DE60031896T2

DE60031896T2 - Verfahren zum regeln der gewichte eines datensignals in mindestens zwei antennenelementen einer funkverbindungseinheit, moduls und kommunikationssystems

Info

Publication number: DE60031896T2
Application number: DE60031896T
Authority: DE
Inventors: Ari Hottinen; Risto Wichman; Olav Tirkkonen
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 2000-12-06
Filing date: 2000-12-06
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2020-12-07
Also published as: EP1366579B1; EP1366579A2; WO2002047286A3; DE60031896D1; WO2002047286A2; US20040018818A1; US20100009706A1; US20070184853A1; AU2001223628A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des Gewichtens eines Datensignals in den mindestens zwei Antennenelementen einer ersten Funkverbindungseinheit eines Funkkommunikationssystems, wobei das Datensignal zur parallelen Übertragung des Datensignals in mindestens zwei mindestens zum Teil verschiedenen Strömen zu einer zweiten Funkverbindungseinheit mit mindestens einem Antennenelement auf mindestens zwei Strahlenkeulen (Beams) zu verteilen ist, wobei die Strahlenkeulen durch Gewichten des Datensignals in den Antennenelementen mit einem Satz von Gewichtungen für jede Strahlenkeule geformt werden. Die Erfindung betrifft ebenso eine Funkverbindungseinheit, ein Funkverbindungseinheitsmodul und ein Funkkommunikationssystem, die für ein derartiges Verfahren zu verwenden sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Von drahtlosen Kommunikationssystemen des Standes der Technik ist bekannt, Datensignale zwischen zwei Funkverbindungseinheiten, insbesondere von einer Basisstation zu einem Endgerät, parallel über mehrere Sendeantennenelemente zu senden. Bei Verwendung mehrerer Antennen mit adaptierten Sende- und Detektionsmethoden kann die räumliche Dimension an dem Endgerät genutzt werden und die spektrale Effizienz schwindender drahtloser Kanäle kann verglichen mit herkömmlichen Einfach-Antennen-Verbindungsstrecken erheblich erhöht werden. Ein Endgerät, welches Signale von einem derartigen Transceiver empfängt, kann ausgebildet sein, um mehrere Kanäle zu unterscheiden, wenn diese ausreichend unkorreliert sind.
Das Dokument "Link-Optimal BLAST Processing With Multiple-Access Interference" von F. R. Farrokhi, G. J. Foschini, A. Lozano, R. A. Valenzuela, Bell Laboratories (Lucent Technologies) in IEEE Vehicular Technology Conference, Boston, Massachussetts, USA, 24.–28. Sept. 2000, geht von einem drahtlosen Kommunikationssystem mit Antennen-Arrays bei sowohl Sender als auch Empfänger aus. Das System sendet parallele Datenströme gleichzeitig und in demselben Frequenzband unter Zuhilfenahme der mehreren Antennen. Bei satter Fortpflanzung können die verschiedenen Ströme am Empfänger auf Grund ihrer verschiedenen räumlichen Signaturen getrennt werden. Es wird vorgeschlagen, den Kanal und die Interferenzkovarianz dem Sender zur Verfügung zu stellen. Der Sender findet die Kanaleigenmoden in Gegenwart der Interferenz und senden mehrere unabhängige Datenströme durch diese Eigenmoden. Die gesamte übertragene Leistung wird auf die Eigenmoden gemäß einem optimalen „Wasserfüllprozess" verteilt. Dadurch soll die maximierte Kapazität erreicht werden. Das oben beschriebene Verfahren geht stets davon aus, dass der Empfänger mindestens zwei Antennenelemente aufweist. Vorzugsweise ist bei dem vorgenannten Konzept die Anzahl von Sende- und Empfangselementen identisch.
Die parallele Übertragung über eine Mehrzahl von Antennenelementen in Transceiver und Endgerät ermöglicht eine Reduktion von Eb/No-Erfordernissen (Eb = Energie pro Bit; No = Rauschleistungsdichte pro Hz) zum Erreichen von Datenraten, die Konstellationen höherer Ordnung wie 8PSK, 16QAM oder 64QAM zugeordnet sind. Darüber hinaus ermöglicht sie die Erweiterung der Anzahl von Ratenoptionen für adaptive Modulation und Codierung (AMC) und eine Steigerung der maximalen Rate.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ein Ziel der Erfindung ist es, ein weiter verbessertes Verfahren zum Regeln des Gewichtens eines Datensignals in den mindestens zwei Antennenelementen eines Transceivers eines drahtlosen Kommunikationssystems bereitzustellen, welches hohe Datenraten unter den an den Kanal angepassten Bedingungen der Abwärtsstrecke ermöglicht.
Dieses Ziel wird einerseits durch ein Verfahren nach beiliegendem Anspruch 1 erreicht.
In Bezug auf dieses Verfahren geht die Erfindung von dem Gedanken aus, dass die zweite Funkverbindungseinheit über die umfassendste Informationen verfügt, die zum Auswählen geeigneter Strahlenkeulen zur Übertragung des Datensignals und zum Bestimmen von Sätzen von Gewichtungen für die ausgewählten Strahlenkeulen relevant sind. Folglich wird vorgeschlagen, alle relevanten Informationen, die für das Gewichten der Datensignale in den Antennenelementen der ersten Funkverbindungseinheit benötigt werden, bereits an der zweiten Funkverbindungseinheit zu berechnen. Die Rückkopplungsinformationen umfassen Gewichtungsinformationen, aus welchen die erste Funkverbindungseinheit den Satz von Gewichtungen für jede Strahlenkeule bestimmen kann, die zur Übertragung der Datensignale von der ersten Funkverbindungseinheit zu der zweiten Funkverbindungseinheit zu verwenden ist. Jede Rückkopplungsinformation gibt die Gewichtung des Datensignals für jedes der verschiedenen Antennenelemente der ersten Funkverbindungseinheit an. Auf diese Weise können die Informationen, die zum Erhalten der Gewichtungssätze benötigt werden, mit den gesamten, an der zweiten Funkverbindungseinheit vorliegenden Informationen bestimmt werden, während nur die benötigten Informationen zu der ersten Funkverbindungseinheit rückgekoppelt werden.
Es ist festzuhalten, dass die Rückkopplungsinformationen den Satz von Gewichtungen für jede ausgewählte Strahlenkeule umfassen können, wobei die erste Funkverbindungseinheit nur die empfangenen Sätze zum Formen der ausgewählten Strahlenkeulen anwenden muss. Es ist allerdings nicht erforderlich, dass die zweite Funkverbindungseinheit alle Sätze von Gewichtungen bestimmt und überträgt, wenn eine von vornherein feste oder ausgehandelte Weise zum Berechnen mehrerer Gewichtungen aus einer einzigen Rückkopplung existiert, die sowohl der ersten als auch der zweiten Funkverbindungseinheit bekannt ist. Diesfalls sind reduzierte Rückkopplungsinformationen ausreichend, welche ermöglichen, dass die erste Funkverbindungseinheit die notwendigen Sätze von Gewichtungen bestimmt. Daher regelt die zweite Funkverbindungseinheit die parallelen Strahlenkeulen mit Gewichtungsinformationen entweder direkt unter Verwendung expliziter Rückkopplung für alle Strahlenkeulen oder implizit unter Verwendung reduzierter Rückkopplung und der Kenntnisse über Strahlenkeulenparametrierung an der ersten Funkverbindungseinheit.
Das Verfahren zielt darauf ab, das Gewichten eines Datensignals zu regeln, welches, für gewöhnlich nach Codierung und Modulation, für die Übertragung in mindestens zwei Teile zu teilen ist. Daher werden mindestens zum Teil verschiedene Symbole parallel durch Verwendung der mindestens zwei geformten Strahlenkeulen übertragen, wenngleich die durch die beiden Strahlenkeulen übertragenen Symbole nicht völlig verschieden sein müssen.
