DE60104252T2

DE60104252T2 - Raum-Zeit-Verarbeitung für drahtlose Kommunikationssysteme mit mehreren Sende- und Empfangsantennen

Info

Publication number: DE60104252T2
Application number: DE60104252T
Authority: DE
Inventors: Angel New York Lozano; Farrokhi Fremont Rashid-Farrokh; Reinaldo A. Holmdel Valenzuela
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 2000-08-18
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2021-03-06
Also published as: KR100811577B1; US7113558B2; AU5799301A; EP1187363B1; CA2350878C; CN1339881A; CN1233106C; BR0103224A; ATE271284T1; JP5366345B2; DE60104252D1; EP1187363A1; US6778612B1; JP2002124899A; US20040208258A1; CA2350878A1; KR20020014774A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der drahtlosen Kommunikation und insbesondere drahtlose Kommunikationssysteme mit mehreren Antennen am Sender und mehreren Antennen am Empfänger, sogenannte MIMO-Systeme (Multiple-Input Multiple-Output).
In der Technik ist wohlbekannt, daß MIMO-Systeme (multiple-input multiple-output) im Vergleich zu Einzelantennensystemen, d.h. Einzelantenne zu Einzelantenne oder mehrfache Antenne zu Einzelantenne, drastisch verbesserte Kapazität erreichen können. Um diese Verbesserung zu erzielen, ist jedoch zu bevorzugen, daß eine hochstreuende Umgebung vorliegt, so daß die verschiedenen, die mehreren Empfangsantennen erreichenden Signale größtenteils unkorreliert sind. Wenn die Signale irgendeinen Grad an Korrelation aufweisen und diese Korrelation außer Acht gelassen wird, verschlechtert sich die Leistung und die Kapazität verringert sich.
Bei JONGREN ET AL.: 'Combining transmit antenna weights and orthogonal space-time block codes by utilizing side information' (Kombinieren von Sendeantennengewichten und orthogonalen Raum-Zeit-Blockcodes durch Nutzung von Seiteninformation) SIGNALS, SYSTEMS, AND COMPUTERS 1999, KONFERENZPROTOKOLL DER DREIUNDDREISSIGSTEN ASILOMAR CONFERENCE AM 24.–27. OKTOBER 1999, PISCATAWAY, NJ, USA, IEEE, US, 24. OKTOBER 1999 (1999-10-24), SEITEN 1562–1566, XP010373893, ISBN: 0-7803-5700-0 wird die Verwendung von Raum-Zeit-Codes bei Mehrfach-Sende- und Empfangsantennensystemen gelehrt, wenn der Sender teilweise aber nicht perfekte Kenntnis über den Kanal besitzt und wie die Antennengewichte am Sender einzustellen sind.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Ein Sender, ein Empfänger und zugehörige Verfahren gemäß der Erfindung entsprechen den unabhängigen Ansprüchen. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
Es ist eine Weise zur Entwicklung von Signalen in einem MIMO-System erfunden worden, so daß selbst angesichts einiger Korrelation die größte Kapazität bei offenem Regelkreis, die unter Verwendung eines Kanals mit dieser Höhe an Korrelation erzielt werden kann, erreicht wird. Gemäß den Grundsätzen der Erfindung werden die von den verschiedenen Antennen übertragenen Signale so verarbeitet, daß ihre Fähigkeit zur Übermittlung der maximalen Informationsmenge verbessert wird. Insbesondere werden die zu übertragenden Daten in M+1 Teilströme eingeteilt, wobei M die Anzahl von Sendeantennen ist. Jeder Sendeantenne wird ein Kombinationssignal zugeführt, das aus einer gewichteten Version eines gemeinsamen der Teilströme und einer gewichteten Version eines jeweiligen der Teilströme, der einmalig für diese Antenne zugeführt wird, besteht, so daß es M Sendesignale gibt. Ein Empfänger mit N Antennen empfängt die durch den Kanal kombinierten M Sendesignale und stellt daraus wieder die ursprünglichen Daten her. Dies kann durch aufeinanderfolgende Decodierungsverfahren erreicht werden. Vorteilhafterweise wird die Kapazität mit offenem Regelkreis, d.h. die Informationsrate, die mit einer willkürlich geringen Fehlerwahrscheinlichkeit übermittelt werden kann, wenn der momentane Abwärtskanalzustand dem Sender unbekannt ist, maximiert.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden die Gewichte durch den Abwärtskanalsender unter Verwendung von Kanalstatistiken der Abwärtsstrecke bestimmt, die dem Sender der Abwärtsstrecke bekannt gemacht werden, indem sie von Zeit zu Zeit vom Empfänger der Abwärtsstrecke aus durch den Sender der Aufwärtsstrecke übertragen werden. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird durch den Empfänger des Abwärts kanals eine Bestimmung von Gewichtsparametern oder der Gewichte selbst unter Verwendung der Kanalstatistiken der Abwärtsstrecke und dem bestimmten Gewichtsparameter bzw. der Gewichte dem Sender der Abwärtsstrecke bekannt gemacht, indem sie von Zeit zu Zeit von dem Empfänger der Abwärtsstrecke aus durch den Sender der Aufwärtsstrecke übertragen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung zeigt:
