DE602004012460T2

DE602004012460T2 - Vorrichtung und verfahren zum erhalten von cyclischer verzögerungs-diversity

Info

Publication number: DE602004012460T2
Application number: DE602004012460T
Authority: DE
Inventors: Gerhard Bauch
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2009-03-12
Anticipated expiration: 2024-08-28
Also published as: JP2008511221A; EP1782565A1; WO2006021228A1; DE602004012460D1; EP1782565B1; JP4536778B2

Description

Bei der drahtlosen Datenübertragung werden Sende-Diversity-Techniken verwendet, um die nachteiligen Effekte von Schwund zu mindern. Eine einfache Sende-Diversity-Technik ist Verzögerung-Diversity, bei der das gleiche Signal von mehreren Antennen mit unterschiedlicher Verzögerung gesendet wird. Dies führt – verglichen mit den ursprünglichen Unterkanälen von jeder Sende- zu jeder Empfangsantenne – zu einem entsprechenden Kanal mit einem einzelnen Eingang und erhöhter Frequenzselektivität – und damit erhöhter Frequenz-Diversity. Im orthogonalen Frequenzmultiplexverfahren (OFDM; OFDM = orthogonal frequency division multiplex) kann diese Frequenz-Diversity durch eine Durchlassfehlerkorrekturdecodiereinrichtung ausgenutzt werden. Ein Einbringen einer zusätzlichen Verzögerung erfordert jedoch einen längeren Schutzabstand und führt folglich zu reduzierter Bandbreiteneffizienz. Wenn der Schutzabstand nicht ausreichend lang ist, verursacht die zusätzliche Verzögerung eine Zwischenträgerinterferenz. Eine geschickte Möglichkeit zum Erzeugen von erhöhter Frequenzselektivität ohne Überschreitung des Schutzabstands wurde in A. Dammann und S. Kaiser: Standard conformable antenna diversity techniques for OFDM systems and its application to the DVB-T system, IEEE Globecom, S. 3.100–3.105, November 2001, A. Dammann and S. Kaiser: Low complex standard conformable antenna diversity techniques for OFDM systems and its application to the DVB-T system, 4th International ITG Conference an Source and Channel Coding, S. 253–259, Januar 2002, A. Dammann, R. Raulefs und S. Kaiser: Beamforming in combination with space-time diversity for broadband OFDM systems, IEEE International Conference an Communications (ICC), S. 165–171, April 2002, D. Gore, S. Sandhu und A. Paulraj: Delay diversity codes for frequency selective channels, International Conference an Communications (ICC), S. 1.949–1.953, IEEE, April 2002, und in A. Huebner u. a.: On Space-Frequency Coding Using Cyclic Delay Diversity for OFDM- Based Transmission Systems, European Transactions an Telecommunications, AEI, Mailand, It., Bd. 14, Nr. 6, November 2003, S. 491–500, als Zyklische-Verzögerung-Diversity vorgeschlagen. Die Verzögerung wird hier in zyklischer Weise derart vorgenommen, dass der Schutzabstand nicht überschritten wird.
Die Wahl der zyklischen Verzögerung ist der wesentliche Entwurfsparameter. Um eine Ausnutzung der vollen räumlichen Diversity zu ermöglichen, muss die zyklische Verzögerung größer als die maximale Kanalverzögerung gewählt werden. Dieses Kriterium ist jedoch im Hinblick auf eine Maximierung der Kapazität nicht ausreichend. Ferner weisen reale FEC-Codes eine begrenzte Bedingungslänge auf. Demzufolge sollte die volle räumliche Diversity in eine Frequenz-Diversity einer begrenzten, steuerbaren Anzahl von Unterträgern umgewandelt werden. Dies kann durch Auswählen großer zyklischer Verzögerungen, die ein Vielfaches von 2 sind, erzielt werden. Besonders bei einem System mit zwei Sendeantennen und einer zyklischen Verzögerung von N_S/2, wobei N_S die FFT-Größe (FFT = fast Fourier transform = schnelle Fourier-Transformation) des OFDM-Modulators ist, wird die räumliche Diversity in eine Frequenz-Diversity zwischen lediglich zwei benachbarten Unterträgern transformiert. Es konnte gezeigt werden, dass dies eine optimale Rahmenfehlerrate (FER; FER = frame error rate) erzielen kann, beispielsweise mit einem Standardkonvolutionscode einer Rate R ≤ 1/2. Ferner ist diese Wahl der zyklischen Verzögerungen für eine Kanalschätzung oder bei Anwendung einer Differenzmodulation vorteilhaft. Bei Coderaten, die höher als R = 1/2 sind, stellt sich diese Wahl der zyklischen Verzögerung jedoch als suboptimal heraus.
Nachfolgend wird die Zyklische-Verzögerung-Diversity in einem Zusammenhang mit OFDM-Systemen beschrieben.
Es wird ein Kanal mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen (MIMO-Kanal; MIMO = multiple-input-multiple- Output) mit n_T Sendeantennen und n_R Empfangsantennen betrachtet. Die Impulsantwort von einer Sendeantenne n zu einer Empfangsantenne m zu einem Zeitpunkt t ist durch den 1 × N_S-Vektor h(nm)t = [h(nm )t (0), h(nm)t (1), ..., h(nm)t (D), 0, ..., 0] (1)gegeben, wobei D der Maximalspeicher eines Unterkanals von einer Sende- zu einer Empfangsantenne ist.
Das Prinzip der Zyklische-Verzögerung-Diversity ist in 6 und 7 dargestellt. Die Daten werden durch eine Durchlassfehlerkorrekturcodiereinrichtung (FEC-Codiereinrichtung) codiert. Nach einer optionalen Verschachtelungseinrichtung Π werden die Codebits beispielsweise auf QAM- oder PSK-Symbolen moduliert.
OFDM wird unter Verwendung der inversen schnellen Fourier-Transformation (IFFT) einer Größe N_S implementiert, wobei NS die Anzahl von Unterträgern ist. Die Ausgabesymbole der IFFT sind mit x ~t = 0, ..., N_S – 1 bezeichnet. Jede Antenne bringt eine andere zyklische Verzögerung Δ_n, n = 1, ..., n_T ein, d. h., das Sendesymbol von Antenne n zu dem Zeitpunkt t ist durch
gegeben. Vor einer Übertragung wird ein zyklischer Schutzabstand (GI; GI = guard interval) bei jeder Sendeantenne aufgenommen, wie es bei OFDM üblicherweise geschieht.
Das System entspricht einer Übertragung der Sequenz
über einen frequenzselektiven Kanal mit einer Sendeantenne und einer Impulsantwort
Der Empfänger ist ein Standard-OFDM-Empfänger, der den Schutzabstand entfernt und vor einer Demodulation und einer Decodierung die FFT durchführt.
Grundsätzlich hat die Zyklische-Verzögerung-Diversity den Kanal mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen (MIMO-Kanal) in einen Kanal mit einem einzelnen Eingang und mehreren Ausgängen (SIMO-Kanal; SIMO = single-input multiple-output) mit erhöhter Frequenzselektivität umgewandelt, d. h., die räumliche Diversity wird in eine Frequenz-Diversity transformiert. Der Effekt ist in 8 erläutert. In einem Flachschwundkanal, wie er auf der linken Seite der 8 dargestellt ist, ist die Bitfehlerrate (BER; BER = bit error rate) auf jedem Unterträger gleich. Die Zyklische-Verzögerung-Diversity wandelt den Kanal in einen frequenzselektiven Kanal um, wie es auf der rechten Seite der 8 veranschaulicht ist. Die durchschnittliche BER für eine codierte Übertragung ist die gleiche wie die bei dem Flachschwundkanal. Jedoch ist die BER nicht über die Unterträger hinweg konstant. Eine äußere FEC-Decodiereinrichtung kann die verfügbare Frequenz-Diversity aufnehmen. Eine Zyklische-Verzögerung-Diversity erfordert eine FEC-Decodiereinrichtung zum Ausnützen der Diversity.
Der sich ergebende Kanalkoeffizient des d-ten Unterträgers an der Empfangsantenne m in dem k-ten OFDM-Symbol ist durch
gegeben, wobei H( nm )k = [H(nm )k (0), ..., H(nm)k (NS)] (6) die FFT der Impulsantwort (1) ist.
