DE60217706T2

DE60217706T2 - Stfbc-kodierungs-/-dekodierungsvorrichtung und -verfahren in einem ofdm-mobilkommunikationssystem

Info

Publication number: DE60217706T2
Application number: DE60217706T
Authority: DE
Inventors: Pan-Yuh Togok-dong JOO; Dae-Eop Kang; Eun-Seok Ko; Dae-Sik Hong
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2001-11-10
Filing date: 2002-11-11
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2022-11-12
Also published as: JP2005510126A; CA2434123A1; DE60217706D1; US20030095533A1; US7693041B2; US20080095039A1; AU2002348618A1; WO2003043245A1; US7301890B2; EP1442545A4; AU2002348618B2; CN1489844A; EP1442545A1; CA2434123C; CN1290281C; EP1442545B1; JP3962020B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Codierungs-/Decodierungsapparat und ein Verfahren in einem OFDM-Mobilkommunikationssystem (OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing, orthogonales Frequenzmultiplex), und besonders einen Codierungs-/Decodierungsapparat und ein Verfahren, das eine STTD-(Space-Time Block Coding based Transmit Diversity, Raum-Zeit-Blockcodierungs-basierte Übertragungsdiversity)-Technik verwendet.
Eine für Datenübertragung hoher Geschwindigkeit über einen drahtgebundenen/drahtlosen Kanal verwendete OFDM-Technik, eine Technik für die Übertragung unter Verwendung vielfacher Träger, ist eine Art von MCM-(Multi-Carrier-Modulation, Vielträgermodulation)-Technik, die einen Strom von seriellen Eingabesymbolen in parallele Symbole wandelt und jedes der gewandelten parallelen Symbole mit einer Vielzahl orthogonaler Hilfsträger (oder Unterkanäle) moduliert.
Ein die MCM-Technik unterstützendes System, das ein "MCM"-System genannt wird, wurde zuerst in den späten 1950-er Jahren auf einen Hochfrequenzfunk für militärische Nutzung angewendet und Tests mit der OFDM-Technik für Überlappung einer Vielzahl orthogonaler Hilfsträger wurden seit den 1970-er Jahren durchgeführt. Jedoch aufgrund der Schwierigkeit bei der Verwirklichung orthogonaler Modulation zwischen vielfachen Trägern wurde die OFDM-Technik kaum auf ein aktuelles System angewendet. Nachdem jedoch Weinstein et al. in 1971 vorgeschlagen hatte, dass OFDM-Modulation/-Demodulation effizient unter Verwendung von DFT (Diskrete Fourier-Transformation) durchgeführt werden kann, wurde aktive Erforschung der OFDM-Technik ausgeführt. Zusätzlich wurde eine Technik der Verwendung eines Schutzintervalls und des Einfügens eines zyklischen vorgestellten Schutzintervalls allgemein bekannt und es wurde möglich, schlechte Einflüsse auf das System aufgrund von Mehrwege-Interferenz und Verzögerungsverbreitungs-Interferenz zu reduzieren. Deshalb wurde die OFDM-Technik verbreitet angewendet auf solche digitalen Übertragungstechniken wie DAB (Digital Audio Broadcasting, digitaler Rundfunk), digitales Fernsehen, WLAN (Wireless Local Area Network, drahtloses Nahbereichsnetzwerk), WATM (Wi reless Asynchronous Transfer Mode, drahtloser asynchroner Übertragungsmode) und festgelegtes BWA (Broadband Wireless Access, drahtloser Breitbandzugriff). D.h., die OFDM-Technik wurde aufgrund ihrer Hardware-Komplexität nicht verbreitet verwendet. Mit der kürzlich durchgeführten Entwicklung verschiedener digitaler Signalverarbeitungstechniken einschließlich FFT (Fast Fourier Transform, schnelle Fourier-Transformation) und IFFT (Inverse Fast Fourier Transform, inverse schnelle Fourier-Transformation) wurde es möglich, die OFDM-Technik zu verwirklichen. Obwohl die OFDM-Technik der konventionellen FDM-(Frequency Division Multiplexing, Frequenzmultiplex)-Technik ähnlich ist, wird sie dadurch gekennzeichnet, dass sie optimale Übertragungseffizienz während Datenübertragungen hoher Geschwindigkeit durch Einhalten der Orthogonalität zwischen den vielfachen Hilfsträgern aufweist. Zusätzlich ist die OFDM-Technik mit hoher Frequenznutzungseffizienz und hoher Beständigkeit gegen Mehrwegeschwund dadurch vorteilhaft, dass sie optimale Übertragungseffizienz während Datenübertragung hoher Geschwindigkeit hat. Ferner hat die OFDM-Technik wegen der Überlappung der Frequenzspektren eine hohe Frequenznutzungseffizienz und eine hohe Beständigkeit gegenüber frequenzselektivem Schwund und Mehrwegeschwund und kann die ISI (inter-symbol interference, Interferenz zwischen Symbolen) durch Nutzung eines Schutzintervalls reduzieren. Zusätzlich ist es möglich, einen Equalizer mit einer einfachen Struktur und hoher Beständigkeit gegen Impulsstörungen zu entwerten. Aufgrund der oben angegebenen Vorteile gibt es eine wachsende Tendenz, dass die OFDM-Technik für Kommunikationssystem verbreitet verwendet wird.
Nun wird ein Sender und ein Empfänger eines die OFDM-Technik unterstützenden Mobilkommunikationssystem (im Folgenden als "OFDM-Mobilkommunikationssystem" bezeichnet) kurz beschrieben.