1 einen beispielhaften Teil eines Senders zum Entwickeln von Signalen zur Übertragung in einem MIMO-System mit einem Sender mit M Sendeantennen, die über einen Abwärtskanal senden, so daß selbst angesichts einiger Korrelation die größte Kapazität bei offenem Regelkreis, die mit einem Kanal mit dieser Höhe von Korrelation erzielt werden kann, erreicht wird, gemäß den Grundsätzen der Erfindung;
2 einen beispielhaften Teil eines Empfängers für ein MIMO-System gemäß den Grundsätzen der Erfindung;
3 ein beispielhaftes Verfahren in Flußdiagrammform zur Entwicklung von Signalen zur Übertragung in einem MIMO-System, so daß selbst angesichts einiger Korrelation die größte Kapazität bei offenem Regelkreis, die mit einem Kanal mit dieser Höhe an Korrelation erzielt werden kann, mit einem Vorgang mit im wesentlichen offenem Regelkreis erreicht wird, gemäß den Grundsätzen der Erfindung;
4 einen weiteren beispielhaften Vorgang in Flußdiagrammform zur Entwicklung von Signalen zur Übertragung in einem MIMO-System, so daß selbst angesichts einiger Korrelation die größte Kapazität bei offenem Regelkreis, die mit einem Kanal mit dieser Höhe an Korrelation erzielt werden kann, mit einem Vorgang mit im wesentlichen offenem Regelkreis erreicht wird, gemäß den Grundsätzen der Erfindung; und
5 einen weiteren beispielhaften Teil eines Senders zur Entwicklung von Signalen zur Übertragung in einem MIMO-System mit einem Sender mit M Sendeantennen, die über einen Abwärtskanal senden, so daß selbst angesichts einiger Korrelation die größte Kapazität mit offenem Regelkreis, die mit einem Kanal mit dieser Höhe von Korrelation erzielt werden kann, erhalten wird, gemäß den Grundsätzen der Erfindung.
Ausführliche Beschreibung
Im folgenden werden nur die Grundsätze der Erfindung dargelegt. Es ist daher ersichtlich, daß der Fachmann in der Lage sein wird, verschiedene Anordnungen auszuarbeiten, die, obwohl dies hier nicht ausdrücklich beschrieben oder dargestellt ist, die Grundsätze der Erfindung verkörpern und in ihrem Rahmen enthalten sind. Weiterhin sollen alle hier aufgeführten Beispiele und bedingten Ausdrücke im Grundsatz ausdrücklich nur pädagogischen Zwecken dienen, um dem Leser bei dem Verständnis der Grundsätze der Erfindung und der von dem (den) Erfinder(n) zum Fördern der Technik beigetragenen Konzepte behilflich zu sein, und sind als nicht auf solche besonders aufgeführten Beispiele und Bedingungen begrenzend auszulegen. Darüber hinaus sollen alle hiesigen Anführungen von Grundsätzen, Aspekten und Ausführungsformen der Erfindung wie auch besondere Beispiele derselben sowohl strukturelle als auch funktionsmäßige Entsprechungen derselben umfassen. Zusätzlich sollen diese Entsprechungen sowohl gegenwärtig bekannte Entsprechungen wie auch zukünftige entwickelte Entsprechungen, d.h. alle Elemente, die zur Durchführung derselben Funktion ungeachtet der Struktur entwickelt werden, enthalten.
So wird der Fachmann beispielsweise erkennen, daß die hiesigen Blockdiagramme konzeptionelle Ansichten von beispielhaften Schaltungen mit den Grundsätzen der Erfindung darstellen. Auf ähnliche Weise wird erkannt werden, daß alle Flußdiagramme, Zustandsübergangsdiagramme, Pseudocode und dergleichen verschiedene Vorgänge darstellen, die im wesentlichen in von Computer lesebarem Medium dargestellt und daher von einem Computer oder Prozessor ausgeführt werden können, egal ob ein solcher Computer oder Prozessor ausdrücklich dargestellt ist oder nicht.