Bei G. Bauch und J S. Malik: Orthogonal frequency division multiple access with cyclic delay diversity. In ITG Workshop an Smart Antennas, März 2004, hat sich gezeigt, dass die volle räumliche Diversity nur dann ausgenutzt werden kann, wenn die zyklischen Verzögerungen Δn > Δn-1 + D (7)erfüllen, wobei Δ_n auf die FFT-Abtastwertbeabstandung normiert ist und D der maximale Speicher eines Unterkanals von einer Sende- zu einer Empfangsantenne ist. Diese Bedingung ist nötig, jedoch nicht ausreichend für eine optimale Leistungsfähigkeit. Eine Möglichkeit ist es, die zyklische Verzögerung gemäß Δn > Δn-1 + G + 1 (8)zu wählen, wobei G die Länge des Schutzabstands ist. Bei G. Bauch und J S. Malik: Orthogonal frequency division multiple access with cyclic delay diversity, ITG Workshop an Smart Antennas, März 2004, bei G. Bauch: Multi-stream differential modulation for cyclic delay diversity in OFDM, IEEE International Conference an Communications (ICC), Juni 2004, G. Auer: Channel estimation for OFDM with cyclic delay diversity, IEEE International Symposium an Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC), September 2004, hat sich jedoch gezeigt, dass es in Bezug auf eine FER-Leistungsfähigkeit, eine Kanalschätzung oder eine Anwendung einer Differenzmodulation von Vorteil sein kann, die maximal möglichen zyklischen Verzögerungen zu wählen. Dies würde dazu führen, die zyklischen Verzögerungen gemäß
zu wählen. Es zeigt sich jedoch, dass diese Wahl nur für FEC-Coderaten von R ≤ 1/2 optimal ist. Bei höheren Coderaten sind geringere zyklische Verzögerungen optimal.
Dies kann wie folgt erläutert werden: Wenn der ursprüngliche Kanal frequenzmäßig flach war und die zyklische Verzögerung ein Vielfaches von 2 ist, können die Frequenbereichskanalkoeffizienten des effektiven Kanals gemäß (5) eine begrenzte Anzahl von eindeutigen Zuständen annehmen. In dem Fall von n_T = 2 Sendeantennen und einer zyklischen Verzögerung von Δ₂ = N_S/2 kann beispielsweise der Term
zwei unterschiedliche Zustände annehmen: H(m)k (d) = H(1m)k (d) + H(2m)k (d), d gerade (10) H(m)k (d) = H(1m)k (d) – H(2m)k (d), d ungerade. (11)
Ein Beispiel für einen Flachschwund-MIMO-Kanal ist in 9 dargestellt. Angesichts der Korrelationsmatrix R( m ) = E{H(m)Hk H(m)k } (12)ist die Korrelationsfunktion R(m)1d (m) für den ersten Unterträger in 10 aufgetragen. Es ist zu sehen, dass der Kanalkoeffizient jedes zweiten Unterträgers identisch ist, wohingegen benachbarte Unterträger nicht korreliert sind. Die räumliche Diversity wird in eine Frequenz-Diversity zwischen benachbarten Unterträgern transformiert.
Ähnliche Ergebnisse werden für einen frequenzselektiven Kanal erhalten. Die Korrelationsfunktion ist in 11 für einen Kanal mit D + 1 = 3 unabhängig schwindenden Beitragssignalen h(nm)t (nm)(d) mit gleicher Durchschnittsleistungsfähigkeit von jeder Sende- zu jeder Empfangsantenne dargestellt. Aufgrund der Frequenzselektivität des ursprünglichen Kanals sind die Kanalabgriffe H(m)k (m)(d) jedes zweiten Unterträgers nicht mehr identisch.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfaches Zyklische-Verzögerung-Diversity-Schema mit erhöhter Bandbreiteneffizienz zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Erzeugen von n_T Ausgabesequenzen gemäß Anspruch 1 oder durch eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Ausgabesequenz aus n_T Ausgabesequenzen gemäß Anspruch 6 oder durch ein Verfahren zum Erzeugen von n_T Ausgabesequenzen aus einer Eingabesequenz gemäß Anspruch 8 oder durch ein Verfahren zum Erzeugen einer Ausgabesequenz aus n_T Ausgabesequenzen gemäß Anspruch 9 oder durch ein Computerprogramm gemäß Anspruch 11 gelöst.
Die vorliegende Erfindung gründet sich auf der Erkenntnis, dass eine Bandbreiteneffizienz erhöht werden kann, wenn die mit einem eingesetzten Zyklische-Verzögerung-Diversity-Schema einhergehenden zyklischen Verzögerungen derart gewählt sind, dass ein größter gemeinsamer Teiler, der beliebige zwei zyklische Verzögerungen, die mit dem Zyklische-Verzögerung-Diversity-Schema einhergehen, teilt, gleich 1 ist.
Bei Verwendung eines Zyklische-Verzögerung-Diversity-Schemas werden beispielsweise n_T – 1, Kopien beispielsweise einer Eingabesequenz um eine andere Verschiebungszahl, die einer entsprechenden Kopie zugeordnet ist und eine Anzahl von Werten bestimmt, um die die Eingabesequenz zyklisch verschoben werden soll, verschoben, wobei eine erste Ausgabesequenz einer unverschobenen Version der Eingabesequenz entsprechen kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die zu verwendenden Verschiebungszahlen lediglich aus einem Satz von Verschiebungszahlen ausgewählt, der einzig Verschiebungszahlen aufweist, die die Eigenschaft haben, dass ein größter gemeinsamer Teiler, der beliebige zwei Verschiebungszahlen teilt, gleich 1 ist, wobei eine kleinste Verschiebungszahl in dem Satz von zulässigen Verschiebungszahlen größer 1 ist, so dass vorzugsweise große Verzögerungen eingebracht werden.
Beispielsweise weist der Satz von Verschiebungszahlen die folgenden Zahlen auf: 5, 7, 9, 13. Obwohl 9 nicht absolut prim ist, ist sie gegenüber den anderen Verschiebungszahlen in dem Satz von Verschiebungszahlen relativ prim, da der größte gemeinsame Teiler gleich 1 ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise die größten Verschiebungszahlen, die die erfindungsgemäße Bedingung erfüllen, aus dem Satz von Verschiebungszahlen ausgewählt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können die für ein zyklisches Verschieben zu verwendenden Verschiebungszahlen auch absolute Primzahlen sein, da ein größter gemeinsamer Teiler für Primzahlen ebenfalls gleich 1 ist. Darüber hinaus werden Verschiebungszahlen aus den zulässigen Verschiebungszahlen ausgeschlossen, wenn ein größter gemeinsamer Teiler zwischen zwei Verschiebungszahlen größer 1 ist. Gemäß der Bedingung der Erfindung werden lediglich solche Verschiebungszahlen zum Einbringen einer Zyklische-Verzögerung-Diversity angewendet, bei denen ein größter gemeinsamer Teiler, der von beliebigen zwei für ein Einbringen einer Zyklische-Verzögerung-Diversity verwendeten Verschiebungszahlen gemeinschaftlich verwendet wird, nicht größer 1 ist, was sich auch in den im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispielen widerspiegelt.
Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die nachfolgenden Figuren beschrieben. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Erzeugen von n_T Ausgabesequenzen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2a eine Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen bis 2c Ansatzes für Zyklische-Verzögerung-Diversity;
3a eine Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen bis 3b Ansatzes einer Zyklische-Verzögerung-Diversity;
4 eine Sendevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 bevorzugte Parameter, die für ein Bestimmen der erfindungsgemäßen zyklischen Verzögerungen verwendet werden;
6 ein Blockdiagramm eines Senders, der Zyklische-Verzögerung-Diversity in einem codierten OFDM verwendet;
7 ein Blockdiagramm eines Empfängers, der Zyklische-Verzögerung-Diversity in einem codierten OFDM verwendet;
8 die Transformation eines Kanals durch Zyklische-Verzögerung-Diversity;
9 ein Ausführungsbeispiel einer Kanalfrequenzantwort, die sich ergibt, wenn Zyklische-Verzögerung-Diversity verwendet wird;
10 eine Korrelationsfunktion für ein Ausführungsbeispiel von Zyklische-Verzögerung-Diversity; und
11 eine Korrelationsfunktion für ein weiteres Ausführungsbeispiel von Zyklische-Verzögerung-Diversity.
1 zeigt ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Erzeugen von n_T Ausgabesequenzen aus einer Eingabesequenz zum Erhalten einer Zyklische-Verzögerung-Diversity. Beispielsweise müssen die Ausgabesequenzen von n_T Sendepunkten gesendet werden, wobei jeder Sendepunkt eine Sendeantenne umfasst. In 1 wird lediglich beispielhaft ein Fall von n_T = 3 betrachtet.