Die Gewichtungsinformationen für die ausgewählten Strahlenkeulen bzw. die Anzahl von Strahlenkeulen können der ersten Funkverbindungseinheit mittels jeder beliebigen realisierbaren im Stand der Technik bekannten Methode signalisiert werden.
Die gesendeten Datensignale können an der zweiten Funkverbindungseinheit durch ein Antennenelement oder durch mehrere Antennenelemente empfangen werden.
Das oben genannte Ziel der Erfindung wird ebenso durch eine Funkverbindungseinheit erreicht, die als erste und/oder als zweite Funkverbindungseinheit verwendet werden kann und jeweils Mittel zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst. Darüber hinaus wird das Ziel durch Funkverbindungseinheitsmodule erreicht, die Mittel zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten oder zweiten oder einer kombinierten ersten und zweiten Funkverbindungseinheit umfassen. Schließlich erreicht auch ein Funkkommunikationssystem mit Funkverbindungseinheiten, die zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet sind, dieses Ziel der Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt die zweite Funkverbindungseinheit vorzugsweise den Satz von Gewichtungen für mindestens zwei dominante Downlink-Strahlenkeulen, die zum Empfang an der zweiten Funkverbindungseinheit räumlich ausreichend unabhängig oder unkorreliert sind. Die Sätze von Gewichtungen zum Formen der Downlink-Strahlenkeulen, welche zu der ersten Funkverbindungseinheit rückgekoppelt werden, können an der zweiten Funkverbindungseinheit so berechnet werden, dass sie eine effiziente Signaltrennung am Empfänger ermöglichen. Beispielsweise können, wenn die beiden dominantesten Strahlenkeulen hochgradig korreliert sind, die erste Funkverbindungseinheit und die zweite Funkverbindungseinheit nur einen von diesen für eine effiziente parallele Übertragung benutzen. Diesfalls wird nur einer dieser dominantesten Strahlenkeulen verwendet und darüber hinaus eine anderer dominante Strahlenkeule mit einem kleineren Eigenwert, welcher sich jedoch von den beiden dominantesten Strahlenkeulen hinlänglich unterscheidet. Mit ausreichenden Informationen über das Strahlformen an der ersten Funkverbindungseinheit können wiederum, an Stelle aller benötigter Sätze von Gewichtungen, nur einige reduzierte Gewichtungsinformationen, aus denen mehrere Sätze von Gewichtungen bestimmt werden können, als Rückkopplungsinformationen zu der ersten Funkverbindungseinheit übertragen werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens bestimmt die zweite Funkverbindungseinheit nicht nur die Downlink-Stahlen und die entsprechenden Gewichtungsinformationen, welche die Sätze von Gewichtungen angeben, die für die Mehrfachübertragung zu verwenden sind, sondern auch die für jeden der ausgewählten Strahlenkeulen zu verwendenden Datenraten. Die Datenraten werden in der zweiten Funkverbindungseinheit gemäß den Eigenschaften der empfangenen Kanäle bestimmt, und Informationen über die bestimmten Datenraten werden zu der ersten Funkverbindungseinheit übertragen. Dies bedeutet, dass das Datenraten-Mapping auf mehrere Strahlenkeulen mindestens teilweise mittels einer Rückkopplung von der zweiten Funkverbindungseinheit zu der ersten Funkverbindungseinheit erfolgt. Dadurch kann die Downlink-Datenrate, die mehrere SendeStrahlenkeulen oder Gewichtungssätze verwendet, maximiert werden. Um in der Lage zu sein, die Datenraten zuzuweisen, kann das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) oder das Signal-Interferenz-Verhältnis (SIR) oder das Signal-zu-Interferenz-plus-Rausch-Verhältnis (SINR) der verschiedenen Kanäle evaluiert werden. Darüber hinaus sollte bei korrelierten Kanälen die Datenrate typischerweise unabhängig von der Anzahl von Sende- oder Empfangsantennenelementen reduziert werden. Die Datenraten können auf eine Weise bestimmt werden, dass die Gesamtdatenrate konstant bleibt. Allerdings ist es vorteilhaft, die Gesamtdatenrate auf eine Weise zu bestimmen, dass sie mit einer Datenrate übereinstimmt, welche vom Endgerät gefordert wird, und dass die zugehörige Sendeleistung die Dienstgüte(QoS)-Kriterien (z.B. SIR, SNR, SINR, Bitfehlerverhältnis BER, Rahmenfehlerrate FER, Ausfall) unterstützt, welche durch das Endgerät für den übertragenen Dienst eingestellt sind.
Die Informationen über Änderungen in den Datenraten, welche von der zweiten zu der ersten Funkverbindungseinheit übertragen werden, können differentiell oder absolut sein. In dem ersten Fall muss z.B. nur eine angeforderte Erhöhung oder Verringerung in einer Datenrate in der Rückkopplung angegeben werden, während sich in dem zweiten Fall die Datenrate beliebig verändern kann, jedoch mehr Rückkopplung erforderlich ist.
Die Bestimmung von Mehr-Raten-Strahlenkeulen erfolgt in der zweiten Funkverbindungseinheit vorzugsweise unter Berücksichtigung des effektiven Signal-Rausch-Verhältnisses für parallele Strahlenkeulen und darüber hinaus durch Verwendung der Kenntnisse über die Empfängerstruktur in der zweiten Funkverbindungseinheit. Beispielsweise können einige Empfänger besser zum Abschwächen von Interferenzen zwischen Strahlenkeulen geeignet sein als andere. Ferner kann die Interferenz zwischen Strahlenkeulen optimiert werden, wenn die Sendeleistungen, Gewichtungskoeffizienten und Datenraten gemeinsam geregelt werden.
Bei einer ebenso bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt die zweite Funkverbindungseinheit alternativ oder zusätzlich zu der Datenratenverteilung eine vorteilhafte Leistungsverteilung über die ausgewählten Downlink-Strahlenkeulen. Wie die Datenraten so wird auch die Leistungsverteilung in der zweiten Funkverbindungseinheit gemäß den Eigenschaften der empfangenen Kanäle bestimmt. Die zweite Funkverbindungseinheit überträgt Informationen über diese Verteilung zum entsprechenden Regeln der Antennenelemente zu der ersten Funkverbindungseinheit. Wie bei den Datenraten kann die insgesamt für alle Strahlenkeulen verwendete Gesamtleistung konstant gehalten werden.
Die optimale Leistungszuteilung kann auf eine Weise bestimmt werden, dass das gewünschte SIR erreicht wird, nachdem die Sätze von Gewichtungen festgesetzt wurden. Eine Downlink-Leistungszuweisung für die Leistung von Downlink-Strahlenkeulen mit festen Strahlenkeulkoeffizienten von einer Basisstation zu einer Anzahl von Endgeräten ist in "Optimal downlink power assignment for smart antenna systems" von Weidong Yang; Guanghan Xu, in Acoustics, Speech and Signal Processing, 1998; Proceedings of the 1998 IEEE, Bd. 6, S. 3337–3340, beschrieben. Diese Lösung kann für das Verfahren der Erfindung adaptiert werden, um verwendet zu werden, um die Leistungen und die QoS-Parameter für jeden von mehreren parallelen Downlink-Strahlenkeulen von einer ersten Funkverbindungseinheit zu einer bestimmten zweiten Funkverbindungseinheit gemeinsam zu bestimmen, anstelle der Leistung von Downlink-Strahlenkeulen von einer Basisstation zu mehreren Benutzern, wobei jedem Benutzer eine Strahlenkeule zugewiesen wird.