In einem OFDM-Sender werden Eingangsdaten über einen Verwürfeler, einen Codierer und einen Verschachteler mit Hilfsträgern moduliert. Hier sieht ein Sender eine Menge variabler Raten vor, und hat eine Codierungsrate, eine Verschachtelungsgröße und eine Modulationstechnik, die entsprechend der Datenrate verändert werden können. Allgemein verwendet der Sender eine Codierungsrate von ½ oder ¾, und die Verschachtelungsgröße zur Verhinderung eines Bündelfehlers wird entsprechend der Anzahl der codierten Bits pro OFDM-Symbol (NCBPS) bestimmt. Die Modulationstechnik umfasst entsprechend der Datenrate QPSK (Quadrature Phase Shift Keying, Quadratur-Phasenumtastung), 8PSk (8-ary Phase Shift Keying, 8-fach Phasenumtastung), 16QAM (16-ary Quadrature Amplitude Modulation, 16-fach Quadratur-Amplitudenmodulation) und 64QAM (64-ary Quadrature Amplitude Modulation, 64-fach Quadratur-Amplitudenmodulation). Eine vorbestimmte Anzahl von Piloten werden dem Signal beigefügt, das mit einer vorbestimmten Anzahl von Hilfsträgern moduliert wird. Das Signal mit beigefügten Piloten wird einer IFFT unterzogen, wodurch ein OFDM-Symbol erzeugt wird. Danach wird ein Schutzintervall für die Verhinderung der Interferenz zwischen Symbolen in der Mehrwegeumgebung in das OFDM-Symbol eingefügt, und das OFDM-Symbol mit eingefügtem Schutzintervall wird schließlich über einen Symbolwellengenerator einem Funkfrequenzprozessor zugeführt und dann über einen Kanal übertragen.
In einem mit dem Sender korrespondierenden OFDM-Empfänger wird eine zu der im Sender durchgeführten Operation inverse Operation durchgeführt und eine Synchronisationsoperation wird hinzugefügt. Zuerst führt der Empfänger einen Prozess der Abschätzung eines Frequenzversatzes und eines Symbolversatzes eines empfangenen OFDM-Symbols durch Nutzung eines Trainingssymbols durch. Danach wird ein Schutzintervall-beseitigtes Datensymbol durch einen FFT-Block wieder hergestellt zu einer Anzahl von Hilfsträgern mit hinzugefügten Piloten. Zusätzlich schätzt ein Equalizer für das Überwinden eines Ausbreitungsverzögerungsphänomens auf einem aktuellen drahtlosen Kanal einen Kanalzustand eines empfangenen Kanalsignals ab und beseitigt eine Signalverzerrung auf dem aktuellen drahtlosen Kanal von dem empfangenen Kanalsignal. Die durch den Equalizer abgeschätzten Kanaldaten werden zu einem Bitstrom gewandelt und dann als endgültige Daten über einen Entschachteler, einen Decodierer für Fehlerkorrektur und einen Entwürfeler ausgegeben.
Obgleich die OFDM-Technik eine hohe Beständigkeit gegenüber frequenzselektivem Schwund hat, ist ihre Leistung begrenzt. Eine typische, verbesserte Technik, die zur Überwindung der Begrenzung der Leistung vorgeschlagen wurde, ist ein OFDM-Mobilkommunikationssystem mit Verwendung mehrfacher Antennen. Jedoch ist im Allgemeinen ein Empfänger, der einen Funkdatendienst unterstützt, in seiner Größe und Leistung begrenzt, so dass es für den Empfänger nicht vorzuziehen ist, mehrfache Antennen zu umfassen. Aus diesem Grund sieht eine verbesserte Übertragungsdiversitytechnik eine Vielzahl von Sendeantennen für den Sender statt einer Vielzahl von Empfangsantennen für den Empfänger vor, wodurch die Komplexität des Empfängers reduziert und eine Leistungsverschlechterung aufgrund von Schwund verhindert wird.
Unter den vielen, bisher entwickelten Übertragungstechniken hat die STTD-Technik relativ weniger Berechnungen und niedrige Verwirklichungskomplexität. Dazu ist die OFDM-Technik die geeignetste Kommunikationstechnik, auf die die STTD-Technik angewendet wird, und sie kann eine große Menge von Daten schnell übertragen, während sie ein Frequenzband am wenigsten opfert und Mehrwegeinterferenz überwindet.
1 veranschaulicht einen Sender in einem konventionellen OFDM-Mobilkommunikationssystem. Der in 1 veranschaulichte Sender ist für ein OFDM-Mobilkommunikationssystem entworfen, das die STTD-Technik unterstützt.
Mit Bezug auf 1 codiert der Sender Eingangsdaten in codierte Bits mit einer gegebenen Codierungsrate, und verschachtelt die codierten Bits, wodurch die Daten 110 erzeugt werden. Die erzeugten Daten 110 werden einem Modulator (oder QPSK/QAM-Abbilder) 120 übergeben. Obgleich verschiedene Codierungstechniken vorgeschlagen wurden, wendet der Sender typisch eine Codierungstechnik unter Verwendung eines Turbocodes oder eines Fehlerkorrekturcodes an. Ferner verwendet der Sender eine Codierungsrate von ¼ oder ¾. Der Modulator 120 moduliert die Eingangsdaten 110 mittels einer vorbestimmten Modulationstechnik und gibt modulierte Symbole aus. Hier umfasst die Modulationstechnik QPSK, 8PSK, 16QAM und 64QAM, und jede der Modulationstechniken führt eine Modulation mittels ihrer eindeutigen Abbildungstechniken durch. In 1 wird angenommen, dass QPSK oder QAM als die Modulationstechnik angewendet wird. Die von dem Modulator 120 ausgegebenen Symbole werden einem Raum-Zeit-Blockcode-Codierer 130 übergeben.