Die Vorrichtung weist einen Kopierer 101 mit einem Eingang 103 und einer Mehrzahl von Ausgängen auf. In 1 werden lediglich beispielhaft drei Ausgänge betrachtet, ein erster Ausgang 105, ein zweiter Ausgang 107 und ein dritter Ausgang 109.
Zum Erhalten von n_T – 1 Ausgabesequenzen sind die Ausgänge des Kopierers 101 zum zyklischen Verschieben von n_T – 1 Kopien der Eingabesequenz, die dem Kopierer 101 über den Eingang 103 bereitgestellt wird, bezüglich einer ersten Kopie der Eingabesequenz, die über den ersten Ausgang 105 bereitgestellt wird, oder bezüglich der Eingabesequenz mit Eingängen einer Einrichtung 111 gekoppelt.
Die Einrichtung 111 zum zyklischen Verschieben weist ein Zyklische-Verschiebung-Element 113, das mit einem Ausgang des Kopierers 107 gekoppelt ist und einen Ausgang aufweist, und ein Zyklische-Verzögerung-Element 115 auf, das mit dem dritten Ausgang 109 des Kopierers 101 gekoppelt ist und einen Ausgang aufweist.
Beispielsweise weist die Einrichtung 111 zum zyklischen Verschieben n_T – 1 Zyklische-Verschiebung-Elemente auf, wobei jedes Zyklische-Verschiebung-Element zum zyklischen Verschieben einer Kopie der Eingabesequenz konfiguriert ist, wobei die Kopie über einen zugeordneten Ausgang dem Kopierer 101 bereitgestellt wird.
Entsprechend ist der Kopierer 101 zum Erzeugen von n_T Kopien der Eingabesequenz konfiguriert, wobei eine erste Kopie der Eingabesequenz einer ersten Ausgabesequenz entspricht, wobei n_T gleich oder größer 3 ist.
Die erste Kopie der Eingabesequenz ist, wie es in 1 dargestellt ist, direkt als die erste Ausgabesequenz bereitgestellt, ohne zyklisch verschoben zu sein. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann jedoch die erste Kopie der Eingabesequenz auch durch die Einrichtung zum zyklischen Verschieben zyklisch verschoben sein, wobei eine Verschiebungszahl, die eine Anzahl von Werten bestimmt, um die die erste Kopie der Eingabesequenz verschoben werden soll, aus einem zulässigen Satz von Verschiebungszahlen ausgewählt wird, wie es im Vorhergehenden beschrieben ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Einrichtung 111 zum zyklischen Verschieben zum zyklischen Verschieben jeder Kopie der n_T – 1 Kopien der Eingabesequenz um eine andere Verschiebungszahl aus einem Satz von n_T – 1 Verschiebungszahlen konfiguriert, wobei jede Verschiebungszahl in dem Satz von Verschiebungszahlen eine andere Anzahl von Werten bestimmt, um die eine Kopie der Eingabesequenz zyklisch verschoben werden soll, wobei eine kleinste Verschiebungszahl in dem Satz von Verschiebungszahlen, der n_T – 1 Verschiebungszahlen aufweist, größer 1 ist, und wobei ein größter gemeinsamer Teiler, der beliebige zwei Verschiebungszahlen in dem Satz von Verschiebungszahlen teilt, gleich 1 ist.
Mit anderen Worten werden die zulässigen Verschiebungszahlen, die in dem Satz von Verschiebungszahlen enthalten sind, derart gewählt, dass der größte gemeinsame Teiler, der von beliebigen zwei Verschiebungszahlen gemeinschaftlich verwendet wird, nicht größer 1 ist. Beispielsweise kann der Satz von Verschiebungszahlen die folgenden Zahlen aufweisen: 3, 5, 8. In diesem Fall sind jedoch die Verschiebungszahlen 4 und 9 ausgenommen, da ein größter gemeinsamer Teiler zwischen 4 und 8 2 ist und ein größter gemeinsamer Teiler zwischen 3 und 9 3 ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die erste Kopie der Eingabesequenz, die durch den ersten Ausgang 105 bereitgestellt wird, lediglich beispielhaft auch um eine Verschiebungszahl verschoben werden, die aus einem Satz von zulässigen Verschiebungszahlen gewählt wird, der beispielsweise n_T Verschiebungszahlen aufweist, wobei ein größter gemeinsamer Teller, der beliebige zwei Verschiebungszahlen in diesem Satz von Verschiebungszahlen teilt, gleich 1 ist.
Wie es im Vorhergehenden erwähnt wurde, ist die kleinste Verschiebungszahl in dem Satz von Verschiebungszahlen größer oder gleich 3, um zu gewährleisten, dass die zyklischen Verzögerungen ausreichend groß sind. Darüber hinaus können die Verschiebungszahlen in dem Satz von Verschiebungszahlen Primzahlen sein. In diesem Fall ist die erfindungsgemäße Bedingung, nämlich, dass der größte gemeinsame Teller, der von beliebigen zwei Verschiebungszahlen gemeinschaftlich verwendet wird, nicht größer 1 ist, automatisch erfüllt .
Beispielsweise sollen die n_T Ausgabesequenzen gemäß einem Zyklische-Verzögerung-Diversity-Schema mittels n_T Sendepunkte durch n_T Kommunikationskanäle gesendet werden.
Aufgrund der Zyklische-Verzögerung-Diversity werden die nT Kommunikationskanäle durch einen effektiven Kanal dargestellt, der aufgrund des Zyklische-Verzögerung-Diversity-Schemas erhalten wird.
Wie es nachfolgend gezeigt wird, hat sich herausgestellt, dass eine Kapazität des effektiven Kanals von dem sich ergebenden Zyklische-Verzögerung-Diversity-Schema abhängt, d. h. von den Anzahlen von Werten, um die die Kopien der Eingabesequenz verschoben werden sollen.
Um die Kapazität des effektiven Kanals zu erhöhen, was eine mögliche Übertragungsbedingung ist, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner eine Einrichtung zum Bestimmen einer Anzahl von Werten aufweisen, um die jede Kopie der Eingabesequenz verschoben werden soll, derart, dass die Kapazität des effektiven Kanals verglichen mit einer anderen Anzahl von Werten erhöht ist. Beispielsweise ist die Einrichtung zum Bestimmen zum Bestimmen einer gewissen Zahl aus einem Satz von Zahlen konfiguriert, wobei eine kleinste Zahl in dem Satz von Zahlen gleich oder größer 3 ist, und wobei ein größter gemeinsamer Teiler, der beliebige zwei Zahlen (Verschiebungszahlen) in dem Satz von Verschiebungszahlen teilt, gleich 1 ist. Mit anderen Worten ist die Einrichtung zum Bestimmen der Zahlen dahin gehend konfiguriert, sich lediglich auf die Verschiebungszahlen zu beziehen, die das im Vorhergehenden erwähnte erfindungsgemäße Kriterium erfüllen, um die Verschiebungszahlen zu finden, derart, dass die Kapazität des effektiven Kanals erhöht wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Einrichtung zum Bestimmen der Verschiebungszahlen zum Durchführen einer Analyse durch einen Syntheseansatz konfiguriert sein, um die erforderliche Kombination aus Verschiebungszahlen zu finden. Beispielsweise ist die Einrichtung zum Bestimmen zum Bestimmen eines ersten Satzes von Verschiebungszahlen zum Erfüllen des erfindungsgemäßen Kriteriums, um eine Kapazität des effektiven Kanals zu berechnen, der sich ergibt, wenn die Verschiebungszahlen zum Erhalten einer Zyklische-Verzögerung-Diversity verwendet werden, zum Bestimmen eines weiteren Satzes von Verschiebungszahlen, zum Berechnen einer weiteren Kapazität eines sich ergebenden effektiven Kanals und zum Vergleichen der Kapazität mit der weiteren Kapazität, um zu bestimmen, welcher Satz von Verschiebungszahlen gewählt werden soll, um eine erhöhte Kapazität zu erhalten, konfiguriert. Um die Kapazität zu berechnen, kann sich die Einrichtung zum Bestimmen auf die erfindungsgemäße Kanalkapazitätsformel beziehen, die später beschrieben ist.
Da eine Zyklische-Verzögerung-Diversity auch bei einem Empfänger angewendet werden kann, kann das erfindungsgemäße Konzept zum Erhalten einer empfängerseitigen Zyklische-Verzögerung-Diversity, die Folge einer Linearität des Zyklische-Verzögerung-Diversity-Schemas ist, auch bei einem Empfänger verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Ausgabesequenz aus n_T Eingabesequenzen zum Erhalten einer Zyklische-Verzögerung-Diversity bereit. Die Eingabesequenzen können beispielsweise Versionen einer Sendesequenz sein, die von unterschiedlichen Empfangspunkten empfangbar ist, wobei jeder Empfangspunkt eine Empfangsantenne aufweist.