Die Funktionen der verschiedenen in den Figuren gezeigten Elemente einschließlich von als "Prozessoren" bezeichneten Funktionsblöcken können durch Verwendung fest zugeordneter Hardware wie auch von Hardware, die Software in Verbindung mit der zugehörigen Software ausführen kann, bereitgestellt werden. Wenn sie von einem Prozessor bereitgestellt werden, können die Funktionen durch einen einzigen fest zugeordneten Prozessor, durch einen einzelnen geteilten Prozessor oder durch mehrere einzelne Prozessoren bereitgestellt werden, von denen einige geteilt sein können. Darüber hinaus sollte die ausdrückliche Verwendung des Begriffs "Prozessor" oder "Steuerung" nicht dahingehend ausgelegt werden, daß er sich ausschließlich auf Hardware bezieht, die Software ausführen kann, und kann implizit ohne Begrenzung DSP-Hardware (digital signal processor), Nurlesespeicher (ROM – read only memory) zum Speichern von Software, Direktzugriffsspeicher (RAM – random access memory) und nichtflüchtige Speicherung einschließen. Sonstige herkömmliche und/oder kundenspezifische Hardware kann auch enthalten sein. Auf ähnliche Weise sind alle in den Figuren dargestellten Schalter nur konzeptionell. Ihre Funktion kann durch den Betrieb von Programmlogik, durch fest zugeordnete Logik, durch die Wechselwirkung von Programmsteuerung und fest zugeordneter Logik oder auch von Hand ausgeführt werden, wobei das bestimmte Verfahren vom Implementierer auswählbar ist, da es spezifischer aus dem Zusammenhang verständlich ist.
In den hiesigen Ansprüchen soll jedes als Mittel zum Durchführen einer angegebenen Funktion ausgedrückte Element jede Weise zur Durchführung dieser Funktion umfassen, einschließlich beispielsweise von a) eine Kombination von Schaltungselementen, die diese Funktion durchführen, oder b) Software irgendeiner Form einschließlich der von Firmware, Mikrocode oder dergleichen in Kombination mit den entsprechenden Schaltungen zur Ausführung dieser Software zur Durchführung der Funktion. Die durch diese Ansprüche definierte Erfindung ist in der Tatsache resident, daß die durch die verschiedenen angeführten Mittel bereitgestellten Funktionalitäten auf die von den Patentansprüchen beanspruchte Weise kombiniert und zusammengebracht werden. Die Anmelderin betrachtet daher jedes Mittel, das diese Funktionalitäten bereitstellen kann, als den hier gezeigten gleichwertig.
1 zeigt einen beispielhaften Teil eines Senders zum Entwickeln von Signalen zur Übertragung in einem MIMO-System mit einem Sender mit M Sendeantennen, die über einen Abwärtskanal senden, so daß selbst angesichts einiger Korrelation die größte Kapazität bei offenem Regelkreis, die mit einem Kanal mit dieser Höhe an Korrelation erzielt werden kann, erreicht wird, gemäß den Grundsätzen der Erfindung. In 1 dargestellt sind a) Demultiplexer (demux) 101; b) Gewichtlieferer 105; c) Antennen 107, einschließlich Antennen 107–1 bis 107–M; d) Addierer 109, einschließlich von Addierern 109–1 bis 109–M; e) Multiplizierer 111–1 bis 111–M+1; und f) Hochfrequenz(HF)Umwandler 115 einschließlich von 115–1 bis 115–M.
Der Demultiplexer 101 nimmt einen Datenstrom als einen Eingang entgegen und liefert als Ausgabe M+1 Daten-Teilströme durch Zuführung verschiedener Bit aus dem Eingangsdatenstrom zu jedem der Daten-Teilströme. Die Daten-Teilströme werden vom Demultiplexer 101 einem jeweiligen der Multiplizierer 111 zugeführt. Die Multiplizierer 111-1 bis 111–M multiplizieren jeden Wert der ersten M Daten-Teilströme mit einem ersten, vom Gewichtlieferer 105 zugeführten Gewicht. Typischerweise weist jeder der ersten M gewichteten Daten-Teilströme die gleiche Rate auf. Auf ähnliche Weise multipliziert der Multiplizierer 111–M+1 jeden Wert der M+1-ten Daten-Teilströme mit einem vom Gewichtlieferer 105 zugeführten zweiten Gewicht.
Typischerweise weist der M+1-te Daten-Teilstrom nicht dieselbe Rate wie die ersten M Daten-Teilströme auf. Der gewöhnliche Fachmann wird erkennen, daß die bestimmten Raten für die ersten M Daten-Teilströme und die M+1-ten Daten-Teilströme vom Empfänger abhängig sind, insbesondere von der Reihenfolge, in der der Empfänger die aufeinanderfolgende Zerlegung durchführt. So werden die bestimmten Raten typischerweise von Zeit zu Zeit zwischen dem Empfänger und dem Sender ausgehandelt. Man beachte, daß, je korrelierter der Kanal ist, desto größer ist die Rate des M+1-ten Daten-Teilstroms.