Der Raum-Zeit-Blockcode-Codierer 130 codiert die modulierten Symbole mit einem Raum-Zeit-Blockcode-Code durch Abbilden der modulierten Symbole auf den Raum-Zeit-Blockcode-Code. Ein Ausgangssignal des Raum-Zeit-Blockcode-Codierers 130 wird zwei Übertragungsdiversitypfaden übergeben. D.h., das Ausgangssignal des Raum-Zeit-Blockcode-Codierers 130 wird einem ersten IFFT-Block 140 und einem zweiten IFFT-Block 150 übergeben. Der erste IFFT-Block 140 und der zweite IFFT-Block 150 erzeugen jeder ein OFDM-Symbol durch Ausführen von IFFT auf Hilfsträger, die durch den Raum-Zeit-Blockcode- Code codiert sind. Die von dem ersten IFFT-Block 140 und dem zweiten IFFT-Block 150 ausgegebenen OFDM-Symbole werden einem ersten Schutzintervalleinfüger 160 bzw. einem zweiten Schutzintervalleinfüger 170 übergeben. Der erste Schutzintervalleinfüger 160 und der zweite Schutzintervalleinfüger 170 fügen Schutzintervalle in die OFDM-Symbole ein, die von dem ersten IFFT-Block 140 bzw. dem zweiten IFFT-Block 150 ausgegeben wurden. Die Übertragung des OFDM-Symbols wird allgemein in einer Blockeinheit durchgeführt. Jedoch ist das OFDM-Symbol von einem vorangegangenen Symbol beeinflusst, während es über einen Mehrwegekanal übertragen wird. Um Interferenz zwischen den OFDM-Symbolen zu verhindern, wird das Schutzintervall zwischen zwei aufeinander folgende Blöcke eingefügt. Die OFDM-Symbole mit von dem ersten Schutzintervalleinfüger 160 und dem zweiten Schutzintervalleinfüger 170 eingefügten Schutzintervallen werden über einen Mehrwegekanal durch den ersten Funkfrequenzprozessor 180 und die erste Antenne Ant1 bzw. den zweiten Funkfrequenzprozessor 190 und die zweite Antenne Ant2 übertragen.
2 veranschaulicht einen Empfänger in einem konventionellen OFDM-Mobilkommunikationssystem. Der in 2 veranschaulichte Empfänger ist für ein OFDM-Mobilkommunikationssystem entworfen, das die STTD-Technik unterstützt, und hat eine Struktur, die mit der Struktur des in 1 veranschaulichten Senders korrespondiert.
Mit Bezug auf 2 wird ein von einem Sender über einen Mehrwegekanal übertragenes Signal über einer erste Antenne Ant1 und einen ersten Funkfrequenzprozessor 210 bzw. eine zweite Antenne Ant2 und einen zweiten Funkfrequenzprozessor 220 empfangen. Der erste Funkfrequenzprozessor 210 und der zweite Funkfrequenzprozessor 220 wandeln die über die erste Antenne Ant1 bzw. die zweite Antenne Ant2 empfangenen Funksignale in IF-Signale (Intermediate Frequency Signals, Zwischenfrequenzsignale) um und übergeben die IF-Signale einem ersten Schutzintervallentferner 230 bzw. einem zweiten Schutzintervallentferner 240. Der erste Schutzintervallentferner 230 und der zweite Schutzintervallentferner 240 entfernen Schutzintervalle, die in die OFDM-Symbole eingefügt wurden, welche von dem ersten Funkfrequenzprozessor 210 bzw. dem zweiten Funkfrequenzprozessor 220 ausgegeben wurden. Die OFDM-Symbole ohne die von dem ersten Schutzintervallentferner 230 bzw. dem zweiten Schutzintervallentferner 240 entfernten Schutzintervalle werden einem ersten FFT-Block 250 bzw. einem zweiten FFT-Block 260 übergeben. Der erste FFT- Block 250 und der zweite FFT-Block 260 erzeugen mittels eines FFT-Prozesses Symbole, die durch den Raum-Zeit-Blockcode codiert wurden. Die durch den Raum-Zeit-Blockcode codierten Symbole werden einem Raum-Zeit-Blockcode-Decodierer 270 übergeben, durch den die übergebenen Symbole durch einen Raum-Zeit-Blockcode decodiert werden. Die durch den Raum-Zeit-Blockcode decodierten modulierten Symbole werden einem Demodulator (oder einem QPSK/QAM-Rückabbilder) 280 übergeben. Der Demodulator 280 demoduliert die decodierten Symbole mittels einer Demodulationstechnik, die mit der von dem Sender verwendeten Modulationstechnik korrespondiert, und gibt codierte Bits aus. Die codierten Bits werden nach Entschachtelung und Decodierung als originale Daten 290 ausgegeben. Da der Modulator 120 in dem Sender Modulationstechniken von QPSK und QAM verwendet, verwendet der Demodulator 280 ebenfalls Demodulationstechniken von QPSK und QAM.
In 1 und 2 verwenden der Sender und der Empfänger jeweils zwei Antennen Ant1 und Ant2, um beispielsweise die Übertragungsdiversity zu unterstützen. Jedoch ist den in der Technik bewanderten Personen offenkundig, dass der Sender und der Empfänger mehr als zwei Antenne verwenden können.
Falls das OFDM-Mobilkommunikationssystem N Hilfsträger verwendet, können die von dem ersten FFT-Block 250 und dem zweiten FFT-Block 260 in dem in 2 veranschaulichten Empfänger ausgegebenen Signale repräsentiert werden durch
Gleichung (1)

r(k) = H(k)X(k) + n(k), 0 ≤ k ≤ N – 1

Gleichung (1) kann in einer Determinante geschrieben werden, wie folgt:
Gleichung (2)

r = H·X + n

In Gleichung (2) bezeichnet r einen N × 1-Empfangssymbolvektor, bezeichnet X einen N × 1-Sendesymbolvektor, bezeichnet n einen N × 1-Störungsvektor und bezeichnet N eine N × N-Diagonalmatrix, die eine Frequenzantwort eines Kanals repräsentiert.