Die Vorrichtung weist eine Einrichtung zum zyklischen Verschieben von n_T – 1 Eingabesequenzen aus n_T Eingabesequenzen auf, wobei eine erste Eingabesequenz, lediglich beispielhaft, ohne eine Verschiebung bereitgestellt werden kann.
Die Vorrichtung weist ferner einen Addierer zum Addieren der n_T zyklisch verschobenen Eingabesequenzen mit der ersten Eingabesequenz zum Erhalten der Ausgabesequenz auf. Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Einrichtung zum zyklischen Verschieben exakt dieselbe Funktionalität wie die Einrichtung zum zyklischen Verschieben auf, die mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel der 1 beschrieben wurde.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine Empfängervorrichtung bereit, die n_T Empfangspunkte zum Bereitstellen von n_T Eingabesequenzen aufweist, wobei jede Eingabesequenz eine empfangbare Version der Sendesequenz ist, die von einem anderen Empfangspunkt empfangbar ist, wobei die Empfängervorrichtung vorzugsweise die im Vorhergehenden beschriebene Vorrichtung zum Erzeugen einer Ausgabesequenz aus den n_T Eingabesequenzen aufweist.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Konzept ausführlicher beschrieben.
Erneut Bezug nehmend auf die Ausführungsbeispiele der 9 und 10 sind die benachbarten Unterträger nach wie vor unkorreliert. Folglich wird die räumliche Diversity des ursprünglichen Kanals aus den benachbarten Unterträgern erhalten, wohingegen eine Frequenz-Diversity des ursprünglichen Kanals durch Codieren durch gerad- und ungeradzahlige Unterträger erhalten werden kann.
Wählt man eine zyklische Verzöerung von beisielsweise
kann der Term
in (5) vier verschiedene Werte annehmen, z. B. sind bei einem flachen Kanal vier verschiedene Kanalzustände des sich ergebenden Frequenzbereichskanals H(m)k (m) zu beobachten. Die räumliche Diversity wird über vier benachbarte Unterträger in eine Frequenz-Diversity transformiert. Für
werden 8 unterschiedliche Zustände erhalten, usw.
In der Fortsetzung wird die Anzahl von verschiedenen Kanalzuständen, die zu einem frequenzmäßig flachen Kanal führen würden, mit S bezeichnet. 2c zeigt die Kapazität für unterschiedliche Werte der zyklischen Verzögerung, die für n_T = 2 Sendeantennen zu unterschiedlichen Werten von S führen. Es sei darauf hingewiesen, dass dieselben Werte von S auch durch andere zyklische Verzögerungen erhalten werden können. Die genauen Werte dieser zyklischen Verzögerungen hängen von der Anzahl n_T von Unterträgern ab. Es zeigt sich, dass die Optimalität der zyklischen Verzögerung von der Coderate abhängt. Es ist zu erkennen, dass bei höheren Coderaten für eine optimale Leistungsfähigkeit ein höherer Wert von S erforderlich ist. Interessanterweise wird bei sehr hohen Coderaten S = 2 wieder optimal.
Eine intuitive Erläuterung lautet wie folgt: Man betrachte einen systematischen Code einer Rate R und eine zyklische Verzögerung, die zu S = 2 führt, z. B. Δ = N_S/2. Da es lediglich zwei unterschiedliche Kanalzustände gibt, kann es vorkommen, dass jeder zweite Unterträger sich in einem sehr schlechten Zustand befindet und die auf diesen Unterträgern gesendeten Symbole im Wesentlichen entfernt werden. Ist die Coderate nun höher als 1/2, d. h. R ≥ 1/2, würden beispielsweise sämtliche Paritätsbits plus einige systematische Bits entfernt werden, und der Code kann nicht fehlerfrei erfasst werden. Ähnlich ist in einem Fall von S = 4 ein systematischer Code einer Rate R > 3/4 nicht geeignet.
Ein ähnliches, jedoch nicht so eindeutiges Verhalten ist bei mehreren Sendeantennen zu beobachten. Die Kapazitätsergebnisse für n_T = 4 Sendeantennen sind in 3a dargestellt. Hier sind zyklische Verzögerungen gemäß Δ_n = Δ_n-1 + N_S/4, d. h. Δ = [0, 16, 32, 48] bereits suboptimal für Coderaten von R < 3/4. Der charakteristische Echoimpuls, d. h. eine Wechselinformation einer Verwendung von 1,5 Bit/Kanal, ist jedoch mit R = ¾ nach wie vor zu beobachten. Eine gute Lösung mit nahezu optimaler Leistungsfähigkeit scheint es zu sein, die zyklischen Verzögerungen relativ prim zu wählen, z. B. Δ = [0, 3, 5, 7]. Die beste Leistungsfähigkeit für N_S = 64 hat sich als Δ = [0, 15, 31, 43] herausgestellt, was zeigt, dass man große Verzögerungen wählen sollte, die relativ prim sind. Auch wenn zyklische Verzögerungen von [Δ₁, Δ₂, Δ₃, Δ₄} = ⌊0, N_S/4, N_S/2, 3N_S/2⌋, die zu S = 4 verschiedenen Kanalzuständen führen, in Bezug auf die Kapazität nicht optimal sind, wurde gezeigt, dass sie es ermöglichen, bei Coderaten von R ≤ 3/4 für Codes mit begrenzter Bedingungslänge eine optimale FER zu erhalten, wie es in G. Bauch und J. S. Malik: Parameter optimization, interleaving and multiple access in OFDM with cyclic delay diversity, IEEE Vehicular Technology Conference (VTC), Mai 2004, G. Bauch und J S. Malik: Orthogonal frequency division multiple access with cyclic delay diversity, ITG Workshop an Smart Antennas, März 2004, und in J. S. Malik: Cyclic delay diversity in OFDM, master thesis, Department of Communications Engineering, TU München, Oktober 2003, offenbart ist.
Ferner sind diese Verzögerungen für eine Zyklische-Verzögerung-Diversity mit Differentialmodulation, wie sie in G. Bauch. Higher Order differential matrix modulation. In IEEE International Symposium an Information Theory (ISIT), Juni/Juli 2004, gezeigt ist, geeignet.
Es sei darauf hingewiesen, dass, obwohl lediglich Beispiele für eine BPSK- und QPSK-Modulation präsentiert wurden, nachgewiesen werden konnte, dass die im Vorhergehenden erwähnten Effekte unabhängig von dem bestimmten Modulationsverfahren sind.
Im Folgenden ist das betrachtete Kanalmodell beschrieben.
Es wird davon ausgegangen, dass die Kanalkoeffizienten unabhängige, komplexe, Gaußsche Zufallsvariablen sind. Es wird davon ausgegangen, dass der Kanal während einer Übertragung eines OFDM-Symbols konstant ist, derart, dass – in dem Fall eines ausreichend langen Schutzabstands – keine Zwischenträgerinterferenz stattfindet. Untersuchte Typen von Leistungsverzögerungsspektren sind in 2ca zusammengefasst, wobei T_S die Zeitbereichsabtastwertbeabstandung bezeichnet. Additives weißes Gaußsches Rauschen würde bei jeder Empfangsantenne zugeschlagen werden. Die Gesamtsendeenergie pro Zeitschlitz ist mit Es bezeichnet, d. h. die Energie pro von jeder Antenne gesendetem Untersymbol.
2a zeigt die einprozentige Ausfallkapazität für zwei Sendeantennen in einem frequenzmäßig flachen Kanal mit Gaußschen Sendesymbolen. Bei einer Empfangsantenne ergeben sämtliche zyklische Verzögerungen dieselbe Kapazität, außer für eine zyklische Verzögerung von 32, die eine geringfügige Verschlechterung aufweist. Bei zwei Sendeantennen verschwindet dieser Effekt. Zum Vergleich wurde auch die Kapazität des Kanals selbst mit sowohl einer als auch zwei Sendeantennen aufgenommen. In einem Fall von einer Sendeantenne erzielt die Zyklische-Verzögerung-Diversity fast die Kanalkapazität für zwei Sendeantennen und zeigt gegenüber einem System mit einer einzelnen Sendeantenne einen beträchtlichen Vorteil in der Diversity. Bei zwei Empfangsantennen besteht noch immer ein deutlicher Gewinn in der Diversity gegenüber einem System mit einer einzelnen Sendeantenne. Da Sende-Diversity-Schemata die Kanalkapazität in dem Fall von mehreren Empfangsantennen nicht erreichen kann, besteht jedoch gegenüber der Kanalkapazität bei zwei Sendeantennen eine Verschlechterung, die sich aus den unterschiedlichen asymptotischen Steigungen der Kapazitätskurven ergibt.