Die ersten und zweiten Gewichte können zueinander bezogen sein und können vom Gewichtlieferer 105 aus einem gemeinsamen Gewichtsparameter entwickelt sein, der aus Statistiken des Abwärtskanals abgeleitet sein kann, wie noch ausführlicher unten beschrieben wird. Bei einer Ausführungsform der Erfindung entwickelt der Gewichtlieferer 105 tatsächlich die Gewichtswerte als Reaktion auf über den Aufwärtskanal von dem gezeigten und weiter in 2 beschriebenen Empfänger empfangene Informationen. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Gewichtswerte im Empfänger entwickelt, dann über den Aufwärtskanal zum Sender geliefert, in dem sie im Gewichtlieferer 105 so lange gespeichert werden, bis sie benötigt werden. Ein Verfahren zur Entwicklung der Gewichte gemäß einem Aspekt der Erfindung wird unten beschrieben.
Jeder der ersten M gewichteten Daten-Teilströme wird als Eingabe eines jeweiligen der Addierer 109 geliefert. Jeder der Addierer 109 empfängt auch an seinem anderen Eingang den gewichteten M+1-ten Daten-Teilstrom, der als Ausgabe vom Multiplizierer 111–M+1 geliefert wird. Jeder der Addierer 109 kombiniert die zwei in ihn eingegebenen gewichteten Daten-Teilströme, um ein kombiniertes Zweigsignal zu erzeugen. So werden M kombinierte Zweigsignale erzeugt, eines von jedem der Addierer 109. Jeder der Hochfrequenz-(HF)Umwandler 115 empfängt eines der M kombinierten Zweigsignale und entwickelt daraus Hochfrequenzversionen der M kombinierten Zweigsignale, die dann jeweiligen Antennen 107 zur Übertragung zugeführt werden.
2 zeigt einen beispielhaften Teil eines Empfängers für ein MIMO-System gemäß den Grundsätzen der Erfindung. 2 zeigt a) N Antennen 201, einschließlich Antennen 201–1 bis 201–N; b) Hochfrequenz(HF-)Wandler 203 einschließlich von Hochfrequenz-(HF-) Wandlern 203–1 bis 203–N; c) Kanalstatistikenschätzeinheit 207; e) wahlweisen Gewichtsparameterrechner 209; und f) wahlweisen Schalter 211. Jede der Antennen 201 empfängt Funksignale und führt eine elektrische Version davon ihren jeweiligen zugehörigen Hochfrequenz-(HF-)Wandlern 203 zu. Von jedem der Hochfrequenz-(HF-)Wandler 203 wird das von ihm empfangene Signal auf Basisband herabgewandelt, das von ihm empfangene Basisband-Analogsignal in eine digitale Darstellung umgewandelt und die digitale Darstellung der Kanalstatistikenschätzeinheit 207 zugeführt.
Die Kanalstatistikenschätzeinheit 207 entwickelt gewisse Statistiken bezüglich des Kanals. Insbesondere kann die Kanalstatistikenschätzeinheit 207a) eine Schätzung des durchschnittlichen Signal-Interferenz- Verhältnisses zuzüglich von Rauschen (SINR – signal-to-interference-and-noise-ratio) ρ und b) die Korrelation zwischen den Kanalkomponenten η entwickeln. Die Korrelation zwischen den Kanalkomponenten wird unter Verwendung einer Schätzung der auf herkömmliche Weise entwickelten Matrix-Abwärtskanalantwort entwickelt. Man beachte, daß Matrizen erforderlich sind, da es mehrere Sendeantennen und mehrere Empfangsantennen gibt. Insbesondere kann die Korrelation zwischen den Kanalkomponenten über eine Zeitdauer als η = K/(K+1) berechnet werden, wobei K der wohlbekannte räumliche K-Faktor von Rice ist.
Die Kanalstatistiken werden entweder dem wahlweisen Gewichtsparameterrechner 209 zugeführt oder über den Aufwärtskanal dem Sender zugeführt (1). Wenn die Kanalstatistiken dem Gewichtsparameterrechner 209 zugeführt werden, bestimmt der Gewichtsparameterrechner 209 den zu benutzenden Gewichtsparameter gemäß einem Aspekt der Erfindung und wie unten beschrieben und liefert den sich ergebenden Gewichtsparameter über den Aufwärtskanal an den Sender (1).