Eine Beschreibung der FFT-Blöcke 250 und 260 wird hier im Folgenden getrennt für einen Fall gegeben, in dem der Empfänger eine Antenne hat, und für einen anderen Fall, in dem der Empfänger eine Vielzahl von z.B. N_g Antennen hat.
(1) Eine Empfangsantenne verwendet
Wenn der Empfänger über eine Antenne ein Signal empfängt, das durch einen Raum-Zeit-Blockcode über zwei Sendeantennen gesendet wird, kann ein Vektor des über die zwei Sendeantennen gesendeten Signals berechnet werden durch: Gleichung (3)
In Gleichung (3) repräsentiert das hochgesetzte "*" einen Operator für das komplexe Konjugieren eines jeden Elements der Matrix. Ferner repräsentieren H₁ und H₂ eine Frequenzantwort eines jeden Kanals, und X₁ und X₂ repräsentieren einen Vektor eines jeden Übertragungssymbols. Deshalb wird ein decodiertes Signal berechnet durch Multiplizieren des Symbolvektors mit der Hermitischen einer Kanalmatrix H aufgrund der Orthogonalität eines Raum-Zeit-Blockcodes, wie folgt: Gleichung (4)
Deshalb wird das empfangene Signal nach der Decodierung durch den Raum-Zeit-Blockcode äquivalent zu einem Signal, bei dem die Summe der Leistung der jeweiligen Kanäle multipliziert wird, wodurch ein Diversity-Gewinn zweiter Ordnung erreicht wird.
(2) Zwei Empfangsantennen verwendet
Wenn der Empfänger eine Vielzahl von Antennen hat, werden die über die Vielzahl von Antennen empfangenen Signale durch den Raum-Zeit-Blockcode decodiert, und dann werden die decodierten Signale aufsummiert. Dies kann ausgedrückt werden durch: Gleichung (5)
In Gleichung (5) bezeichnet H_1m eine Frequenzantwort eines Kanals zwischen einer ersten Empfangsantenne und einer m-ten Empfangsantenne, und N_2m bezeichnet eine Frequenzantwort eines Kanals zwischen einer zweiten Empfangsantenne und einer m-ten Empfangsantenne. Wenn ein Empfänger N_R Empfangsantennen hat, erreicht deshalb das empfangene Signal nach der Decodierung durch den Raum-Zeit-Blockcode einen Diversity-Gewinn von 2N_R.
Wie oben festgestellt, ist das OFDM-Mobilkommunikationssystem entworfen, um die durch den drahtlosen Kanal verursachte Interferenz zwischen Symbolen zu überwinden. Jedoch ist das OFDM-Mobilkommunikationssystem nicht so widerstandsfähig gegenüber Signalabschwächung aufgrund eines Mehrwegephänomens des drahtlosen Kanals. Um die Leistungsverschlechterung aufgrund des schwundbehafteten Kanals zu verhindern, wurde ein OFDM-Mobilkommunikationssystem vorgeschlagen, das die STTD-Technik unterstützt.
In dem vorgeschlagenen OFDM-Mobilkommunikationssystem verwendet ein Sender eine Vielzahl von Antennen, was zu einer bemerkenswerten Reduktion in der Komplexität eines Empfängers während der Verwirklichung des Systems beiträgt. Jedoch ist das die STTD-Technik unterstützende OFDM-Mobilkommunikationssystem entsprechend der Anzahl der Sendeantennen in seiner Leistung begrenzt. D.h., da die Leistung des die STTD-Technik unterstützenden OFDM-Mobilkommunikationssystems nach der Anzahl der Sendeantennen bestimmt wird, ist es notwendig, die Anzahl der Sendeantennen zu vergrößern, um die Systemleistung zu vergrößern. Falls z.B. die Anzahl der Sendeantennen auf 3 vergrößert wird, wird die Systemleistung beträchtlich vergrößert, verglichen mit dem Fall, in dem die Anzahl der Sendeantennen 2 beträgt. In dem die STTD-Technik unterstützende OFDM-Mobilkommunikationssystem jedoch verursacht eine Vergrößerung der Anzahl der Sendeantennen ein Anwachsen der Berechnungen und eine Reduktion bei der Datenrate. Deshalb ist in dem die STTD-Technik unterstützenden OFDM-Mobilkommunikationssystem bei einer Vergrößerung der Anzahl der Sendeantennen auf 3 oder mehr für eine Verbesserung der Systemleistung die Systemkomplexität vergrößert und die Datenrate ist ungewünschter Weise verringert.
Es ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, einen Apparat und ein Verfahren für die Überwindung von Verzerrung aufgrund eines Mehrwege-Schwundphänomens eines Raum-Zeit-Blockcodes durch OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, orthogonales Frequenzmultiplex) vorzusehen.
Es ist ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung, einen STFBC-(Space-Time-Frequency Block Code, Raum-Zeit-Frequenz-Blockcode)-Codierungs-/Decodierungsapparat und -verfahren vorzusehen, die in der Lage sind, Frequenzdiversity effizient zu nutzen.