Alternativ dazu können die Sendeleistungen für die Downlink-Strahlenkeulen gemeinsam mit der Bestimmung des Satzes von Gewichtungen oder entsprechenden Gewichtungsinformationen für die optimalen Strahlenkeulen bestimmt werden. Im Dokument „Joint Optimal Power Control and Beamforming in Wireless Networks Using Antenna Arrays", von F. Rashid-Farrokhi, L. Tassiulas und K. J. Ray Liu, IEEE Transactions On Communications, Bd. 46, Nr. 10, Oktober 1998, S. 1313–1323, wird ein Algorithmus zum Berechnen von Sendeleistungen und Strahlformgewichtungsvektoren bereitgestellt, derart, dass ein Ziel-SINR für jede Verbindungsstrecke von einer Basisstation zu einer Mehrzahl von Endgeräten mit minimaler Sendeleistung erzielt wird. In den Dokumenten wird vorgeschlagen, dass für eine feste Leistungszuweisung jede Basisstation das SINR mittels des Minimum-Variance-Distortionless-Response(MVDR)-Strahlformers maximiert. Als nächstes werden die mobilen Leistungen aktualisiert, um die Gleichkanalinterferenz zu reduzieren. Dieser Vorgang erfolgt iterativ, bis der Vektor aus Senderleistungen und die Gewichtungskoeffizienten der Strahlformer zu dem gemeinsam optimalen Wert konvergieren. Angenommen, dass mindestens zwei räumliche Kanäle für die zweite Funkverbindungseinheit geschätzt wurden, so können die Sätze von Gewichtungen und die Leistungsoptimierungsmethoden, welche von Farrokhi et al. vorgeschlagen wurden, bei dem Verfahren der Erfindung verwendet werden, um mehrere Strahlenkeulen für die parallele Übertragung von der ersten zu der (einzigen) zweiten Funkverbindungseinheit, und nicht von einer Basisstation zu mehreren Benutzern, zu bestimmen. Infolgedessen verfügt die zweiten Funkverbindungseinheit über alle relevante Informationen zum Optimieren der Strahlenkeulen und zum Verteilen der Signale auf mindestens zwei parallele Strahlenkeulen.
Ferner können zum Bestimmen der mindestens zwei geeigneten Downlink-Strahlenkeulen Kanalinformationen und/oder Interferenzinformationen in der zweiten Funkverbindungseinheit verwendet werden. Eine Möglichkeit zum Bestimmen einer Interferenzkovarianzmatrix, welche bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden kann, um die optimalen Eigenvektoren an der zweiten Funkverbindungseinheit zu berechnen, ist z.B. in "Maximum Likelihood Multipath Channel Parameter Estimation in CDMA Systems" von C. Sengupta, A. Hottinen, J. R. Cavellaro und B. Aazahng, 32nd Annual Conference on Information Sciences and Systems (CISS), Princeton, März 1998, beschrieben.
Die Gewichtungsinformationen, welche die Sätze von Gewichtungen umfassen können, und/oder die Datenraten und/oder die Leistungsverteilung können in der zweiten Funkverbindungseinheit entweder auf der Basis von kurzzeitigen Variationen der empfangenen Kanäle oder auf der Basis der stationären Struktur der empfangenen Kanäle oder auf der Basis von beiden bestimmt werden. In einem langsam schwindenden Kanal können kurzzeitige Variationen verwendet werden, um die Gewichtungsinformationen und die zugehörigen Datenrateninformationen zu bestimmen. Alternativ dazu können kurzzeitige Informationen zum Signalisieren von nur der Datenrate und/oder den Leistungsinformationen für Strahlenkeulen verwendet werden, welche durch Verwendung der stationären Struktur der empfangenen Kanäle bestimmt werden. Mittels kurzzeitiger Variationen können hochauflösende Strahlenkeulen berechnet werden, derart, dass die momentane Datenrate maximiert wird. Dies funktioniert natürlich nur in langsam schwindenden Umgebungen.
Falls die stationäre Struktur der empfangenen Kanäle zum Bestimmen der Gewichtungsinformationen für die mindestens zwei Downlink-Strahlenkeulen verwendet wird, werden vorzugsweise die Eigenvektoren der räumlichen Signalkovarianzmatrizen berechnet. Allerdings können die Gewichtungsinformationen für die bevorzugten Strahlenkeulen auf jedwede andere geeignete Weise berechnet werden. Beispielsweise können die Unterraumgewichtungsvektoren mit einer Singulärwertzerlegung und Subspace-Tracking nachverfolgt werden, was nicht die Berechnung der Korrelationsmatrix und eine nachfolgende Eigenwertzerlegung erfordert. Eine derartige Nachverfolgung kann z.B. aus „Solving the SVD Updating Problem for Subspace Tracking on a Fixed Sized Linear Array of Processors" von C. Sengupta, J. R. Cavallaro und B. Aazhang, International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP), Band 5, S. 4137–4140, München, April 1997, entnommen werden. Alternativ dazu kann eine unabhängige Komponentenanalyse angewandt werden, wie sie z.B. von J. F. Cardoso und P. Comon in „Independent Component Analysis, a Survey of Some Algebraic methods", Proc. ISCAS Conference, Band 2, S. 93–96, Atlanta, Mai 1996, beschrieben wurde. Diesfalls sind die parallel übertragenen Strahlenkeulen typischerweise nichtorthogonal.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zunächst die Anzahl von zu verwendenden Strahlenkeulen in der zweiten Funkverbindungseinheit bestimmt werden, und für diese Anzahl von Strahlenkeulen werden Sätze von Gewichtungen bestimmt und zu der ersten Funkverbindungseinheit übertragen, oder die Anzahl wird in die Gewichtungsinformationen eingebunden, wenn diese Gewichtungsinformationen nicht den gesamten Satz von zu verwendenden Gewichtungen umfasst. Das Datensignal kann dann in der ersten Funkverbindungseinheit auf die Anzahl von Strahlenkeulen, die der in der zweiten Funkverbindungseinheit bestimmten Anzahl von Strahlenkeulen entspricht, verteilt werden. Die zweite Funkverbindungseinheit kann die Anzahl von für die Übertragung eines Datensignals von der ersten Funkverbindungseinheit zu der zweiten Funkverbindungseinheit zu verwendenden Strahlenkeulen auf der Basis von Kanal- und/oder Interferenzinformationen bestimmen. Die erste Funkverbindungseinheit kann zusätzlich zu der Anzahl von Strahlenkeulen Strahlenkeulenindizes, die für die Übertragung ausgewählt wurden, signalisieren, welche auf irgendeine Weise durchnummeriert werden.
Alternativ dazu kann die Anzahl von Gewichtungssätzen, die in der zweiten Funkverbindungseinheit bestimmt wird, fest sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sollte die zweite Funkverbindungseinheit die Datensignale, welche in der ersten Funkverbindungseinheit auf die mindestens zwei Strahlenkeulen verteilt und in mindestens zwei mindestens zum Teil verschiedenen Strömen zu der zweiten Funkverbindungseinheit übertragen wurden, wiederherstellen. Dies bedeutet, dass die Teile, die durch verschiedene Ströme übertragen wurden, wieder in der richtigen Symbol/Bit-Reihenfolge kombiniert werden müssen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sendet die erste Funkverbindungseinheit Gewichtungsinformationen, die zum Strahlformen verwendet werden, zu der zweiten Funkverbindungseinheit, und die zweite Funkverbindungseinheit verwendet die empfangenen Gewichtungsinformationen zur Evaluierung der empfangenen Datensignale. Mit diesen Kenntnissen können die Qualität und die Geschwindigkeit beim Bestimmen von zu der ersten Funkverbindungseinheit zu übertragenden Informationen verbessert werden. Bei einer alternativen Ausführungsform für das Verfahren der Erfindung kann sich die zweite Funkverbindungseinheit ihrer eigenen Kenntnisse, die in den Gewichtungsinformationen eingebunden sind, welche zu der ersten Funkverbindungseinheit übertragen werden, zum Wiederherstellen der Datensignale bedienen. Bei beiden Ausführungsformen kann die zweite Funkverbindungseinheit die Kanalschätzungen, welche für jedes Antennenelement ermittelt wurden, die Transportformatinformationen und die verwendeten Strahlenkeulkoeffizienten für jede Strahlenkeule verwenden, um die Informationen am effizientesten zu detektieren und zu dekodieren. Der Empfänger kann zu diesem Zweck jedwede im Stand der Technik bekannte Methoden, einschließlich gemeinsamer Detektion, gemeinsamer Decodierung, gemeinsamer Detektion/Decodierung und Kanalschätzung, entweder iterativ oder nichtiterativ implementiert, verwenden. Als Beispiel können Methoden analog jenen, die in A. Hottinen und O. Tirkkonen „Iterative decoding and detection in a high data rate downlink channel", Proc. NORSIG, Kolmorden, Schweden, Juni 2000, beschrieben sind, verwendet werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die erste Funkverbindungseinheit eine Basisstation und die zweite Funkverbindungseinheit ein Endgerät sein, wobei die geformten Strahlenkeulen Downlink-Strahlenkeulen sind. Ebenso kann die erste Funkverbindungseinheit ein Endgerät und die zweite Funkverbindungseinheit eine Basisstation sein, wobei die geformten Strahlenkeulen Uplink-Strahlenkeulen sind. Folglich kann das Verfahren auch mit einer Basisstation und einem Endgerät verwendet werden, welche beide die erste Funkverbindungseinheit und die zweite Funkverbindungseinheit bilden können.