3 zeigt einen beispielhaften Vorgang in Flußdiagrammform zur Entwicklung von Signalen zur Übertragung in einem MIMO-System mit einem Sender mit M Sendeantennen, die über einen Abwärtskanal zu einem Empfänger mit N Empfängerantennen und einem Aufwärtskanal zum Kommunizieren vom Empfänger zum Sender senden, so daß selbst angesichts einiger Korrelation die größte Kapazität bei offenem Regelkreis, die bei einem Kanal mit dieser Höhe an Korrelation erzielt werden kann, mit einem Vorgang mit im wesentlichen offenem Regelkreis erhalten wird, gemäß den Grundsätzen der Erfindung. Das Verfahren der 3 kann in einer Ausführungsform der Erfindung benutzt werden, die die Hardware der 1 und 2 benutzt, wobei der Schalter 211 an die Kanalstatistikenschätzeinheit 207 angeschlossen ist, wie folgt.
Als erstes ist es notwendig, die Zeitdauer zu bestimmen, über die die Kanalstatistiken stabil sind. Dies wird typischerweise in der Systemkonstruktionsphase der Entwicklung des Systems unter Verwendung von Messungen der Umgebungen durchgeführt, in denen das System eingesetzt werden soll, wie dem gewöhnlichen Fachmann wohlbekannt ist. Sobald die Zeitdauer, über die die Kanalstatistiken stabil sind, bekannt ist, ist diese Zeit die Zeitdauer, über die Informationen zum Erzeugen jeder Statistik gesammelt werden.
In das Verfahren der 3 wird im Schritt 301 zu Beginn jeder Zeitdauer eingetreten. Als nächstes werden im Schritt 303 die Kanalstatistiken über die Zeitdauer geschätzt.
Danach werden die Statistiken im Schritt 305 (3) vom Empfänger der Abwärtsstrecke dem Sender der Abwärtsstrecke, z.B. über den Aufwärtskanal, zugeführt.
Im Schritt 307 wird das erste und zweite Gewicht α₁ und α₂ berechnet, z.B. vom Gewichtlieferer 105 (1). Insbesondere werden die Gewichte wie folgt berechnet.
wobei M, N, ρ, η den oben beschriebenen entsprechen und P_T die gesamte verfügbare Sendeleistung ist. So ist ersichtlich, daß zwischen den zwei Gewichten ein Verhältnis besteht, wodurch eines von ihnen als der Gewichtsparameter wirken kann, aus dem der andere bestimmt wird, z.B. entsprechend dem folgenden
Im Schritt 309 wird der Eingangsdatenstrom in M+1 Teilströme aufgeteilt, z.B. vom Demultiplexer 101 (1). Jeder der ersten M Daten-Teilströme wird dann im Schritt 311 mit dem Gewicht α₁ multipliziert (3). Anders gesagt wird jedes Bit jedes bestimmten Datenstroms mit α₁ multipliziert, um M gewichtete Daten-Teilströme zu erzeugen. Zusätzlich wird der M+1-te Daten-Teilstrom mit α₂ multipliziert, um den M+1-ten gewichteten Daten-Teilstrom zu erzeugen.
Im Schritt 313 wird jeder der ersten M gewichteten Daten-Teilströme mit dem M+1-ten gewichteten Daten-Teilstrom kombiniert, z.B. durch Addierer 109. Das Verfahren tritt dann im Schritt 315 aus.
4 zeigt ein weiteres beispielhaftes Verfahren in Flußdiagrammform zur Entwicklung von Signalen zur Übertragung in einem MIMO-System mit einem Sender mit M Sendeantennen, die über einen Abwärtskanal zu einem Empfänger mit N Empfängerantennen und einem Aufwärtskanal zum Kommunizieren vom Empfänger zum Sender senden, so daß selbst angesichts einiger Korrelation die größte Kapazität mit offenem Regelkreis, die mit einem Kanal mit dieser Höhe an Korrelation erzielt werden kann, mit einem Verfahren mit im wesentlichen offenem Regelkreis erhalten werden kann, gemäß den Grundsätzen der Erfindung. Das Verfahren der 4 kann in einer Ausführungsform der Erfindung eingesetzt werden, bei der die Hardware der 1 und 2 benutzt wird, wobei der Schalter 211 an den Gewichtsberechner 209 angeschlossen ist. Man beachte, daß für das Verfahren der 4 der Gewichtlieferer 105 der 1 nicht die verschiedenen Gewichte berechnet, sondern statt dessen einfach die vom Gewichtsberechner 209 empfangenen Gewichte speichert und sie den verschiedenen Multiplizierern 113 nach Bedarf zuführt.
In das Verfahren der 4 wird im Schritt 401 zu Beginn jeder Zeitdauer eingetreten. Als nächstes werden im Schritt 404 die Kanalstatistiken über die Zeitdauer geschätzt.