US 6,144,711 schlägt ein Raum-Zeit-Kommunikationssystem vor, das eine im Wesentlichen orthogonalisierende Prozedur (SOP) benutzt. Die SOP zerlegt einen Raum-Zeit-Kommunikationskanal im Zeitbereich, der Interferenzen zwischen Symbolen (ISI) haben kann, in einen Satz paralleler Raum-Frequenz-SOP-Fächer, wobei die ISI wesentlich reduziert sind und das in einem Empfänger empfangene Signal in einem Fach der SOP im Wesentlichen unabhängig ist von dem Signal, das in einem anderen Fach der SOP empfangen wird.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Übertragung und Empfang in einem Mobilkommunikationssystem zu ermöglichen, dass Eingangsdaten mit einer spezifischen Größe in ein OFDM-Symbol moduliert und das OFDM-Symbol über mindestens zwei Antennen überträgt.
Dieses Ziel wird erreicht durch den Sachgegenstand der unabhängigen Ansprüche.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden durch die abhängigen Ansprüche definiert.
Es ist ferner ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung, einen Apparat und ein Verfahren zum Erreichen eines Diversity-Gewinns vierter Ordnung unter Verwendung von zwei Sendeantennen und einer Empfangsantenne zu erreichen.
Es ist ein noch anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung, einen Apparat und ein Verfahren für die Durchführung eines jeden Prozesses durch eine lineare Operation in einem OFDM-Mobilkommunikationssystem vorzusehen, das die STTD-Technik unterstützt.
Nach einen ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Übertragungsapparat in einem Mobilkommunikationssystem vorgesehen, der Eingangsdaten mit einer spezifischen Größe in ein OFDM-(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, orthogonales Frequenzmultiplex)-Symbol moduliert und das OFDM-Symbol über mindestens zwei unterschiedliche Antennen überträgt. Der Apparat umfasst eine Kopie-Erzeugungseinrichtung für die Erzeugung von Kopiedaten durch zyklisch zirkulierte Eingangsdaten; einen Codierer für das Erzeugen eines ersten Antennensignals und eines zweiten Antennensignals durch Codieren der Eingangsdaten und der Kopiedaten; einen ersten IFFT-(Inverse Fast Fourier Transform, inverse schnelle Fourier-Transformation)-Block für die Durchführung von IFFT über dem ersten Antennensignal; einen zweiten IFFT-Block für die Durchführung von IFFT über dem zweiten Antennensignal; eine erste Antenne für die Übertragung des ersten OFDM-Symbols und eine zweite Antenne für die Übertragung des zweiten OFDM-Symbols.
Nach einen zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Übertragungsverfahren in einem Mobilkommunikationssystem vorgesehen, das Eingangsdaten mit einer spezifischen Größe in ein OFDM-Symbol moduliert und das OFDM-Symbol über mindestens zwei unterschiedliche Antennen überträgt. Das Verfahren umfasst die Erzeugung von Kopiedaten durch zyklisches Zirkulieren der Eingangsdaten; Erzeugen eines ersten Antennensignals und eines zweiten Antennensignals durch Codieren der Eingangsdaten und der Kopiedaten; Erzeugen eines ersten OFDM-Symbols durch Ausführen von IFFT über dem ersten Antennensignal und Übertragen des ersten OFDM-Symbols über eine erste Antenne; Erzeugen eines zweiten OFDM-Symbols durch Ausführen von IFFT über dem zweiten Antennensignal und Übertragen des zweiten OFDM-Symbols über eine zweite Antenne.
Nach einen dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Empfangsapparat für den Empfang von Signalen vorgesehen, die über Sendeantennen in einem Mobilkommunikationssystem übertragen werden, das Eingangsdaten mit einer spezifischen Größe in ein OFDM-Symbol moduliert und das OFDM-Symbol über mindestens zwei unterschiedliche Sendeantennen überträgt. Der Apparat umfasst eine Empfangsantenne für den Empfang der Signale, die über die Sendeantennen übertragen werden; einen FFT-(Fast Fourier Transform, schnelle Fourier-Transformation)-Block für die Erzeugung eines OFDM-Symbols durch Ausführen von FFT über den über die Empfangsantenne empfangenen Signalen; einen Decodierer für die Erzeugung eines ersten Übertragungsantennensignals und eines zweiten Übertragungsantennensignals durch Raum-Zeit-Blockcode-Decodierung des OFDM-Symbols; und einen Frequenzdiversity-Kombinierer für die Demodulation der Eingangsdaten durch inverses zyklisches Zirkulieren des ersten Sendeantennensignals und Addieren des invers zyklisch zirkulierten ersten Sendeantennensignals und des zweiten Sendeantennensignals.
Nach einen vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Empfangsverfahren für den Empfang von Signalen vorgesehen, die über Sendeantennen in einem Mobilkommunikationssystem übertragen werden, das Eingangsdaten mit einer spezifischen Größe in ein OFDM-Symbol moduliert und das OFDM-Symbol über mindestens zwei unterschiedliche Sendeantennen überträgt. Das Verfahren umfasst den Empfang der Signale, die über die Sendeantennen übertragen wird; Erzeugung eines OFDM-Symbols durch Ausführen von FFT über den empfangenen Signalen; Erzeugung eines ersten Sendeantennensignals und eines zweiten Sendeantennensignals durch Raum-Zeit-Blockcode-Decodierung des OFDM-Symbols; und Demodulation der Eingangsdaten durch inverses zyklisches Zirkulieren des ersten Sendeantennensignals und Addieren des invers zyklisch zirkulierten ersten Sendeantennensignals und des zweiten Sendeantennensignals.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offenkundiger werden aus der detaillierten Beschreibung, die zusammen mit den begleitenden Zeichnungen zu nehmen ist, in denen:
1 einen Sender in einem konventionellen OFDM-Mobilkommunikationssystem veranschaulicht;
2 einen Empfänger in einem konventionellen OFDM-Mobilkommunikationssystem veranschaulicht;
3 einen Sender in einem OFDM-Mobilkommunikationssystem nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
4 einen Empfänger in einem OFDM-Mobilkommunikationssystem nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
5 eine detaillierte Struktur einer in 3 gezeigten Kopie-Erzeugungseinrichtung veranschaulicht;
6 eine detaillierte Struktur eines in 4 gezeigten Frequenzdiversity-Kombinierers veranschaulicht;
7 den Betrieb eines Senders nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
8 den Betrieb eines Empfängers nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
9 die Korrelationen zwischen einem nullten Hilfsträger und anderen Hilfsträgern nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
10 die Positionen der Kopien zum Erlangen der maximalen Frequenzdiversity nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
11 einen Empfänger für die Durchführung der Decodierung über N_R Empfangsantennen nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
12 eine Struktur veranschaulicht für die Rückführung eines Abstands zyklischer Zirkulation auf der Basis einer gemessenen minimalen Korrelation eines Übertragungskanals von einem Empfänger zu einem Sender in einem OFDM-Mobilkommunikationssystem nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
13 einen Betrieb eines Senders veranschaulicht, der auf einem zurückgeführten Abstand d zyklischer Zirkulation in einem OFDM-Mobilkommunikationssystem nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung basiert; und
14 die Korrelationen zwischen einem nullten Hilfsträger, einem 52-ten Hilfsträger und einem 204-ten Hilfsträger nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden wohlbekannte Funktionen oder Konstruktionen nicht im Detail beschrieben, da sie die Erfindung mit unnötigem Detail verschleiern würden.