Das vorgeschlagene Verfahren ist besonders von Vorteil, wenn es bei FDD-Systemen verwendet wird.
Die erste und die zweite Funkverbindungseinheit sind vorzugsweise Basisstationen und Benutzerendgeräte, wobei Basisstation und Benutzerendgerät entweder nur Mittel für entweder die erste oder die zweite Funkverbindungseinheit oder Mittel für beide umfassen können.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In der Folge wird die Erfindung für drei Ausführungsformen ausführlicher erläutert.
Alle drei Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verfahrens betreffen ein WCDMA-FDD- Drahtloskommunikationssystem, in welchem Datensignale mit einer sehr hohen Datenrate von einer Basisstation zu einem Benutzerendgerät zu übertragen sind. Die Basisstation umfasst ein Antennen-Array mit M Antennenelementen, und das Benutzerendgerät umfasst ein Antennen-Array mit N Antennenelementen. Die Datensignale werden parallel und mit derselben Frequenz, jedoch mit unterschiedlichen Strahlenkeulen von der Basisstation zu dem Benutzerendgerät übertragen.
Die Strahlenkeulen werden durch Zuweisen eines anderen Satzes von Gewichtungen zu den Datensignalen, die einer Strahlenkeule zugewiesen wurden, geformt, wobei der Satz von Gewichtungen die Gewichtung bestimmt, mit welcher jedes Datenbit von jedem Antennenelement der Basisstation übertragen wird. Jeder Strahlenkeule ist eine Datenrate, mit welcher Bits zu übertragen sind, und eine Ausgangsleistung zugewiesen. Die Anzahl von zu verwendenden Strahlenkeulen, die Strahlenkeulgewichtungen, die Datenraten und die Leistung für die gewählten Strahlenkeulen werden in dem Benutzerendgerät bestimmt.
Die erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird für korrelierte räumliche Kanäle vorgeschlagen. Ein spezifischer parametrierter Gewichtungssatz für das Basisstations-Antennen-Array wird angenommen. Das heißt, es wird angenommen, dass die Basisstation ein gleichförmiges lineares Array (ULA = Uniform Linear Array) aufweist; die Antennen weisen einen gleichen Abstand auf, wobei der Abstand klein genug ist, um erhebliche Korrelation (jedoch nicht unbedingt nahe der Einheit) zwischen benachbarten Antennen zu gestatten. Unter diesen Annahmen wird ein bestimmtes parametriertes Strahlformkonzept an dem Benutzerendgerät verwendet, in welchem Sendegewichtung/Array-Vektor, parametriert durch θ, angegeben ist durch: w(θ) = [1, ejθ, ..., ej(M-1)θ]T/√M
Die Rückkopplung kann z.B. durch Verwendung der Eigenvektoren, welche den beiden größten Eigenwerten der Kanalmatrix H^HH entsprechen, berechnet werden, wobei H = (h₁, ..., h_M) und wobei h_m die Impulsantwort zwischen dem m-ten Arrayelement und allen Antennen des Benutzerendgeräts ist. Bezeichnet man diese Vektoren mit e_{max_i} (i = 1, 2) und löst man θi* = argmaxθi||w(θi)Hemax_i||2 so sind die Phasen an dem Sendeelement m w_m = e^j(m-1)θ*.
Wenn es das Benutzerendgerät als vorteilhaft befindet, können an Stelle der Eigenvektoren e_{max_i} einige (nicht unbedingt orthogonale) lineare Kombinationen aus den Eigenvektoren als Basis für das Lenken der Strahlenkeulen von dem ULA verwendet werden. Beispielsweise kann, wenn die Datenraten, die den Strahlenkeulen zugeordnet sein können, derart sind, dass die Strahlenkeule mit dem höchsten Eigenwert mehr Daten unterstützen kann, als mit der höchsten unterstützbaren Datenrate übertragen werden können, das Benutzerendgerät sich dafür entscheiden, korrelierende Strahlenkeulen auszuwählen, wobei eine geeignete Mischung aus orthogonalen Strahlenkeulen verwendet wird, um die maximale Datenrate mit einer annehmbaren Dienstgüte zu erreichen.
Der Satz von Parametern θi für parallele Übertragung wird zur Basisstation, z.B. durch Anwendung von Mode-1- Rückkopplungssignalisierung, rückgekoppelt. In Mode 1 signalisiert das Rückkopplungsbit in aufeinanderfolgenden Schlitzen die realen und die imaginären Teile der Rückkopplungsgewichtungen oder in diesem Fall die Winkelparameter θi. Es ist auch möglich, die Verstärkungen der Antennen mit einem oder mehreren Parametern zu parametrieren. Eine Parametrierung wäre, die Verstärkungen linear entlang dem linearen Array zunehmen oder abnehmen zu lassen. Eine andere Parametrierung würde die mittleren Antennenelemente oder jedes zweite Element verstärken oder unterdrücken. Wenn Antennenverstärkungen parametriert werden, wählt die oben genannte Maximierung die besten Winkel- und Verstärkungsparameter, um den Eigenvektoren zu entsprechen. Diese Informationen können z.B. durch Closed-Loop-Mode-2-Signalisierung übertragen werden. Im Closed-Loop-Mode-2 wird die Rückkopplungsgewichtung als Gray-codierte Meldung mit 3 Phasenbits und 1 Verstärkungsbit signalisiert. Das Verstärkungsbit, welches in jedem vierten Schlitz übertragen wird, wählt die relative Verstärkung zwischen den beiden Sendeelementen. Hier würde Mode-2-Signalisierung Informationen des Winkelparameters θi in den Phasenbits und eines Verstärkungsparameters in dem Verstärkungsbit übermitteln.
Darüber hinaus kann die Rückkopplung von dem Endgerät zu dem Sender reduziert werden, wenn das Endgerät das Verfahren kennt, welches der Sender beim Bestimmen der Koeffizienten für die parallelen Strahlenkeulen verwendet. Beispielsweise ist es möglich, dass das Endgerät die Koeffizienten oder Parameter für nur eine Strahlenkeule sendet und die Basisstation dann zwei oder mehr parallele Strahlenkeulen mittels w(θ – Δ) und w(θ + Δ) bestimmt, wobei Δ von vornherein festgelegt oder zwischen dem Sender und dem Endgerät ausgehandelt wird und wobei θ der Parameter für die beiden Strahlenkeulen ist. Dann kann das Endgerät θ gemeinsam für w(θ – Δ) und w(θ + Δ) optimieren, so dass zwei parametrierte Strahlenkeulen übertragen werden, jedoch mit nur einem Rückkopplungssignal (θ). Dies lässt sich natürlich für mehrere parallele Strahlenkeulen verallgemeinern, und verschiedene Weisen, um die mehreren parallelen Strahlenkeulen aus einer einzigen Rückkopplung zu berechnen, sind möglich.