Im Schritt 405 wird mindestens eines der Gewichte α₁ und α₂ berechnet, z.B. durch den Gewichtsparameterrechner 209 (2). Das mindestens eine Gewicht oder beide Gewichte, wenn beide berechnet werden, werden auf dieselbe Weise wie oben beschrieben berechnet. Es ist nur notwendig, eines der Gewichte zu berechnen, das dann als der Gewichtsparameter wirken kann, aus dem das andere Gewicht unter Verwendung des oben beschriebenen Verhältnisses im Sender bestimmt werden kann.
Danach werden im Schritt 407 entweder beide Gewichte oder der bestimmte Gewichtsparameter vom Empfänger der Abwärtsstrecke dem Sender der Abwärtsstrecke, z.B. über den Aufwärtskanal, zugeführt. Das Gewicht wird im Gewichtlieferer 105 gespeichert (1). Wenn nur ein Gewicht als ein Gewichtsparameter zugeführt wird, wird das andere Gewicht im Gewichtlieferer 105 berechnet und dann ebenfalls darin gespeichert.
Im Schritt 409 wird der Eingangsdatenstrom in M+1 Teilströme aufgeteilt, z.B. durch den Demultiplexer 101 (1). Jeder der ersten M Daten-Teilströme wird dann mit dem Gewicht α₁ im Schritt 411 multipliziert (4). Anders gesagt wird jedes Bit von jedem bestimmten Datenstrom mit α₁ multipliziert, um M gewichtete Daten-Teilströme zu erzeugen. Zusätzlich wird der M+1-te Daten-Teilstrom mit α₂ multipliziert, um den M+1-ten gewichteten Daten-Teilstrom zu erzeugen.
Im Schritt 413 wird jeder der ersten M gewichteten Daten-Teilströme mit dem M+1-ten gewichteten Daten- Teilstrom z.B. durch Addierer 109 kombiniert. Das Verfahren tritt dann im Schritt 415 aus.
5 zeigt einen weiteren beispielhaften Teil eines Senders zum Entwickeln von Signalen zur Übertragung in einem MIMO-System mit einem Sender mit M Sendeantennen, die über einen Abwärtskanal senden, so daß selbst angesichts einiger Korrelation die größte Kapazität mit offenem Regelkreis, die mit einem Kanal mit dieser Höhe an Korrelation erzielt werden kann, erreicht wird, gemäß den Grundsätzen der Erfindung. In 5 dargestellt sind a) Demultiplexer (demux) 501 und 503; b) Gewichtlieferer 505; c) Antennen 507 einschließlich von Antennen 507–1 bis 507–M; d) Addierer 509 einschließlich von Addierern 509–1 bis 509–M; e) Multiplizierer 511–1 und 511–2 und f) Hochfrequenz(HF-) Umwandler 515 einschließlich von 515–1 bis 515–M.
Der Demultiplexer 501 nimmt einen Datenstrom als eine Eingabe entgegen und liefert als Ausgabe zwei Daten-Teilströme durch Zuführung von verschiedenen Bit aus dem Eingangsdatenstrom zu jedem der Daten-Teilströme. Der erste Daten-Teilstrom wird vom Demultiplexer 501 dem Multiplizierer 511–1 zugeführt, während der zweite Daten-Teilstrom dem Multiplizierer 511–2 zugeführt wird. Vom Multiplizierer 511–1 wird jeder Wert des ersten Teilstroms mit einem ersten, vom Gewichtlieferer 505 gelieferten Gewicht multipliziert. Auf ähnliche Weise multipliziert der Multiplizierer 511–2 jeden Wert des zweiten Teilstroms mit einem vom Gewichtlieferer 505 zugeführten zweiten Gewicht.
Das erste und zweite Gewicht können im Verhältnis zueinander stehen und können vom Gewichtlieferer 505 aus einem gemeinsamen Gewichtsparameter entwickelt werden, der aus Statistiken des Abwärtskanals wie ausführlicher unten beschrieben abgeleitet sein kann. Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden die Gewichtswerte tatsächlich vom Gewichtlieferer 505 als Reaktion auf über den Aufwärtskanal von dem gezeigten und hier oben in Verbindung mit 2 beschriebenen Empfänger empfangene Informationen entwickelt. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Gewichtswerte im Empfänger entwickelt und dann über den Aufwärtskanal dem Sender zugeführt, in dem sie im Gewichtlieferer 505 so lange gespeichert werden, bis sie benötigt werden.
