rückkopplungsinformation definiert, die von der Sendeeinrichtung (10) zum Aktualisieren eines ersten Strahls des Sendeelements (A1, A2) zu verwenden ist, und das zweite Rückkopplungssignal eine zweite Rückkopplungsinformation definiert, die von der Sendeeinrichtung (10) zum Aktualisieren eines zweiten Strahls des Sendeelements (A1, A2) zu verwenden ist.
System gemäß Anspruch 41 oder 42, bei dem die Rückkopplungseinrichtung (24, 25) zum Rückkoppeln des ersten Rückkopplungssignals während ungeradzahliger Zeitschlitze und des zweiten Rückkopplungssignals während geradzahliger Zeitschlitze eingerichtet ist.
Sender für ein drahtloses Kommunikationssystem, mit: a) einer Extraktionseinrichtung (12) zum Extrahieren einer Rückkopplungsinformation aus einem empfangenen Signal; b) einer Sendeeinrichtung (11) zum Senden eines Sendesignals von einem Sendelement (A1, A2) gemäß einer Gewichtungsinformation; c) einer Bestimmungseinrichtung (14) zum Bestimmen der Gewichtungsinformation als Antwort auf die extrahierte Rückkopplungsinformation; und d) einer Steuerungseinrichtung (13, 15) zum Steuern der Bestimmungseinrichtung (14), um die Gewichtungsinformation gemäß gemultiplexter Rückkopplungssignale zu bestimmen, die zum Rückkoppeln der Rückkopplungsinformation verwendet werden, wobei die Steuerungseinrichtung (13, 15) eine Vermittlungseinrichtung (13) zum abwechselnden Durchschalten eines ersten Rückkopplungssignals mit einer ersten Konstellation und eines zweiten Rückkopplungssignals mit einer zweiten Konstellation an die Bestimmungseinrichtung (19) aufweist.
Sender gemäß Anspruch 44, bei dem die Bestimmungseinrichtung (14) zum Herleiten der Gewichtungsinformation aus dem ersten und dem zweiten Rückkopplungssignal eingerichtet ist.
Sender gemäß Anspruch 44, bei dem die Steuerungseinrichtung (13, 15) zum Steuern der Sendeeinrichtung (11) eingerichtet ist, um abwechselnd einen ersten Strahl des Sendeelements (A1, A2) durch Verwendung einer ersten Gewichtungsinformation, die auf Grundlage des ersten Rückkopplungssignals bestimmt wird, und einen zweiten Strahl des Sendeelements (A1, A2) durch Verwendung einer zweiten Gewichtungsinformation, die auf Grundlage des zweiten Rückkopplungssignals bestimmt wird, zu aktualisieren.
Sender gemäß einem der Ansprüche 44 bis 46, bei dem das Sendeelement ein Antennenfeld (A1, A2) ist.
Sender gemäß Anspruch 44, bei dem die Steuerungseinrichtung (13) zum Durchführen einer Rückkopplungssignal-Filteroperation eingerichtet ist.
Sender gemäß Anspruch 48, bei dem die Steuerungseinrichtung (13, 15) zum Quantisieren der gefilterten Rückkopplungsinformation bezüglich einer gewünschten Quantisierungskonstellation eingerichtet ist.
Sender gemäß Anspruch 48 oder 49, bei dem die Steuerungseinrichtung (13, 15) ein Gleitdurchschnittsfilter zum Durchführen der Rückkopplungssignal-Filteroperation aufweist.
Sender gemäß Anspruch 48, bei dem die Filteroperation eine robuste Filterung, eine FIR-Filterung, eine IIR-Filterung, eine lineare Filterung, eine nichtlineare Filterung oder eine Glättung und Vorhersage aufweist.
Sender gemäß Anspruch 44, bei dem die Steuerungseinrichtung (13, 15) zum Filtern der extrahierten Rückkopplungsinformation und zum Quantisieren der gefilterten Rückkopplungsinformation bezüglich einer gewünschten Quantisierungskonstellation angepasst ist.
Sender gemäß Anspruch 52, bei dem die Steuerungseinrichtung (13, 15) ein Gleitdurchschnittsfilter zum Durchführen der Rückkopplungssignal-Filteroperation aufweist.
Empfänger für ein drahtloses Kommunikationssystem, mit. a) einer Empfangseinrichtung (21) zum Empfangen eines Sendesignals; b) einer Herleitungseinrichtung (22, 23, 24) zum Herleiten einer Rückkopplungsinformation aus der Antwort auf das Sendesignal; und c) einer Rückkopplungseinrichtung (24, 25) zum Rückkoppeln der Rückkopplungsinformation unter Verwendung gemultiplexter Rückkopplungssignale, wobei die Herleitungseinrichtung (22, 23, 24) eine Extraktionseinrichtung (22) zum Extrahieren eines mit einer bekannten Leistung gesendeten Prüfsignals, eine Kanalschätzungseinrichtung (23) zum Durchführen einer Kanalschätzung auf Grundlage des extrahierten Prüfsignals und eine Erzeugungseinrichtung (24) zum Erzeugen der gemultiplexten Rückkopplungssignale auf Grundlage der Kanalschätzung aufweist, wobei die Erzeugungseinrichtung (24) zum Erzeugen eines ersten Rückkopplungssignals mit einer ersten Konstellation und eines zweiten Rückkopplungssignals mit einer zweiten Konstellation eingerichtet ist, wobei die Rückkopplungseinrichtung (24, 25) zum Rückkoppeln des ersten und des zweiten Rückkopplungssignals als die gemultiplexten Rückkopplungssignale eingerichtet ist.
Empfänger gemäß Anspruch 54, bei dem die Rückkopplungseinrichtung (24, 25) zum abwechselnden Rückkoppeln der ersten und des zweiten Rückkopplungssignals eingerichtet ist, wobei eine Quantisierung der Rückkopplungsinformation auf der neuesten Kanalschätzung und einer verfügbaren der ersten und zweiten Konstellation basiert.
Empfänger gemäß Anspruch 54, bei dem die Erzeugungseinrichtung (24) zum Erzeugen des ersten Rückkopplungssignals basierend auf der Kanalschätzung und des zweiten Rückkopplungssignals basierend auf einer Drehung der Kanalschätzung um einen vorbestimmten Winkel eingerichtet ist.
Empfänger gemäß Anspruch 54, bei dem die Erzeugungseinrichtung (24) zum Erzeugen des ersten Rückkopplungssignals basierend auf einem Realteil der Rückkopplungsinformation und des zweiten Rückkopplungssignals basierend auf einem Imaginärteil der Rückkopplungsinformation eingerichtet ist.
Empfänger gemäß Anspruch 54, bei dem die Extraktionseinrichtung (22) zum abwechselnden Extrahieren eines Prüfsignals entsprechend eines ersten Strahls und eines Prüfsignals entsprechend eines zweiten Strahls eingerichtet ist, und bei dem die Erzeugungseinrichtung (24) zum abwechselnden Erzeugen des ersten Rückkopplungssignals basierend auf einer Kanalschätzung für den ersten Strahl und des zweiten Rückkopplungssignals basierend auf einer Kanalschätzung für den zweiten Strahl eingerichtet ist.