In der folgenden Beschreibung sieht die vorliegende Erfindung einen Apparat für die Codierung und Decodierung von Daten durch die STTD-Technik (Space-Time block coding based Transmit Diversity, Raum-Zeit-Blockcode-basierte Übertragungsdiversity) in einem OFDM-(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, orthogonales Frequenzmultiplex)-Mobilkommunikationssystem unter Verwendung von zwei Sendeantennen. Die STTD-Technik wurde entworfen, um sowohl einen Raumdiversity-Gewinn als auch einen Frequenzdiversity-Gewinn zu erreichen. Deshalb garantiert die STTD-Technik mit nur zwei Sendeantennen die Leistung, die unter Verwendung von vier Sendeantennen erreicht wird. Ein Codierer, der die STTD-Technik verwendet, ist in zwei Teile aufgeteilt.
Um eine Frequenzdiversity zu erreichen, umfasst der Codierer zuerst eine Kopie-Erzeugungseinrichtung für den Empfang eines OFDM-Symbols, das N Hilfsträger (oder Unterkanäle) umfasst, und dann für die Erzeugung von zwei OFDM-Symbolen, deren jedes N Hilfsträger umfasst. Hier ist eines der zwei OFDM-Symbole identisch mit dem ursprünglichen, von der Kopie-Erzeugungseinrichtung empfangenen OFDM-Symbol, und das andere OFDM-Symbol wird erzeugt durch zyklisches Zirkulieren des empfangenen OFDM-Symbols um eine vorbestimmte Distanz. In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Distanz, um die die Kopie-Erzeugungsvorrichtung das empfangene OFDM-Symbol zyklisch zirkuliert, als eine Distanz d zyklischer Zirkulation bezeichnet, und die Distanz d zyklischer Zirkulation (oder ein Betrag der zyklischen umfasst Zirkulation) wird berechnet durch
in den Statistiken. In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung berechnet ein Empfänger eine Korrelation zwischen Übertragungskanälen und definiert dann eine Hilfsträgerposition, bei der die Korrelation einen Minimumwert hat, als eine Distanz d zyklischer Zirkulation eines mit dem Empfänger korresponiderenden Senders. Ein Prozess der Bestimmung einer Distanz d zyklischer Zirkulation durch den Empfänger auf der Basis einer Korrelation zwischen Übertragungskanälen wird später beschrieben. Als Nächstes werden die zwei, durch die Kopie-Erzeugungseinrichtung erzeugten OFDM-Symbole auf einen Raum-Zeit-Blockcode abgebildet.
Das auf diese Weise übertragene Signal wird durch den Empfänger durch eine gegenüber der durch den Sender durchgeführte Operation inverse Operation decodiert. Ein Decodierer für einen STDBC (Space-Time-Frequency Block Code, Raum-Zeit-Frequenz-Blockcode) ist ebenfalls in zwei Teile aufgeteilt.
Zuerst wird ein empfangenes Funkfrequenzsignal einer primären Decodierung durch einen Decodierer für einen Raum-Zeit-Blockcode unterzogen. Das empfangene Funkfrequenzsignal wird nach der primären Decodierung in zwei OFDM-Symbole gewandelt. Die zwei OFDM-Signale korrespondieren mit den OFDM-Signalen, die von der Kopie-Erzeugungseinrichtung in dem Sender ausgegeben werden. Deshalb wird das empfangene OFDM-Symbol von den zwei OFDM-Symbolen, das mit dem OFDM-Symbol korrespondiert, welches durch den Sender nach zyklischer Zirkulation gesendet wurde, im Empfänger um die Distanz d invers zyklisch zirkuliert, welche der Sender verwendet hat. Danach wird das invers zyklisch zirkulierte OFDM-Symbol zu dem anderen OFDM-Symbol addiert (oder mit ihm kombiniert). Das kombinierte OFDM-Symbol ist auf der Basis von Kanalinformation als das am Nächsten liegende Signal definiert, wodurch der Decodierungsprozess vervollständigt wird.