3b zeigt die Leistungsfähigkeit bei frequenzselektiven Kanälen bei zwei Sendeantennen, wobei sämtliche zyklische Verzögerungen, die Δ₂ größer D erfüllen, eine ähnliche Leistungsfähigkeit zeigen. 3b zeigt auch, dass zyklische Verzögerungen größer als die maximale Kanalverzögerung gewählt werden müssen. Andernfalls umfasst der effektive Zeitbereichskanal nicht zerlegbare Abgriffe, die aus Summen von Abgriffen von unterschiedlichen Sendeantennen bestehen, was zu einem reduzierten Diversity-Pegel führt.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine Sendevorrichtung bereit, die einen Prozessor zum Verarbeiten einer Informationssequenz unter Verwendung eines Verarbeitungsschemas, um eine Eingabesequenz zu erhalten, und die Vorrichtung zum Erzeugen einer Mehrzahl von Ausgabesequenzen aus der Eingabesequenz, um eine zyklische Diversity zu erhalten, wie es im Vorhergehenden beschrieben ist, aufweist.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung zum Erzeugen der Mehrzahl von Ausgabesequenzen, die durch eine Mehrzahl von Sendepunkten zu senden sind, wobei jeder Sendepunkt eine Sendeantenne umfasst, eine Steuerung zum Steuern eines Zyklische-Verschiebung-Elements auf, um eine Anzahl von Werten, um die eine Kopie des Zyklische-Verschiebung-Elements verschoben werden soll, an das Verarbeitungsschema, das beispielsweise ein Codierschema aufweist, anzupassen, derart, dass die Verschiebungszahlen zum Vergrößern der Effizienz an das Codierungsschema angepasst sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Prozessor eine Codiereinrichtung zum Codieren der Informationssequenz unter Verwendung eines Codierungsschemas, um eine codierte Sequenz zu erhalten, einen Demultiplexer zum Demultiplexen, für jeden Wertstrom, der codierten Sequenz in eine Anzahl von Wertströmen ansprechend auf ein Steuersignal, das die Anzahl von Wertströmen anzeigt, einen Abbilder zum Abbilden von Gruppen von Wertströmen auf Symbole gemäß einem Abbildungsschema, z. B. QAM (QAM = quadrature amplitude modulation = Quadratur-Amplitudenmodulation), um die Anzahl von Symbolströmen zu erhalten, aufweisen. Ferner kann die Sendevorrichtung eine Zuweisungseinrichtung zum Zuweisen einer Anzahl von aufeinanderfolgenden Symbolen jedes Symbolstroms zu einem anderen Satz von aufeinanderfolgenden Unterträgern, um ein Mehrträgersignal in dem Frequenzbereich zu erhalten, aufweisen.
Um die zu sendende Eingabesequenz zu erhalten, kann der Sender einen Frequenzzeittransformator, beispielsweise einen inversen Fourier-Transformator, zum Transformieren des Mehrträgersignals dahingehend, die Eingabesequenz zu erhalten, die als eine Basis zum Bereitstellen der Mehrzahl von Ausgabesequenzen durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen der Mehrzahl von Ausgabesequenzen dient, aufweisen. Beispielsweise kann die in der Vorrichtung zum Erzeugen der Mehrzahl von Sendesequenzen (Ausgabesequenzen) enthaltene Steuerung zum Liefern des Steuersignals an den Demultiplexer, das die Anzahl von bereitzustellenden Wertströmen anzeigt, konfiguriert sein, wobei die Anzahl von Wertströmen von dem Codierungsschema abhängt. Beispielsweise ist die Anzahl von Wertströmen eng auf eine Coderate bezogen, die sich bei Verwendung eines gewissen Codiersche mas ergibt. Ein Ausführungsbeispiel einer Sendevorrichtung, die das im Vorhergehenden erwähnte erfindungsgemäße Konzept eingliedert, ist in 4 gezeigt.
Die Sendevorrichtung der 4 weist eine Codiereinrichtung 401, beispielsweise eine FEC-Codiereinrichtung (FEC = forward error correction = Durchlassfehlerkorrektur) auf, wobei die Codiereinrichtung 401 einen Eingang 403, einen Steuereingang 405 und einen Ausgang 407 aufweist, wobei der Ausgang 407 mit einem Schalter 409 gekoppelt ist, wobei der Schalter 409 den im Vorhergehenden erwähnten Demultiplexer lediglich exemplarisch darstellt.
Der Schalter 409 weist eine Anzahl von Ausgängen auf, wobei die Anzahl von Ausgängen der Anzahl der im Vorhergehenden erwähnten Ströme S entspricht, wobei jeder Ausgang einem Signalverarbeitungsweg von S Signalverarbeitungswegen zugeordnet ist. Jeder Signalverarbeitungsweg weist eine Verschachtelungseinrichtung 411 auf, die zwischen den entsprechenden Ausgang des Schalters 409 und einen Abbilder 413 gekoppelt ist. Jeder Abbilder 413 weist einen Ausgang auf, wobei der Ausgang S des Abbilders 413 mit einer Zuweisungseinrichtung 415 gekoppelt ist. Die Zuweisungseinrichtung 415 weist eine Mehrzahl von Ausgängen auf, die mit einer Mehrzahl von Eingängen eines IFFT-Transformators 417 (IFFT = inverse fast Fourier transform = inverse schnelle Fourier-Transformation) gekoppelt sind. Der IFFT-Transformator weist einen Ausgang auf, der zum Erzeugen der Mehrzahl von Ausgabesequenzen (Sendesequenzen) mit einem Eingang der erfindungsgemäßen Vorrichtung 419 gekoppelt ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 419 weist einen Kopierer zum Bereitstellen einer Mehrzahl von Kopien der durch den IFFT-Transformator 419 bereitgestellten Eingabesequenz auf, wobei der Kopierer durch einen Knoten dargestellt ist. Außer einer ersten Kopie der Eingabesequenz werden alle anderen Kopien der Eingabesequenz unter Verwendung eines steuerbaren Zyklische-Verschiebung-Elements 421, das in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 419 enthalten ist, verschoben.
Jede Ausgabesequenz wird einem Schutzeinbringungsabstand 423 (GI) bereitgestellt, um einen Schutzabstand einzubringen, beispielsweise ein zyklisches Präfix gemäß einem OFDM-Übertragungsschema. Jedes Schutzabstandselement 423 ist einer Antenne zugeordnet, wie es in 4 der Vollständigkeit halber dargestellt ist.
Die in 4 gezeigte Vorrichtung weist ferner eine Ratenanpassungseinheit 425 auf, wobei die Ratenanpassungseinheit 425 die Funktionalität der im Vorhergehenden beschriebenen erfindungsgemäßen Steuerung aufweist.
Im Besonderen kann, wie es in 4 dargestellt ist, die Ratenanpassungseinheit 425 zum Steuern der Codiereinrichtung 405, um ein durch die Codiereinrichtung 405 zu verwendendes Codierschema zu bestimmen, wobei das Codierschema einer Coderate R zugeordnet ist, und/oder zum Steuern des Schalters 409, um die Anzahl von Strömen S zu bestimmen, und/oder zum Steuern der zyklischen Verzögerungen, d. h. der Anzahl von Werten, um die die Kopien der Eingabesequenz zu verschieben sind, konfiguriert sein.
Die Codiereinrichtung 402 kann zum Erzeugen eines Steuersignals zum Steuern der Codiereinrichtung 401 und/oder zum Steuern des Schalters 409 und/oder zum Steuern der Zyklische-Verzögerung-Elemente 421 in Abhängigkeit von einer Übertragungsbedingung, die beispielsweise eine Kanalzustandsinformation (CSI; CSI = channel state information) aufweist, von einer Dienstqualität (QOS; QOS = quality of service) oder von anderen Übertragungsbedingungen konfiguriert sein, wobei die Übertragungsbedingung der Ratenanpassungseinheit 425 über einen Steuereingang 427 von einer weiteren Steuerentität, die in dem erfindungsgemäßen Sender enthalten sein kann, bereitgestellt werden kann, wobei die weitere Entität beispielsweise zum Steuern des gesamten Übertragungsprozesses konfiguriert sein kann.