Zusätzlich zu den Gewichtungsinformationen bestimmt das Benutzerendgerät die Datenrate, die durch jede gewählte Downlink-Strahlenkeule zu verwenden ist. Das Datensignal ist über die verschiedenen Downlink-Strahlenkeulen zu verteilen, derart, dass die Zieldatenrate R mit minimaler Sendeleistung erreicht wird. Diese Zielrate kann durch das Benutzerendgerät auf der Basis der verfügbaren Kanal- und Interferenzinformationen gewählt werden. Demnach weist das Benutzerendgerät N möglichen, nicht unbedingt orthogonalen Strahlenkeulen die Datenraten R1 bis RN auf eine Weise zu, dass R = R1 + R2 + ... + RN = konst. Zu diesem Zweck wird das Signal-Rausch-Verhältnis SNR der gewählten Strahlenkeulen evaluiert. Der gewählten dominanten Strahlenkeule mit dem höchsten SNR wird die höchste Datenrate zugewiesen, und der gewählten dominanten Strahlenkeule mit dem niedrigsten SNR wird die niedrigste Datenrate zugewiesen. Darüber hinaus wird die Korrelation zwischen den Kanälen in Betracht gezogen. Bei hoher Korrelation wird die Datenrate je gewählter Strahlenkeule reduziert, da die unterstützbare (Ziel-)Datenrate verringert werden muss. Die Datenraten für die gewählten Downlink-Strahlenkeulen sind in zusätzlicher Rückkopplung von dem Benutzerendgerät zu der Basisstation enthalten.
Ebenso in einer derartigen zusätzlichen Rückkopplung von dem Benutzerendgerät zu der Basisstation enthalten sind Informationen über die beste Leistungsverteilung für die verschiedenen gewählten Strahlenkeulen. Die Leistung kann durch das Benutzerendgerät auf eine Weise zugewiesen werden, dass die gesamte Ausgangsleistung der Basisstation konstant oder für ein bestimmtes Datenraten- und Dienstgüteerfordernis minimiert ist. Auch für die Bestimmung der Leistungsverteilung werden die Kanaleigenschaften evaluiert. Beispielsweise kann die niedrigste Ausgangsleistung der gewählten dominanten Strahlenkeule mit dem höchsten SNR zugewiesen werden. Das Übertragen von Informationen über die Leistungsverteilung von verschiedenen Strahlenkeulen kann beim Mode-2-Signalisieren vorteilhaft mit dem Übertragen der Phasenparameter θi kombiniert werden. Nun würde das Verstärkungsbit die relative Verstärkung der betreffenden Strahlenkeule angeben, und die Phasenbits würden Informationen über die Winkelparameter θi übermitteln. Gleichermaßen können beim Mode-2-Signalisieren Datenrateninformationen durch das Verstärkungsbit angegeben werden.
Die Prozesse des Auswählens der Datenraten und des Auswählens der Leistungsverteilung können in manchen Fällen als komplementär betrachtet werden, d.h. die Wirkung der Verwendung des einen kann zum Teil durch Verwendung des anderen erzeugt werden.
Die Basisstation empfängt von dem Benutzerendgerät die Rückkopplungssignale mit einem Satz von Gewichtungen, die Datenrate und die Ausgangsleistung für jede gewählte Downlink-Strahlenkeule. Diese Rückkopplungsinformationen ermöglichen, dass die Basisstation die Datensignale auf die Weise verteilt, gewichtet und überträgt, welche durch das Benutzerendgerät als angesichts der vorliegenden Situation geeignetste bestimmt wurde.
Die durch die Basisstation zu übertragenden Datensignale werden in der Basisstation nach Kanalcodieren auf mehrere Downlink-Strahlenkeulen aufgeteilt, so dass verschiedene codierte Bits von verschiedenen Strahlenkeulen mit der zugewiesenen Leistung übertragen werden. Zum Codieren wird z.B. Turbo-Codieren verwendet, und die Bits werden nacheinander über die verschiedenen Strahlenkeulen gesendet, wobei die verschiedenen zugewiesenen Datenraten R1 bis RM berücksichtigt werden. Darüber hinaus werden die Bits über die räumlichen Kanäle geeignet ineinander verschachtelt, so dass, auch wenn ein Kanal oder eine Strahlenkeule ein sehr niedriges SNR aufweist, die Daten decodiert werden können. Beispielsweise können Zufallsverschachtelung oder irgendeine optimierte Verschachtelung verwendet werden. Als Beispiel können wir mit einem Rate-1/3-Turbocodierer, der ein systematisches Bit (x0), ein Paritätsbit 1 (x1) und ein Paritätsbit 2 (x2) bereitstellt, x0 durch mindestens zwei Strahlenkeulen, x1 durch Strahlenkeule 1 und x2 durch Strahlenkeule 2 übertragen. Demnach wird das codierte Signal in mindestens zwei Strahlenkeulen mit mindestens zum Teil verschiedenen Inhalten verteilt. Jede Strahlenkeule wird durch Gewichten der bereitgestellten codierten Datenbits in den Antennenelementen mit dem entsprechenden Satz von Gewichtungen geformt, der Gewichtungsinformationen für jedes Antennenelement für die spezifische Strahlenkeule umfasst. An dem Endgerät werden die verschiedenen Teile der Datensignale, die auf die verschiedenen Strahlenkeulen verteilt sind, wieder kombiniert, um die richtige Symbol- oder Bitreihenfolge zum Kanaldecodieren oder für jedwede andere nachfolgende Empfängerstufe zu erhalten.
Die zweite Ausführungsform der Erfindung basiert auf einer Eigenanalyse der langzeitigen räumlich-temporalen Kovarianzmatrizen, die mit einem Endgerät, das N Empfangsantennenelemente aufweist, aus den dominanten temporalen Taps geschätzt werden. Diese Lösung eignet sich insbesondere zum Entscheiden der Anzahl von zu verwendenden Strahlenkeulen, wenn mit korrelierten räumlichen Kanälen zu rechnen ist.
Die Eigenstrahlenkeulen mit den größten Eigenwerten und daher dem größten durchschnittlichen SNR werden aus der räumlich-temporalen Korrelationsmatrix bestimmt. Die dominanten Eigenvektoren, welche durch die Eigenanalyse bestimmt werden, werden zu der Basisstation als Sätze von Gewichtungen zum Downlink-Strahlenformen rückgekoppelt. Wenn die bestimmten Gewichtungen Schritt für Schritt zu der Basisstation rückgekoppelt werden, findet dieser Prozess etwa auf derselben Zeitskala wie die physische Bewegung des Benutzerendgeräts statt. Ein derartiges Formen von Eigenstrahlenkeulen wurde in „Advanced closed loop Tx diversity concept (eigenbeamformer)", 3GPP TSG RAN WG 1, TSGR1#14(00)0853 Meeting #14, 4.–7. Juli 2000, Oulu, Finnland, von Siemens zum Auswählen von Diversitätssendestrahlenkeulen beschrieben.