Der STFBC erreicht nach den Sende- und Empfangsprozessen einen Raumdiversity-Gewinn zweiter Ordnung und einen Frequenzdiversity-Gewinn zweiter Ordnung. Da sowohl der Codierungsprozess als auch der Decodierungsprozess linear durchgeführt werden, ist zusätzlich nur eine einfache Operation erforderlich. Selbst wenn ein Empfänger eine Korrelation zwischen Übertragungskanälen berechnet, definiert er ferner eine Hilfsträgerposition, bei der die Korrelation einen Minimumwert hat, als Distanz d zyklischer Zirkulation, und führt die Distanz d zyklischer Zirkulation zu einem mit dem Empfänger korrespondierenden Sender zurück, und der STFBC erreicht einen Raumdiversity-Gewinn zweiter Ordnung und einen Frequenzdiversity-Gewinn zweiter Ordnung. Ein Verfahren der Bestimmung der Distanz d zyklischer Zirkulation auf der Basis der Korrelation wird später beschrieben. Da sowohl der Codierungsprozess als auch der Decodierungsprozess linear durchgeführt werden, ist zusätzlich nur eine einfache Operation erforderlich.
1. Kovarianzmatrix eines Kanals in einem OFDM-System
Als Impulsantwort eines frequenzselektiven, schwundbehafteten Kanals mit L vielfachen Pfaden wird mit einem FIR-(Finite Impulse Response, endliche Impulsantwort)-Filter mit L Anzapfungen modelliert. Dies kann repräsentiert werden durch Gleichung (6)
In Gleichung (6) bezeichnet h(i) einen Abschwächungskoeffizienten einer Impulsantwort auf einem i-ten Pfad, und bezeichnet τ_i eine Verzögerungszeit auf dem i-ten Pfad. Da ein Kanal mit einem FIR-Filter modelliert wird, ist das τ_i gleich einer Abtastlücke. In einem System mit Verwendung vielfacher Antennen wird jeder Kanalkoeffizient h(i) mit einer unabhängigen komplexen Gaußschen Zufallsvariablen mit einem Durchschnitt von Null modelliert. Deshalb bildet die Amplitude einer jeden Kanalanzapfung eine Raleigh-Verteilung oder Rician-Verteilung, und die Phase einer jeden Kanalanzapfung bildet eine gleichförmige Verteilung. Zusätzlich kann angenommen werden, dass das Leistungsverzögerungsprofil eines Kanals gleichförmig ist oder eine exponentielle Verteilung hat.
Falls das Leistungsverzögerungsprofil eines Kanals in dem OFDM-Mobilkommunikationssystem gleichförmig ist, kann die Frequenzantwort eines Kanals, der mit dem k-ten Hilfsträger eines OFDM-Symbol korrespondiert, welches der FFT unterzogen wurde, ausgedrückt werden als Gleichung (7)
In Gleichung (7) bezeichnet N die Gesamtzahl der Hilfsträger für ein OFDM-Symbol. Um eine Kovarianzmatrix eines Kanals zu berechnen, wird eine Korrelation zwischen der Frequenzantwort eines Kanals, die mit einem k-ten Hilfsträger korrespondiert, und der Frequenzantwort eines Kanals, die mit einem (k + Δk)-ten Hilfsträger korrespondiert, berechnet durch Gleichung (8)
In Gleichung (8) werden die Koeffizienten der Kanalanzapfungen verwendet, um die Nichtkorrelations-Charakteristik mittels Formel auszuweiten. In Gleichung (8) repräsentiert σ 2 / i eine Varianz eines i-ten Kanalanzapfungskoeffizienten und ist gleich der Leistung eines i-ten Pfades auf einem Kanal. Da das Leistungsverzögerungsprofil eines Kanals gleichförmig ist, ist σ 2 / i = 1/L, und die σ 2 / i-Werte der jeweiligen Pfade sind voreinander unabhängig. Deshalb ist die folgende Gleichung aus Gleichung (8) abgeleitet.
Gleichung (9)
Ein Kanalvektor H in Gleichung (9) ist definiert als
Gleichung (10)

H = [H(0)H(1)...H(N – 1)]T

Daher wird die gesamte Kovarianzmatrix C_H berechnet durch Gleichung (11)
In der Matrix von Gleichung (11) hat ρ_Δk nach Gleichung (4) die folgenden Charakteristiken:
Erste Charakteristik: ρ_–Δk = ρ * / Δk
Zweite Charakteristik: |ρ_–Δk| = |ρ_Δk|
Dritte Charakteristik: ρ_Δk = ρ_N–Δk
Die gesamte Kovarianzmatrix C_H wird als eine Hermitische Matrix durch die erste bis dritte Charakteristik ausgedrückt.
In der vorstehenden Beschreibung wird angenommen, dass ein Leistungsverzögerungsprofil eines jeden Kanals gleichförmig ist. Wenn jedoch ein Leistungsverzögerungsprofil eines jeden Kanals nicht gleichförmig ist, obgleich eine Kovarianz eines Kanals nicht durch Simulation zirkuliert ist, erfüllt die Konstruktion einer Matrix auf der Basis einer Hilfsträgerposition mit der minimalen Korrelation die obige Zirkulationscharakteristiken eines Hilfsträgers.
2. Auswahl des optimalen Hilfsträgers zum Erlangen von maximaler Frequenzdiversity
Ein fundamentales Konzept der Diversity ist es, einem Empfänger zu ermöglichen, Kopien eines Signals mit derselben Information über unabhängige, schwundbehaftete Kanäle zu empfangen. Deshalb wird in dem OFDM-Mobilkommunikationssystem dasselbe Signal mit unterschiedlichen Hilfsträgern übertragen, um Frequenzdiversity zu erreichen. Um jedoch einen maximale Diversity-Gewinn zu erreichen, müssen Kopien von jedem Signal über unabhängige schwundbehaftete Kanäle empfangen werden. Um einen maximalen Frequenzdiversity-Gewinn zu erreichen, erkennt das OFDM-Mobilkommunikationssystem Hilfsträger, die miteinander nicht korreliert sind, und überträgt dann Kopien über die erkannten Hilfsträger.