Wie es in 5 gezeigt ist, werden die Informationsbits durch die Codiereinrichtung eines Durchlassfehlersteuercodes (FEC-Codes) codiert. Die Codebits werden in S Ströme gedemultiplext. In jedem Strom wird durch einen Satz von Bitverschachtelungseinrichtungen Π⁽ ^s ⁾ eine optionale Verschachtelung durchgeführt. Anschließend werden die verschachtelten Codebits gemäß der Abbildungsregel eines digitalen Modulationsschemas, z. B. QAM, PSK, oder eines Differenzmodulationsschemas auf Sendesymbole abgebildet. Die Sendesymbole werden durch die Unterträgerzuweisungseinheit Π_f auf Unterträger eines Mehrträgermodulationsschemas wie beispielsweise OFDM abgebildet. Die OFDM-Modulation wird durch die inverse schnelle Fourier-Transformation (IFFT) durchgeführt. Die sich ergebenden Zeitbereichsabtastwerte werden gleichzeitig von n_T Antennen gesendet, wobei jede Antenne n wie im Vorhergehenden erläutert eine zyklische Verzögerung Δ_n einbringt.
Die Coderate R wird aus einer Ratenanpassungseinheit, die auf Kriterien wie beispielsweise einem aktuellen Kanalzustand oder einer erforderlichen Dienstqualität basiert, bestimmt. Die Ratenanpassungseinheit bestimmt auch die zyklischen Verzögerungen Δ_n und die Anzahl S von Verschachtelungseinrichtungsströmen. Für die Wahl der zyklischen Verzögerung und von S gibt es drei Betriebsarten:
Betriebsart 1: zyklische Verzögerungen unabhängig von Coderate
Die zyklischen Verzögerungen werden so gewählt, dass sie unabhängig von der Coderate sind. Die zyklischen Verzögerungen werden gemäß Δn = Δn-1 + G (13) gewählt, wobei G die Länge des Schutzabstands GI ist. Die Anzahl von Strömen ist vorzugsweise S = 1.
Betriebsart 2: relativ prime zyklische Verzögerungen unabhängig von der Coderate
Die zyklischen Verzögerungen werden so gewählt, dass sie unabhängig von der Coderate sind. Die zyklischen Verzögerungen werden derart gewählt, dass Δn = Δn-1 + G (14)wobei G die Länge des Schutzabstands GI ist und sämtliche Δ_n bezüglich einander und bezüglich der FFT-Größe NS relativ prim sind. Große Verzögerungen sollten bevorzugt werden. Eine etwas gelockertere Bedingung ist, dass nicht alle Δ_n relativ prim sind, jedoch zumindest einige derselben. Die Anzahl von Strömen ist vorzugsweise S = 1.
Betriebsart 3: von der Rate abhängige Wahl der zyklischen Verzögerungen
Die zyklischen Verzögerungen werden abhängig von der Coderate R gewählt. Im Besonderen werden zyklische Verzögerungen derart gewählt, dass der entsprechende Frequenzbereichskanal S unterschiedliche Zustände aufweist, vorausgesetzt, dass der ursprüngliche Kanal frequenzmäßig flach war. Der Wert von S wird aus 5 erhalten.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, damit die zyklischen Verzögerungen eine gewisse Anzahl S von unterschiedlichen Kanalzuständen erhalten können. Bei geraden Anzahlen n_T von Sendeantennen wird empfohlen, die zyklischen Verzögerungen gemäß
zu wählen.
Jedoch sollte die Bedingung Δn > Δn-1 + D (16)erfüllt werden, wobei D wie im Vorhergehenden definiert der Kanalspeicher ist.
Die Ratenanpassungseinheit wählt die Coderate abhängig von einem Kriterium wie beispielsweise einem Kanalzustand oder QoS (QoS = quality of service = Dienstqualität). Abhängig von der Coderate wählt sie den kleinsten Wert von S aus 5, der für die gegebene Anzahl n_T von Sendeantennen möglich ist. Die zyklischen Verzögerungen werden derart bestimmt, dass S unterschiedliche Kanalzustände einen Flachschwundkanal ergeben würden.
Optional wird das Verschachtelungsschema auch so modifiziert, dass die Codebits in S Ströme gedemultiplext werden. Jeder Strom führt eine optionale Verschachtelung gemäß den Permutationsregeln Π⁽ ^s ⁾ durch. Anschließend werden die permutierten Bits auf komplexe Konstellationselemente eines digitalen Modulationsverfahrens wie beispielsweise QAM oder PSK abgebildet. Eine Differenzmodulation ist ebenfalls in jedem Strom möglich.
Die Sendesymbole werden durch die Unterträgerzuweisungseinheit ff auf Unterträger abgebildet. Dies wird derart durchgeführt, dass die Symbole eines bestimmten Stroms s Unterträgern zugewiesen werden, die bei einem Flachschwundkanal mit demselben Kanalzustand konfrontiert wären. Dies wird wie in 9 angezeigt erreicht, wobei die Symbole der S Ströme S benachbarten Unterträgern zugewiesen sind. Eine zusätzliche Frequenzverschachtelung von Gruppen einer Größe S ist möglich.
Die aktuelle Coderate und die Anzahl von Strömen werden dem Empfänger mitgeteilt. Im Wesentlichen ist es ausreichend, wenn dem Empfänger die Coderate R mitgeteilt wird. Aus der Coderate kann derselbe die zyklischen Verzögerungen aus einer Nachschlagtabelle bestimmen, die in dem Empfänger gespeichert ist. Der Empfänger führt die umgekehrte Arbeitsweise des Senders durch: Nach der FFT rückabbildet eine Rückabbildungseinheit die empfangenen Symbole zu Bits. Vorzugsweise werden weiche Werte, z. B. log-Wahrscheinlichkeitsverhältnisse, berechnet. Diese Ausgabewerte des Rückabbilders werden in jedem der S Ströme entschachtelt. Die S Ströme werden gemultiplext und der FEC-Decodiereinrichtung zugeführt.
Die Kapazität einer Zyklische-Verzögerung-Diversity kann aus der Frequenzbereichsdarstellung (5) des entsprechenden frequenzselektiven Kanals mit einem einzelnen Eingang und mehreren Ausgängen (SIMO-Kanal) berechnet werden. Man sammelt die Kanalkoeffizienten des SIMO-Kanals für einen Unterträger d in der n_rx1-Matrix
und nimmt einen ausreichend langen Schutzabstand einer Länge G ≥ D an. Anschließend ist die Kapazität der Zyklische-Verzögerung-Diversity ohne Kanalzustandsinformation (CSI) an dem Sender, jedoch ausgezeichneter CSI an dem Empfänger für die Kanalrealisierung H_k durch
gegeben. Abhängig von der Zeitvarianz des Kanals sind unterschiedliche Kapazitätskonzepte von Bedeutung: Bei einem ergodischen Kanal ist die Kapazität durch
gegeben, wobei
einen Erwartungswert bezüglich H_k bezeichnet. Diese ergodische Kapazität bedeutet, dass jedes Codewort mit allen möglichen Kanalzuständen, d. h. einem Schnellschwundkanal, konfrontiert ist. Die ergodische Kapazität ist ein Verlust, der für die Auswertung von Techniken einer räumlichen Diversity geeignet ist. Die implizite Zeit-Diversity stellt bereits einen unendlichen Diversity-Pegel zur Verfügung. Folglich lassen sich aus einer zusätzlichen räumlichen Diversity keine Vorteile in Bezug auf die Kapazität erkennen. Eine in Bezug auf die Diversity nützlichere Betrachtungsweise ist eine Ausfallkapazität. Diese bringt einen langsam zeitlich variierenden Kanal mit sich, bei dem jedes Codewort mit lediglich einem Kanalzustand konfrontiert ist. Genauer ausgedrückt wird ein quasistatisches Kanalmodell verwendet, d. h. es wird davon ausgegangen, dass der Kanal während einer Übertragung eines Blocks konstant ist und sich unabhängig von einem Block zu dem nächsten ändert. Die x-prozentige Ausfallkapazität C_x ist die Kapazität, die in (100 – x)% der Kanalrealisierungen gewährleistet ist, d. h. es wird ein Ausfall von x% erwartet.