Vor der oder parallel mit der Übertragung von Datensignalen wird eine orthogonale Pilotsequenz von jedem Basisstationsantennenelement zu dem Benutzerendgerät übertragen. Mit den empfangenen Signalen ist das Benutzerendgerät in der Lage, die langzeitige räumliche Kovarianzmatrix R oder -matrizen R_n aus den dominanten temporalen Taps zu schätzen. Im vorliegenden Fall, wo mehr als ein Empfangsantennenelement im Benutzerendgerät verwendet wird, ist die Dimension der Korrelationsmatrizen verglichen mit einem Empfangsantennenelement typischerweise erhöht. Alternativ dazu kann die Dimension unabhängig von der Anzahl von Empfangsantennenelementen gleich bleiben. In letzterem Fall sind die Empfängeroperationen vereinfacht, und die Korrelationsmatrix für Signale und Kanalkoeffizienten, die an verschiedenen oder ausgewählten Empfangsantennenelementen empfangen werden, wird angegeben durch: R = HH·Hwobei H = [h₁ h₂ ... h_M]
wobei M die Anzahl von Sendeantennenelementen ist und wobei h_l (l = 1 ... M) ein (N × L) × 1 Vektor, eine Verkettung von N Impulsantwortvektoren mit der Länge L, ist, wobei N die Anzahl von Empfangsantennen ist. Zum Erhalten der zum Strahlformen benötigten Gewichtungsvektoren berechnet das Endgerät zwei verschiedene Vektoren aus dieser Matrix R, z.B. die Eigenvektoren, welche den zwei größten Eigenwerten der Matrix entsprechen.
Das vorhin erwähnte Verfahren ermittelt, beim Berechnen der Korrelationsmatrix und hernach zum Bestimmen der Sendestrahlenkeule oder der Sendestrahlenkeulen auf der Basis der Korrelationsmatrix, den Durchschnitt der Beiträge jedes Wegs und jeder Empfangsantenne. Stattdessen ist es möglich, die Sendestrahlkeulkoeffizienten für jeden oder für ausgewählte Verzögerungswege oder für ausgewählte Empfangsantennen zu bestimmen. Zu diesem Zweck werden mehrere Korrelationsmatrizen berechnet, wobei zum Berechnen jeder Korrelationsmatrix eine andere Kombination aus Zeilen von Kanalmatrix H ausgewählt wird (d.h. beim Berechnen der Korrelationsmatrix wird ein anderer Satz von Zeilenindizes gewählt). Dann können mehrere Gewichtungskoeffizienten berechnet werden, wobei jedem Zeilenindexsatz einer entspricht. Durch Auswählen geeigneter Zeilen kann das Endgerät Gewichtungskoeffizienten auf eine Weise berechnen, dass verschiedene parallele Strahlenkeulen für verschiedene Empfangsantennen oder verschiedene Mehrwegeverzögerungen oder eine Kombination aus den beiden optimiert werden. Ferner kann das Endgerät die Interferenz zwischen den Strahlenkeulen berücksichtigen und dadurch das Signal-Interferenz-Verhältnis und nicht nur die Signalleistung wirksam optimieren. Festzuhalten ist, dass es hier ausreichend ist, wenn das Endgerät nur eine Empfangsantenne aufweist, solange es mindestens zwei Verzögerungswege zwischen dem Sender und dem Endgerät gibt.
Langzeitige Eigenschaften können durch Berechnen der Gewichtungskoeffizienten genutzt werden. Gehen wir nun davon aus, dass h_n ein M-dimensionaler Vektor, der dem n-ten dominanten Tap entspricht, zwischen M Sendeelementen und N Empfangsantennenelementen am Verzögerungsweg n ist. Die langzeitigen Kanaleigenschaften ändern sich langsam im Lauf der Zeit, weswegen ein Vergessensfaktor ρ auf die langzeitige räumliche Kovarianzmatrix des n-ten dominanten temporalen Tap mit der Gleichung: Rn(i) = ρRn(i – 1) + (1 – ρ)hn(i)hn H(i),angewandt wird, wobei i die Schlitznummer und h_n den Vektor der räumlichen Kanalschätzung des n-ten temporalen Tap bezeichnet. Durch Formen der Eigenvektoren kann eine Dekorrelation der strahlformenden Vektoren und dadurch eine Reduktion der Dimension für nachfolgende kurzzeitige Verarbeitungen und eine verbesserte kurzzeitige Kanalschätzung an dem Benutzerendgerät, was durch eine Zunahme der Diversität und der Antennenverstärkung/Interferenz-Unterdrückung ermöglicht wird, erzielt werden.
Ausgehend von den geschätzten Kovarianzmatrizen R_n führt das Endgerät eine Eigenanalyse durch, um mit der Gleichung RnWn = WnΘn die Eigenvektoren für jeden dominanten temporalen Tap zu bestimmen. Die zu findenden Eigenvektoren sind Spalten von W_n. Da die Matrix Θ_n, welche die Eigenwerte der Matrizen R_n umfasst, definitionsgemäß diagonal ist, führt die Übertragung auf verschiedenen Eigenstrahlenkeulen zu unkorreliertem Fast Fading. Die diagonalen Einträge der Matrix Θ_n geben das langzeitige SNR jeder Strahlenkeule an. Hier wird eine Anzahl von Gewichtungsvektoren, die den dominanten Eigenstrahlenkeulen entsprechen, basierend auf verschiedenen Verzögerungswegen bestimmt. Alternativ dazu kann die Korrelationsmatrix für jedwede andere Kombination von Zeilenindizes von H geschätzt werden. Wenn beispielsweise alle Zeilen von H ausgewählt werden, müssen wir nur eine Korrelationsmatrix nachverfolgen (Durchschnitt über mehrere Verzögerungswege oder Empfangsantennen) und finden mindestens zwei dominante Eigenvektoren oder Strahlenkeulen aus einer einzigen Matrix. Die Entscheidung, welche Verzögerungswege und Empfangsantennenwege verwendet werden, kann auch von der Empfängerstruktur abhängen. Allerdings muss die konkrete Weise, wie das Endgerät entscheidet, die langzeitigen Koeffizienten zu berechnen, für gewöhnlich nicht dem Sender bekannt sein. Der Sender muss nur die tatsächlichen Gewichtungskoeffizienten kennen, die in dem Sender angewandt werden, um die mindestens zwei Strahlenkeulen zu formen.
Mit der Berechnung der Eigenvektoren der Korrelationsmatrizen wird eine automatische Anpassung an verschiedene Fortpflanzungsumgebungen (räumlich korreliert oder unkorreliert, frequenzselektiv oder nichtfrequenzselektiv) möglich. Wenn der Kanal räumlich korreliert ist, kann der Kanal durch eine kleine Anzahl von gewichteten Eigenstrahlenkeulen exakt beschrieben werden. Wenn der Kanal andererseits eine räumliche Korrelation von Null aufweist, können keine langzeitigen räumlichen Kanalinformationen genutzt werden, und jeder Eigenvektor adressiert nur ein Antennenelement. Demnach bestimmt das Benutzerendgerät aus der Eigenwertverteilung die Anzahl von ausreichend unabhängigen räumlichen Kanälen und signalisiert die Gewichtungssätze für die entsprechenden Downlink-Strahlenkeulen zu der Basisstation. Wie bei der ersten Ausführungsform können die ausgewählten Strahlenkeulen absichtlich korrelierend sein, um die Kapazität des Kanals voll zu nutzen.
Die Sätze von Gewichtungen, welche zum Formen der Downlink-Strahlenkeulen bestimmt werden, werden auf eine Weise gewählt, dass sie eine effiziente Signaltrennung an dem Empfänger ermöglichen. Wenn die dominantesten Strahlenkeulen hochgradig korreliert sind, kann der Transceiver oder das Endgerät nur einen davon effizient für die parallele Übertragung nutzen. Diesfalls wird zusätzlich zu einem von diesen dominantesten Strahlenkeulen eine andere dominante Strahlenkeule mit einem kleineren Eigenwert, welche jedoch von den beiden dominanten Strahlenkeulen ausreichend verschieden ist, oder eine geeignete lineare Kombination aus Strahlenkeulen gewählt.
Die Datenraten und die Leistung, welche für die verschiedenen ausgewählten Downlink-Strahlenkeulen verwendet werden, werden in dem Benutzerendgerät bestimmt und als getrennte Rückkopplungsinformationen zu der Basisstation übertragen, wie mit Bezugnahme auf die erste Ausführungsform beschrieben wurde. Auch das Codieren und Ineinanderverschachteln der Datensignale, die zu übertragen sind, wird wie mit Bezugnahme auf die erste Ausführungsform beschrieben durchgeführt.
Eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann in Fällen angewandt werden, in denen keine langzeitigen räumlichen Korrelationen vorliegen.
Die Antennenelemente sind relativ unkorreliert, und der Fading-Prozess kann relativ schnell sein. Die einzige sich langsam ändernde Eigenschaft ist der Rang der Kanalmatrix H^HH, d.h. die Anzahl von Nicht-Null-Eigenwerten. Mit einer Frequenz, die zu der erwarteten oder tatsächlichen Kohärenzzeit des Kanals proportional ist, wählt das Benutzerendgerät mindestens zwei Strahlenkeulen aus, die von den Eigenvektoren, welche mit mindestens zwei der stärksten Eigenwerte in Relation stehen, linear abhängig sind.
Wie bei der ersten und der zweiten Ausführungsform müssen die Strahlenkeulen nicht orthogonal sein, und die Rückkopplungsinformationen können mit Informationen über Datenraten und/oder die relative Leistungsverteilung der Strahlenkeulen ergänzt werden.
Die Gewichtungen, welche den ausgewählten Strahlenkeulen entsprechen, werden zu der Basisstation übertragen. Dafür kann z.B. Mode-1- oder Mode-2-Signalisierung verwendet werden, wie in Zusammenhang mit der ersten und der zweiten Ausführungsform erläutert wurde.
Insgesamt werden bei allen drei Ausführungsformen alle erforderlichen Verarbeitungen zum Aufbauen einer optimierten Rückkopplungs-Downlink-Übertragung in einer Basisstation mit Mehrfach-Übertragung in dem Benutzerendgerät durchgeführt, wobei die Basisstation nur die empfangenen Informationen anwendet.
Zuletzt sollte festgehalten werden, dass dieselben Verfahren auf Uplink-Übertragungen in persönlichen Kommunikationssystemen oder allgemeiner auf jedwede Funkkommunikations-Verbindungsstrecke mit Mehrfach-Eingangs-, Mehrfach-(oder Einfach-)Ausgangs-Kanälen angewandt werden können, wo ein reziproker Kanal vorhanden ist, der Rückkopplungssignalisierung ermöglicht.

Claims

Verfahren zum Regeln des Gewichtens eines Datensignals in den mindestens zwei Antennenelementen einer ersten Funkverbindungseinheit eines Funkkommunikationssystems, wobei das Datensignal für die parallele Übertragung des Datensignals in mindestens zwei mindestens zum Teil verschiedenen Strömen zu einer zweiten Funkverbindungseinheit mit mindestens einem Antennenelement auf mindestens zwei Strahlenkeulen (beams) zu verteilen ist, wobei die Strahlenkeulen durch Gewichten des Datensignals in den Antennenelementen mit einem Satz von Gewichtungen für jede Strahlenkeule geformt werden, wobei das Verfahren umfasst: – Bestimmen, in der zweiten Funkverbindungseinheit, von Gewichtungsinformationen, welche ermöglichen, dass die erste Funkverbindungseinheit die Sätze von Gewichtungen für mindestens zwei geeignete Strahlenkeulen zur Übertragung eines Datensignals von der ersten Funkverbindungseinheit zu der zweiten Funkverbindungseinheit bestimmt; – Evaluieren, in der zweiten Funkverbindungseinheit, der stationären Struktur von empfangenen Kanälen zum Bestimmen von Datenraten, die zu verwenden sind, für jede der mindestens zwei geeigneten Strahlenkeulen; – Übertragen der bestimmten Gewichtungsinformationen und der bestimmten Datenraten zu der ersten Funkverbindungseinheit; und – Verteilen des Datensignals in der ersten Funkverbindungseinheit auf mindestens zwei Sätze von Gewichtungen, die aus den empfangenen Gewichtungsinformationen bestimmt wurden, und gleichzeitiges Übertragen der Datensignale über die mindestens zwei geformten Strahlenkeulen mit den bestimmten Datenraten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Funkverbindungseinheit Gewichtungsinformationen bestimmt, welche ermöglichen, dass die erste Funkverbindungseinheit den Satz von Gewichtungen für mindestens zwei dominante Strahlenkeulen bestimmt, welche eine Signaltrennung an der zweiten Funkverbindungseinheit ermöglichen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Funkverbindungseinheit die Datenraten, die zu verwenden sind für die mindestens zwei bestimmten Strahlenkeulen, auf eine Weise bestimmt, dass die Gesamtdatenrate fest ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Funkverbindungseinheit die Datenraten, die zu verwenden sind für die mindestens zwei bestimmten Strahlenkeulen, auf eine Weise bestimmt, dass die Gesamtdatenrate mit minimaler Sendeleistung erreicht wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Funkverbindungseinheit die Leistung, die zu verwenden ist für die mindestens zwei bestimmten Strahlenkeulen, gemäß den Kanaleigenschaften bestimmt und Informationen mit der zu verwendenden Leistung zu der ersten Funkverbindungseinheit überträgt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die zweite Funkverbindungseinheit die Leistung, die zu verwenden ist für die mindestens zwei bestimmten Strahlenkeulen, auf eine Weise bestimmt, dass die Gesamtleistung konstant ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Kanal- und Interferenzinformationen in der zweiten Funkverbindungseinheit zum Bestimmen der Gewichtungsinformationen verwendet werden, welche die Bestimmung der Sätze von Gewichtungen für die mindestens zwei geeigneten Strahlenkeulen ermöglichen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die kurzzeitigen Variationen in den empfangenen Kanälen zum Bestimmen der Gewichtungsinformationen und/oder der Datenraten und/oder der Leistung, die zu verwenden sind für jede der mindestens zwei geeigneten Strahlenkeulen, in der zweiten Funkverbindungseinheit evaluiert werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die stationäre Struktur der empfangenen Kanäle zum Bestimmen der Gewichtungsinformationen und/oder der Leistung, die zu verwenden sind für jede der mindestens zwei geeigneten Strahlenkeulen, in der zweiten Funkverbindungseinheit evaluiert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gewichtungsinformationen durch eine Eigenanalyse von räumlichen Kovarianzmatrizen bestimmt werden, welche die stationäre Struktur der empfangenen Kanäle darstellen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die stationäre Struktur der empfangenen Kanäle zum Bestimmen der Gewichtungsinformationen in der zweiten Funkverbindungseinheit verwendet wird und wobei kurzzeitige Variationen in den empfangenen Kanälen darüber hinaus zum Bestimmen der Datenraten und der Leistung, die zu verwenden sind für die Strahlenkeulen, in der zweiten Funkverbindungseinheit verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Funkverbindungseinheit die Datensignale, welche in der ersten Funkverbindungseinheit auf die mindestens zwei Strahlenkeulen verteilt wurden und in mindestens zwei mindestens zum Teil verschiedenen Strömen zu der zweiten Funkverbindungseinheit übertragen wurden, wiederherstellt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die zweite Funkverbindungseinheit die Gewichtungsinformationen, die zu der ersten Funkverbindungseinheit übertragen wurden, zum Wiederherstellen der Datensignale verwendet.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die erste Funkverbindungseinheit Gewichtungsinformationen überträgt, aus welchen die zweite Funkverbindungseinheit den Satz von Gewichtungen bestimmen kann, der zur Übertragung der Datensignale zu der zweiten Funkverbindungseinheit verwendet wird, und wobei die zweite Funkverbindungseinheit die Gewichtungsinformationen zum Wiederherstellen der Datensignale verwendet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Funkverbindungseinheit die Anzahl von Strahlenkeulen, die zur Übertragung zu verwenden sind, bestimmt, wobei die übertragenen Gewichtungsinformationen Informationen über die Anzahl von zu verwendenden Strahlenkeulen umfassen.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die zweite Funkverbindungseinheit die Anzahl von Strahlenkeulen, die für die Übertragung eines Datensignals von der ersten Funkverbindungseinheit zu der zweiten Funkverbindungseinheit zu verwenden ist, auf der Basis von Kanal- und/oder Interferenzinformationen bestimmt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Funkverbindungseinheit eine Basisstation und die zweite Funkverbindungseinheit ein Benutzerendgerät ist und wobei die geformten Strahlenkeulen Downlink-Strahlenkeulen sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Funkverbindungseinheit ein Benutzerendgerät und die zweite Funkverbindungseinheit eine Basisstation ist und wobei die geformten Strahlenkeulen Uplink-Strahlenkeulen sind.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18 in einem WCDMA-FDD-System.