Vom Demultiplexer 503 wird der als Ausgabe vom Multiplizierer 511–1 gelieferte gewichtete Daten-Teilstrom entgegengenommen und durch Zuführen von verschiedenen Bit aus dem von ihm empfangenen gewichteten Daten-Teilstrom zu jedem der M gewichteten Daten-Teilströme M gewichtete Daten-Teilströme als Ausgabe geliefert. Typischerweise weist jeder der M gewichteten Daten-Teilströme die gleiche Rate auf. Jeder der vom Demultiplexer 503 entwickelten M gewichteten Daten-Teilströme wird als Eingabe einem jeweiligen der Addierer 509 zugeführt. Jeder der Addierer 509 empfängt auch an seinem anderen Eingang den gewichteten zweiten Teilstrom, der als Ausgabe vom Multiplizierer 511–2 geliefert wird. Von jedem der Addierer 509 werden die zwei in ihn eingegebenen gewichteten Daten-Teilströme so kombiniert, daß ein kombiniertes Zweigsignal erzeugt wird. So werden M kombinierte Zweigsignale erzeugt, einer von jedem der Addierer 509. Jeder der Hochfrequenz-(HF-)Umwandler 515 empfängt einen der M kombinierten Zweigsignale und entwickelt daraus Hochfrequenzversionen der M kombinierten Zweigsignale, die dann jeweiligen der Antennen 507 zur Übertragung zugeführt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zur Verwendung mit sogenannten TDD-Systemen (time division duplex), die einen einzigen Kanal für sowohl Abwärtsals auch Aufwärtskanäle teilen, kann die Berechnung der Korrelation zwischen den Kanalkomponenten η an beiden Enden der drahtlosen Strecke durchgeführt werden. Der Grund dafür ist, daß, da die Abwärts- und Aufwärtskanäle den gleichen Frequenzkanal teilen und einander abwechseln, welcher den Kanal zu jeder gegebenen Zeit benutzt, sind die Kanalstatistiken für den Abwärts- und Aufwärtskanal die gleichen. Der Empfänger des Aufwärtskanals erfährt daher dieselbe Korrelation zwischen den Kanalkomponenten η wie der Empfänger des Abwärtskanals und so kann der Empfänger der Aufwärtsstrecke die Korrelation zwischen den Kanalkomponenten η messen, die vordem vom Empfänger der Abwärtsstrecke gemessen wurde. Auf gleiche Weise erfährt der Empfänger des Abwärtskanals das gleiche Kanalverhalten wie der Empfänger des Aufwärtskanals und so kann der Empfänger der Abwärtsstrecke die Korrelation zwischen den Kanalkomponenten η bestimmen, die vordem vom Empfänger der Aufwärtsstrecke bestimmt wurde. Das SINR muß jedoch immer noch nur am Empfänger berechnet und gegebenenfalls zum Sender weitergegeben werden.

Claims

Verfahren zum Übertragen eines Datensignals über einen Abwärtskanal eines Kommunikationssystems, mit folgenden Schritten: Demultiplexen des Datensignals in M+1 Daten-Teilströme, M≥2; GEKENNZEICHNET DURCH: Gewichten der ersten M der Daten-Teilströme mit einem ersten Gewicht zum Erzeugen von M ersten gewichteten Teilströmen; Gewichten des übrigen M+1. Daten-Teilstroms mit einem zweiten Gewicht zum Erzeugen eines zweiten gewichteten Daten-Teilstroms; Kombinieren jedes entsprechenden M ersten gewichteten Teilstroms mit dem zweiten gewichteten Daten-Teilstrom zum Erzeugen von M kombinierten gewichteten Daten-Teilströmen.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin mit dem Schritt des Übertragens jedes der kombinierten gewichteten Daten-Teilströme von einer entsprechenden Anzahl von M-Sendeantennen.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin mit dem Schritt des Empfangens eines Gewichtsparameters über einen Aufwärtskanal und Entwickeln der ersten und zweiten Gewichte daraus.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Gewicht und das zweite Gewicht als Funktion von von einem Empfänger über einen Aufwärtskanal empfangenen Abwärtskanalstatistiken bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin mit dem Schritt des Umwandelns der kombinierten gewichteten Daten-Teilströme in Hochfrequenzsignale.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Gewicht und das zweite Gewicht durch Lösen der folgenden Gleichung bestimmt werden:
wobei α₁ und α₂ das erste bzw. zweite Gewicht sind, P_T die gesamte verfügbare Sendeleistung ist, ρ eine Schätzung des durchschnittlichen Signal-Interferenz-Verhältnisses einschließlich von Rauschen (SINR – signal-to-interference-and-noise ratio) ist, und η die Korrelation zwischen den Kanalkomponenten ist, M die Anzahl von Sendeantennen, und N die Anzahl von Empfängerantennen ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei
wobei K der wohlbekannte räumliche K-Faktor von Rice ist.