Die Kapazität impliziert Gaußsche Sendesymbole. In realen Systemen werden die Sendesymbole jedoch aus einer M-QAM- oder M-PSK-Konstellation entnommen. Zieht man diese Beschränkung bezüglich des Sendesymbolalphabets in Betracht, kann die Kapazität bzw. die Wechselinformation unter Verwendung der allgemeinen Formel für die bedingte Wechselinformation zwischen den M-ischen Frequenzbereichssendesymbolen x(d) = [x₀(d), x₁(d), ...] und empfangenen Symbolen y (d) für eine bestimmte Realisierung H ~_k des effektiven Frequenzbereichskanals berechnet werden:
wobei H(x) und H(x|y, H ~_k) die Entropie bzw. die bedingte Entropie bezeichnen, und y(d), y(d) und H ~k(d) auf die gesendeten Symbole, die empfangen Symbole bzw. den SIMO-Kanal für den Unterträger d Bezug nehmen.
Es wird angenommen, dass die Sendesymbole x_t gleich wahrscheinlich sind, d. h., die Entropie ist durch H(x(d)) = log2 Mgegeben.
Die bedingte Entropie wird aus
erhalten, wobei
einen Erwartungswert bezüglich x(d) und y(d) bezeichnet und
gilt.
Wie in dem Fall einer Kapazität für Gaußsche Sendesymbole lässt sich die ergodische oder Ausfallswechselinformation auf ähnliche Weise analysieren.
Da drahtlose Kommunikationssysteme mit einem Modem eine adaptive FEC-Codierung und -Modulation einsetzen, werden die Coderaten und Modulationsformate adaptiv gewählt, abhängig von Kriterien wie Anforderungen bezüglich des aktuellen Kanalzustands oder der Dienstqualität (QoS). Demzufolge stellt die vorliegende Erfindung ein adaptives Zyklische-Verzögerung-Diversity-Schema bereit, das die optimale zyklische Verzögerung gemäß beispielsweise einer aktuellen Coderate verwendet.
Ferner kann das erfindungsgemäße Verschachtelungsschema auch dahin gehendangepasst werden, eine vollständige räumliche Diversity bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner Betriebsarten bereit, in denen eine zyklische Verzögerung unabhängig von der Coderate derart gewählt werden kann, dass das Schema in Bezug auf eine Kapazität für sämtliche Codearten optimal ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine zyklische Verzögerung abhängig von einer Coderate des FEC-Codes gewählt. Das erfindungsgemäße Schema transformiert die räumliche Diversity in eine Frequenz-Diversity zwischen einer minimalen Anzahl von benachbarten Unterträgern, die für eine aktuelle Coderate optimal ist. Dies ergibt eine optimale FER-Leistungsfähigkeit in Systemen mit adaptiver Codierung, die Codes mit begrenzter Bedingungslänge einsetzen.
Das erfindungsgemäße Zyklische-Verzögerung-Diversity-Schema ermöglicht ein Ausnutzen einer räumlichen Diversity in einem codierten OFDM-System, ohne die Komplexität des Empfängers verglichen mit einem System mit einer einzelnen Antenne zu vergrößern. Darüber hinaus muss der Schutzabstand nicht überschritten werden. Ferner werden adaptive Coderaten durch ein Anpassen der zyklischen Verzögerungen an die gewählten Coderaten unterstützt, derart, dass die optimalen zyklischen Verzögerungen für jede Coderate gewählt werden. Zusätzlich wird eine Differenzmodulation in dem Frequenzbereich durch die vorgeschlagene adaptive Wahl der zyklischen Verzögerungen unterstützt.
Darüber hinaus können die erfindungsgemäßen Verfahren abhängig von gewissen Implementierungsanforderungen der erfindungsgemäßen Verfahren in Hardware oder in Software implementiert werden. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speicherungsmediums, im Besonderen einer Platte oder einer CD, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können, dass die erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt werden, ausgeführt werden. Im Allgemeinen ist die vorliegende Erfindung somit ein Computerprogrammprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode, wobei der Programmcode zum Durchführen zumindest eines der erfindungsgemäßen Verfahren konfiguriert ist, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft. Mit anderen Worten sind die erfindungsgemäßen Verfahren somit ein Computerprogramm mit einem Programmcode zum Durchführen der erfindungsgemäßen Verfahren, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.

Claims

Vorrichtung zum Erzeugen von n_T Ausgabesequenzen aus einer Eingabesequenz zum Erhalten einer Zyklische-Verzögerung-Diversity, wobei die Eingabesequenz eine zeitdiskrete Sequenz von Abtastwerten eines Mehrträgersignals ist, wobei eine Ausgabesequenz über eine einer Mehrzahl von Sendeantennen zu senden ist, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: – einen Kopierer (101) zum Erzeugen von n_T Kopien der Eingabesequenz, wobei eine erste Kopie der Eingabesequenz einer ersten Ausgabesequenz entspricht, wobei n_T gleich oder größer 3 ist; – eine Einrichtung zum Bestimmen einer Anzahl von Werten, um die jede Kopie der Eingabesequenz zu verschieben ist, derart, dass die Kapazität des effektiven Kanals erhöht ist, wenn sie mit einer anderen Anzahl von Werten verglichen wird; und – eine Einrichtung (111) zum zyklischen Verschieben von n_T – 1 Kopien der Eingabesequenz, um n_T – 1 Ausgabesequenzen zu erhalten; wobei die Einrichtung (111) zum zyklischen Verschieben zum zyklischen Verschieben jeder Kopie der n_T – 1 Kopien der Eingabesequenz um eine andere Verschiebungszahl aus einem Satz von Verschiebungszahlen konfiguriert ist, wobei jede Verschiebungszahl in dem Satz von Verschiebungszahlen eine andere Anzahl von Werten, um die eine Kopie der Eingabesequenz zyklisch zu verschieben ist, bestimmt, wobei eine Verschiebungszahl in dem Satz von Verschiebungszahlen auf eine Abtastwert beabstandung normiert ist, wobei, gemäß einem Kriterium, eine kleinste Verschiebungszahl in dem Satz von Verschiebungszahlen größer 1 ist und wobei ein größter gemeinsamer Teiler, der beliebige zwei Verschiebungszahlen in einem Satz von Verschiebungszahlen teilt, gleich 1 ist; und wobei die Einrichtung zum Bestimmen zum Bestimmen eines ersten Satzes von Verschiebungszahlen, die das Kriterium erfüllen, konfiguriert ist, um eine Kapazität des effektiven Kanals zu berechnen, der sich ergibt, wenn die Verschiebungszahlen zum Erhalten der Zyklische-Verzögerung-Diversity verwendet werden, wobei die Einrichtung zum Bestimmen ferner zum Bestimmen eines weiteren Satzes von Verschiebungszahlen konfiguriert ist, um eine weitere Kapazität eines sich ergebenden effektiven Kanals zu berechnen, und wobei die Einrichtung zum Bestimmen ferner zum Vergleichen der Kapazität und der weiteren Kapazität konfiguriert ist, um zu bestimmen, welcher Satz von Verschiebungszahlen auszuwählen ist, um eine erhöhte Kapazität zu erhalten.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der eine erste Ausgabesequenz die erste Kopie der Eingabesequenz oder eine verschobene Version derselben ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die kleinste Zahl in dem Satz von Verschiebungszahlen größer oder gleich 3 ist.
Vorrichtung gemäß Ansprüchen 1 bis 3, bei der die Zahlen in dem Satz von Verschiebungszahlen Primzahlen sind.
Vorrichtung gemäß Ansprüchen 1 bis 4, bei der die n_T Ausgabesequenzen durch n_T Sendepunkte durch eine Mehr zahl von Kommunikationskanälen zu senden sind, wobei die n_T Kommunikationskanäle einen effektiven Kanal darstellen, wobei eine Kapazität des effektiven Kanals von einer Anzahl von Werten, um die eine Kopie der Eingabesequenz zu verschieben ist, abhängt, wobei die Vorrichtung ferner eine Einrichtung zum Bestimmen einer Anzahl von Werten, um die eine Kopie der Eingabesequenz zu verschieben ist, aufweist, wobei die Einrichtung zum Bestimmen zum Bestimmen der Anzahl von Werten aus einem Satz von Anzahlen von Werten konfiguriert ist, wobei eine kleinste Anzahl von Werten in dem Satz von Anzahlen von Werten kleiner oder gleich 3 ist, und wobei ein größter gemeinsamer Teiler, der beliebige zwei Anzahlen von Werten in dem Satz von Anzahlen von Werten teilt, gleich 1 ist, derart, dass eine Kapazität des effektiven Kanals erhöht ist.