Funkverbindungseinheitsmodul für eine erste Funkverbindungseinheit eines drahtlosen Kommunikationssystems, umfassend Mittel zum Regeln eines Gewichtens eines Datensignals in mindestens zwei Antennenelementen der ersten Funkverbindungseinheit, wobei das Datensignal zur parallelen Übertragung des Datensignals in mindestens zwei mindestens zum Teil verschiedenen Strömen zu einer zweiten Funkverbindungseinheit mit mindestens einem Antennenelement auf mindestens zwei Strahlenkeulen zu verteilen ist, – wobei die Mittel ausgebildet sind, um von der zweiten Funkverbindungseinheit Gewichtungsinformationen und Datenraten, die zu verwenden sind für jede der mindestens zwei geeigneten Strahlenkeulen, zu empfangen, wobei die Datenraten in der zweiten Funkverbindungseinheit durch Evaluieren der stationären Struktur von empfangenen Kanälen bestimmt werden; und – wobei die Mittel ausgebildet sind, um das Datensignal auf mindestens zwei Sätze von Gewichtungen zu verteilen, die aus den empfangenen Gewichtungsinformationen für die mindestens zwei geeigneten Strahlenkeulen bestimmt wurden, und um die Datensignale gleichzeitig über die mindestens zwei geformten Strahlenkeulen mit den bestimmten Datenraten zu der zweiten Funkverbindungseinheit zu übertragen.
Funkverbindungseinheitsmodul nach Anspruch 20, ferner umfassend Mittel zum Regeln des Gewichtens eines Datensignals in den mindestens zwei Antennenelementen einer zweiten Funkverbindungseinheit, wobei das Datensignal zur parallelen Übertragung des Datensignals in mindestens zwei mindestens zum Teil verschiedenen Strömen zu der ersten Funkverbindungseinheit auf mindestens zwei Strahlenkeulen zu verteilen ist, wobei die Strahlenkeulen durch Gewichten des Datensignals in den Antennenelementen mit einem Satz von Gewichtungen für jede Strahlenkeule geformt werden, – wobei die Mittel ausgebildet sind, um Gewichtungsinformationen zu bestimmen, die ermöglichen, dass die zweite Funkverbindungseinheit die Sätze von Gewichtungen für mindestens zwei geeignete Strahlenkeulen zur Übertragung eines Datensignals von der anderen Funkverbindungseinheit zu der ersten Funkverbindungseinheit bestimmt; – wobei die Mittel ausgebildet sind, zum Bestimmen von Datenraten, die zu verwenden sind für jede der mindestens zwei geeigneten Strahlenkeulen, die stationäre Struktur von empfangenen Kanälen zu evaluieren; und – wobei die Mittel ausgebildet sind, die bestimmten Gewichtungsinformationen und die bestimmten Datenraten zu der zweiten Funkverbindungseinheit zu übertragen, um zu Ermöglichen, dass die zweite Funkverbindungseinheit das Datensignal auf mindestens zwei Sätze von Gewichtungen verteilt, die aus den empfangenen Gewichtungsinformationen bestimmt werden, und die Datensignale gleichzeitig mit den bestimmten Datenraten über die mindestens zwei geformten Strahlenkeulen überträgt.
Funkverbindungseinheitsmodul nach einem der Ansprüche 20 und 21, wobei das Funkverbindungseinheitsmodul ein Basisstationsmodul oder ein Benutzerendgerätmodul ist.
Funkverbindungseinheit, umfassend mindestens zwei Antennenelemente und ein Funkverbindungseinheitsmodul nach einem der Ansprüche 20 bis 22.
Basisstation, umfassend mindestens zwei Antennenelemente und ein Funkverbindungseinheitsmodul nach einem der Ansprüche 20 bis 22.
Benutzerendgerät, umfassend mindestens zwei Antennenelemente und ein Funkverbindungseinheitsmodul nach einem der Ansprüche 20 bis 22.
Funkverbindungseinheitsmodul für eine erste Funkverbindungseinheit eines drahtlosen Kommunikationssystems, umfassend mindestens ein Antennenelement und Mittel zum Regeln des Gewichtens eines Datensignals in den mindestens zwei Antennenelementen einer zweiten Funkverbindungseinheit, wobei das Datensignal zur parallelen Übertragung des Datensignals in mindestens zwei mindestens zum Teil verschiedenen Strömen zu der ersten Funkverbindungseinheit auf mindestens zwei Strahlenkeulen zu verteilen ist, wobei die Strahlenkeulen durch Gewichten des Datensignals in den Antennenelementen mit einem Satz von Gewichtungen für jede Strahlenkeule geformt werden, – wobei die Mittel ausgebildet sind, um Gewichtungsinformationen zu bestimmen, die ermöglichen, dass die zweite Funkverbindungseinheit die Sätze von Gewichtungen für mindestens zwei geeignete Strahlenkeulen zur Übertragung eines Datensignals von der anderen Funkverbindungseinheit zu der ersten Funkverbindungseinheit bestimmt; – wobei die Mittel ausgebildet sind, um zum Bestimmen von Datenraten, die zu verwenden sind für jede der mindestens zwei geeigneten Strahlenkeulen, die stationäre Struktur von empfangenen Kanälen zu evaluieren; und – wobei die Mittel ausgebildet sind, die bestimmten Gewichtungsinformationen und die bestimmten Datenraten zu der zweiten Funkverbindungseinheit zu übertrage, um zu Ermöglichen, dass die zweite Funkverbindungseinheit das Datensignal auf mindestens zwei Sätze von Gewichtungen verteilt, die aus den empfangenen Gewichtungsinformationen bestimmt werden, und die Datensignale gleichzeitig mit den bestimmten Datenraten über die mindestens zwei geformten Strahlenkeulen überträgt.
Funkverbindungseinheitsmodul nach Anspruch 26, wobei das Funkverbindungseinheitsmodul ein Basisstationsmodul oder ein Benutzerendgerätmodul ist.
Funkverbindungseinheit, umfassend mindestens ein Antennenelement und ein Funkverbindungseinheitsmodul nach einem der Ansprüche 26 und 27.
Basisstation, umfassend mindestens ein Antennenelement und ein Funkverbindungseinheitsmodul nach einem der Ansprüche 26 und 27.
Benutzerendgerät, umfassend mindestens ein Antennenelement und ein Funkverbindungseinheitsmodul nach einem der Ansprüche 26 und 27.
Funkkommunikationssystem, umfassend mindestens eine Funkverbindungseinheit mit Mitteln zum Realisieren als erste Funkverbindungseinheit die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18 und mindestens eine Funkverbindungseinheit mit Mitteln zum Realisieren als zweite Funkverbindungseinheit die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18.
Funkkommunikationssystem nach Anspruch 31, wobei die Funkverbindungseinheiten, die als erste Funkverbindungseinheit verwendet werden, Basisstationen und/oder Benutzerendgeräte sind.
Funkkommunikationssystem nach Anspruch 31, wobei die Funkverbindungseinheiten, die als zweite Funkverbindungseinheit verwendet werden, Basisstationen und/oder Benutzerendgeräte sind.
Funkkommunikationssystem nach einem der Ansprüche 31 bis 33, wobei mindestens eine der Funkverbindungseinheiten Mittel zum Realisieren der Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18 als sowohl erste wie auch zweite Funkverbindungseinheit umfasst.