Verfahren zum Empfangen eines Datensignals mittels eines Empfängers eines MIMO-Systems, mit folgenden Schritten: Schätzen, als Reaktion auf N digitale Darstellungen von von N entsprechenden Antennen des Empfängers empfangenen Signalen eines Abwärtskanals, eines durchschnittlichen Signal-Interferenz-Verhältnisses einschließlich Rauschen (SINR) für den durch den Empfänger empfangenen Abwärtskanal; GEKENNZEICHNET DURCH: Schätzen, als Reaktion auf N digitale Darstellungen von Signalen eines von N entsprechenden Antennen empfangenen Abwärtskanals, einer Korrelation zwischen den Kanalkomponenten des von dem Empfänger empfangenen Abwärtskanals; und Übertragen der Schätzung des durchschnittlichen SINR und der Schätzung einer Korrelation zwischen den Kanalkomponenten von Zeit zu Zeit über einen Aufwärtskanal.
Empfänger zur Verwendung in einem MIMO-System mit folgendem: einem auf durch N Hochfrequenz-(HF)-Wandler entwickelte digitale Darstellungen reagierenden Schätzer [207], wobei jeder HF-Wandler (i) ein von ihm von einer entsprechenden Anzahl von N Empfangsantennen empfangenes Signal in ein analoges Basisbandsignal abwärts umwandeln und (ii) das analoge Basisbandsignal in eine digitale Darstellung umwandeln kann, zum Bestimmen einer Schätzung des durchschnittlichen Signal-Interferenz-Verhältnisses einschließlich Rauschens (SINR) für einen vom Empfänger empfangenen Abwärtskanal; GEKENNZEICHNET DURCH: einen Schätzer [207] zum Bestimmen einer Schätzung einer Korrelation zwischen den Kanalkomponenten für einen vom Empfänger empfangenen Abwärtskanal; und einen Gewichtsberechner [209] zum Berechnen von mindestens einem Gewicht zur Verwendung durch einen Sender des Abwärtskanals zum Übertragen von Daten-Teilströmen zu dem Empfänger als Funktion der Schätzungen von SINR und der Korrelation zwischen den Kanalkomponenten, wobei mindestens ein Gewicht in dem Gewichtsberechner durch Lösen von mindestens einer Gleichung der aus folgenden Gleichungen bestehenden Menge bestimmt wird:
wobei α₁ und α₂ das erste bzw. zweite Gewicht sind, P_T die gesamte verfügbare Sendeleistung ist, ρ eine Schätzung des durchschnittlichen Signal-Interferenz-Verhältnisses einschließlich von Rauschen (SINR – signal-to-interference-and-noise ratio) ist, und η die Korrelation zwischen den Kanalkomponenten ist, M die Anzahl von Sendeantennen, und N die Anzahl von Empfängerantennen ist.
Vorrichtung zum Übertragen eines Datensignals in einem Kommunikationssystem über einen Abwärtskanal, mit folgendem: Mitteln [501] zum Demultiplexen des Datensignals in zwei Daten-Teilströme; Mitteln [511–2] zum Gewichten des ersten der zwei Daten-Teilströme mit einem ersten Gewicht zum Erzeugen eines ersten gewichteten Teilstroms; Mitteln [511–1] zum Gewichten des zweiten der zwei Daten-Teilströme mit einem zweiten Gewicht zum Erzeugen eines zweiten gewichteten Teilstroms; GEKENNZEICHNET DURCH: Mittel [503] zum Demultiplexen des zweiten gewichteten Daten-Teilstroms in M gewichtete Daten-Teilströme, M≥2; Mittel [509] zum Kombinieren jedes entsprechenden der M gewichteten Teilströme mit dem ersten gewichteten Daten-Teilstrom zum Erzeugen von M kombinierten gewichteten Daten-Teilströmen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, weiterhin mit Mitteln [515] zum Übertragen jedes der kombinierten gewichteten Daten-Teilströme als Hochfrequenzsignal von einer entsprechenden Anzahl von M Sendeantennen [507] .
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das erste und zweite Gewicht bestimmt werden durch Mittel [505, 209] zum Lösen von
wobei α₁ und α₂ das erste bzw. zweite Gewicht sind, P_T die gesamte verfügbare Sendeleistung ist, ρ eine Schätzung des durchschnittlichen Signal-Interferenz-Verhältnisses einschließlich von Rauschen (SINR – signal-to-interference-and-noise ratio) ist, und η die Korrelation zwischen den Kanalkomponenten ist, M die Anzahl von Sendeantennen, und N die Anzahl von Empfängerantennen ist.