Vorrichtung zum Erzeugen einer Ausgabesequenz aus n_T Eingabesequenzen zum Erhalten einer Zyklische-Verzögerung-Diversity, wobei eine Eingabesequenz über eine einer Mehrzahl von Empfangsantennen zu empfangen ist und die Ausgabesequenz eine zeitdiskrete Sequenz von Abtastwerten eines Mehrträgersignals ist, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: eine Einrichtung zum Bestimmen einer Anzahl von Werten, um die jede Eingabesequenz zu verschieben ist, derart, dass die Kapazität eines effektiven Kanals erhöht ist, wenn sie mit einer anderen Anzahl von Werten verglichen wird; eine Einrichtung zum zyklischen Verschieben von n_T – 1 Eingabesequenzen, um zyklisch verschobene Eingabesequenzen zu erhalten; und einen Addierer zum Addieren der zyklisch verschobenen Eingabesequenzen und einer Version einer ersten Eingabesequenz, um die Ausgabesequenz zu erhalten, wobei die Einrichtung zum zyklischen Verschieben zum zyklischen Verschieben jeder Kopie der n_T Eingabesequenzen um eine andere Verschiebungszahl aus einem Satz von Verschiebungszahlen konfiguriert ist, wobei jede Verschiebungszahl in dem Satz von Verschiebungszahlen eine andere Anzahl von Werten, um die eine Eingabesequenz zyklisch zu verschieben ist, bestimmt, wobei eine Verschiebungszahl in dem Satz von Verschiebungszahlen auf eine Abtastwertbeabstandung normiert ist, wobei, gemäß einem Kriterium, eine kleinste Verschiebungszahl in dem Satz von Verschiebungszahlen größer 1 ist und wobei ein größter gemeinsamer Teiler, der beliebige zwei Verschiebungszahlen in einem Satz von Verschiebungszahlen teilt, gleich 1 ist; und wobei die Einrichtung zum Bestimmen zum Bestimmen eines ersten Satzes von Verschiebungszahlen, die das Kriterium erfüllen, konfiguriert ist, um eine Kapazität des effektiven Kanals zu berechnen, der sich ergibt, wenn die Verschiebungszahlen zum Erhalten der Zyklische-Verzögerung-Diversity verwendet werden, wobei die Einrichtung zum Bestimmen ferner zum Bestimmen eines weiteren Satzes von Verschiebungszahlen konfiguriert ist, um eine weitere Kapazität eines sich ergebenden effektiven Kanals zu berechnen, und wobei die Einrichtung zum Bestimmen ferner zum Vergleichen der Kapazität und der weiteren Kapazität konfiguriert ist, um zu bestimmen, welcher Satz von Verschiebungszahlen auszuwählen ist, um eine erhöhte Kapazität zu erhalten.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, die ferner folgende Merkmale aufweist: n_T Empfangspunkte zum Bereitstellen der n_T Eingabesequenzen, wobei jede Eingabesequenz eine empfangbare Version einer Sendesequenz ist.
Verfahren zum Erzeugen von n_T Ausgabesequenzen aus einer Eingabesequenz zum Erhalten einer Zyklische-Verzögerung-Diversity, wobei die Eingabesequenz eine zeitdiskrete Sequenz von Abtastwerten eines Mehrträgersignals ist, wobei eine Ausgabesequenz über eine einer Mehrzahl von Sendeantennen zu senden ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Erzeugen von n_T Kopien der Eingabesequenz, wobei n_T gleich oder größer als 2 ist; Bestimmen einer Anzahl von Werten, um die jede Kopie der Eingabesequenz zu verschieben ist, derart, dass die Kapazität des effektiven Kanals erhöht ist, wenn sie mit einer anderen Anzahl von Werten verglichen wird; und zyklisches Verschieben von n_T – 1 Kopien der Eingabesequenz, um n_T – 1 Ausgabesequenzen zu erhalten; wobei eine erste Ausgabesequenz eine Kopie der Eingabesequenz oder eine verschobene Version derselben ist; wobei jede Kopie der Eingabesequenz um eine andere Verschiebungszahl aus einem Satz von Verschiebungszahlen zyklisch verschoben wird, wobei jede Verschiebungszahl in dem Satz von Verschiebungszahlen eine andere Anzahl von Werten bestimmt, um die eine Kopie der Eingabesequenzen zu verschieben ist, wobei eine Verschiebungszahl in dem Satz von Verschiebungszahlen auf eine Abtastwertbeabstandung normiert ist, wobei, gemäß einem Kriterium, eine kleinste Verschiebungszahl in dem Satz von Verschiebungszahlen größer 1 ist und wobei ein größter gemeinsamer Teiler, der beliebige zwei Ver schiebungszahlen in dem Satz von Verschiebungszahlen teilt, gleich 1 ist; und wobei der Schritt des Bestimmens ein Bestimmen eines ersten Satzes von Verschiebungszahlen aufweist, die das Kriterium erfüllen, um eine Kapazität des effektiven Kanals zu berechnen, der sich ergibt, wenn die Verschiebungszahlen zum Erhalten der Zyklische-Verzögerung-Diversity verwendet werden, wobei die Einrichtung zum Bestimmen ferner zum Bestimmen eines weiteren Satzes von Verschiebungszahlen konfiguriert ist, um eine weitere Kapazität eines sich ergebenden effektiven Kanals zu berechnen, und wobei die Einrichtung zum Bestimmen ferner zum Vergleichen der Kapazität und der weiteren Kapazität konfiguriert ist, um zu bestimmen, welcher Satz von Verschiebungszahlen auszuwählen ist, um eine erhöhte Kapazität zu erhalten.
Verfahren zum Erzeugen einer Ausgabesequenz aus n_T Eingabesequenzen zum Erhalten einer Zyklische-Verzögerung-Diversity, wobei eine Eingabesequenz über eine einer Mehrzahl von Empfangsantennen zu empfangen ist und die Ausgabesequenz eine zeitdiskrete Sequenz von Abtastwerten eines Mehrträgersignals ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bestimmen einer Anzahl von Werten, um die jede Eingabesequenz zu verschieben ist, derart, dass die Kapazität eines effektiven Kanals erhöht ist, wenn sie mit einer anderen Anzahl von Werten verglichen wird; zyklisches Verschieben der n_T – 1 Eingabesequenzen, um n_T – 1 zyklisch verschobene Eingabesequenzen zu erhalten; und einen Addierer zum Addieren der zyklisch verschobenen Eingabesequenzen und einer Version der ersten Eingabesequenz, um die Ausgabesequenz zu erhalten, wobei der Schritt des zyklischen Verschiebens zum zyklischen Verschieben jeder Kopie der n_T Eingabesequenzen um eine andere Verschiebungszahl aus einem Satz von Verschiebungszahlen konfiguriert ist, wobei jede Verschiebungszahl in dem Satz von Verschiebungszahlen eine andere Anzahl von Werten bestimmt, um die eine Eingabesequenz zyklisch zu verschieben ist, wobei eine Verschiebungszahl in dem Satz von Verschiebungszahlen auf eine Abtastwertbeabstandung normiert ist, wobei, gemäß einem Kriterium, eine kleinste Verschiebungszahl in dem Satz von Verschiebungszahlen größer 1 ist und wobei ein größter gemeinsamer Teiler, der beliebige zwei Verschiebungszahlen in einem Satz von Verschiebungszahlen teilt, gleich 1 ist; und wobei der Schritt des Bestimmens zum Bestimmen eines ersten Satzes von Verschiebungszahlen, die das Kriterium erfüllen, konfiguriert ist, um eine Kapazität des effektiven Kanals zu berechnen, der sich ergibt, wenn die Verschiebungszahlen zum Erhalten der Zyklische-Verzögerung-Diversity verwendet werden, wobei die Einrichtung zum Bestimmen ferner zum Bestimmen eines weiteren Satzes von Verschiebungszahlen konfiguriert ist, um eine weitere Kapazität eines sich ergebenden effektiven Kanals zu berechnen und wobei die Einrichtung zum Bestimmen ferner zum Vergleichen der Kapazität und der weiteren Kapazität konfiguriert ist, um zu bestimmen, welcher Satz von Verschiebungszahlen auszuwählen ist, um eine erhöhte Kapazität zu erhalten.
Verfahren gemäß Anspruch 9, das folgende Schritte aufweist: Empfangen der n_T Eingabesequenzen unter Verwendung der n_T Empfangspunkte, wobei jede Eingabesequenz eine empfangbare Version einer Sendesequenz ist, die durch einen anderen Empfangspunkt empfangbar ist.
Computerprogramm zum Durchführen des Verfahrens gemäß Anspruch 8, Anspruch 9 oder Anspruch 10, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.