Zusätzlich hat die komplexe Gaußsche Zufallsvariable trotz ihres Durchgangs durch FFT eine konstante Charakteristik. Der Grund dafür ist, dass FFT eine lineare Funktion ist. Deshalb ist die Frequenzantwort H(k) eines Kanals mit einer komplexen Gaußschen Zufallsvariablen mit einem Durchschnitt von Null und einer einzigen Verteilung modelliert. Somit sind dann, wenn die zwei Gaußschen Zufallsvariablen aufgrund der Gaußschen Verteilungscharakteristik nicht korreliert sind, die zwei Zufallsvariablen voneinander unabhängig. Wenn z.B. ein Kanal H(k₂) für einen k₂-ten Hilfsträger mit einem Kanal H(k₁) für einen k₁-ten Hilfsträger nicht korreliert sind, dann sind die zwei Kanäle voneinander unabhängig.
Eine Korrelation zwischen einem Kanal H(k₁) für einen k₁-ten Hilfsträger und einem Kanal H(k₂) für einen k₂-ten Hilfsträger ist definiert als Gleichung (12)
In Gleichung (12) muss für eine Nicht-Korrelation zwischen den zwei Kanälen eine Bedingung
erfüllt sein. Um diese Bedingung zu erfüllen, muss deshalb Gleichung (12) die folgende Gleichung (13) erfüllen.
Gleichung (13)
In Gleichung (13) ist Δk₁₂ = k₂ – k₁ und Δk₁₂ ≠ 0. Wie in Gleichung (13) veranschaulicht, sind die zwei unabhängigen Kanäle gegeben als eine Funktion einer Distanz zwischen zwei Hilfsträgern. Deshalb wird eine allgemeine Lösung der Gleichung (13) zu Gleichung (14)
In Gleichung (14) ist m eine ganze Zahl ungleich 0. Da jedoch Δk₁₂ nach der Darstellung in Gleichung (13) begrenzt ist, ist auch m begrenzt. Es ist jedoch möglich, unter Beibehaltung von Allgemeingültigkeit k₁ auf 0 zu setzen, (k₁ = 0). Da 1 ≤ Δk₁₂ ≤ N – 1 ist, ist die folgende Beziehung gegeben Gleichung (15)
Wenn Gleichung (15) auf Gleichung (14) angewendet wird, kann sie neu geschrieben werden als Gleichung (16)
In Gleichung (16) ist m eine ganze Zahl, und L und N sind natürliche Zahlen, so dass m einen Bereich von 1 ≤ m ≤ L – 1 hat.
Deshalb ist die Anzahl von Hilfsträgern ohne Korrelation mit einem nullten Hilfsträger gleich L – 1. Somit ist die Anzahl unabhängiger Hilfsträger einschließlich des nullten Hilfsträgers gleich L. Auf der Basis der dritten Charakteristik für eine Kovarianzmatrix eines Kanals ist die Anzahl der von einem k-ten Hilfsträger unabhängigen Hilfsträger in einem Kanal mit L Pfaden gleich L.
3. STFBC für das Erlangen maximaler Frequenzdiversity, zwei Sendeantennen verwendet
Bei der Bereitstellung eines STFBC (Space-Time-Frequency Block Code, Raum-Zeit-Frequenz-Blockcode) nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sollte das Folgende in Betracht gezogen werden.

(1) maximale Frequenz- und Raumdiversity-Gewinne
(2) Einhaltung einer maximalen Distanz zwischen allen Hilfsträgern
(3) starke Korrelationscharakteristik eines Kanals

Um maximale Diversity im Frequenzraum zu erreichen, was zuerst in Betracht gezogen werden sollte, erkennt das OFDM-Mobilkommunikationssystem Hilfsträger, die miteinander nicht korreliert sind, und überträgt dann die Kopien über die erkannten Hilfsträger. Nun werden Korrelationen zwischen einem bestimmten Hilfsträger und anderen Hilfsträgern mit Bezug auf 9 beschrieben.
9 veranschaulicht Korrelationen zwischen einem nullten Hilfsträger und anderen Hilfsträgern nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 9 ist ein Diagramm, das die Amplituden der Korrelationen zwischen einem nullten Hilfsträger und anderen Hilfsträgern veranschaulicht, wobei die Kanäle dasselbe Leistungsverzögerungsprofil haben, wenn L = 4 und N = 64 ist.
Mit Bezug auf 9 wird bemerkt, dass die Amplitude einer Korrelation mehr und mehr reduziert ist, wenn ein Hilfsträgerindexwert dem Mittelpunkt näher kommt. Die Amplituden der Korrelationen sind symmetrisch in der Gestalt nach der zweiten Charakteristik der Kovarianzmatrix eines Kanals. Deshalb ist es für das Erreichen einer starken Korrelationscharakteristik eines Kanals notwendig, was zweitens in Betracht gezogen werden sollte, Kopien eines Symbols durch zentrale Hilfsträger mit geringerer Korrelation miteinander zu übertragen. Da eine Kovarianzmatrix eines Kanals nach der dritten Charakteristik der Kovarianzmatrix zyklisch zirkuliert ist, hat zusätzlich jede Reihe in der Matrix eine zyklisch zirkulierte Form einer ersten Reihe (was die Korrelation mit dem nullten Hilfsträger anzeigt). Deshalb sind unabhängige Kanäle für die jeweiligen Hilfsträger einer nach dem anderen zyklisch zirkuliert. Dementsprechend ist ein idealer Vorschlag für die Erfüllung der Sache, die drittens in Betracht gezogen werden sollte, die Hilfsträgerpositionen um N/2 zu trennen. Dadurch werden alle Hilfsträger gleichmäßig um N/2 getrennt, wodurch eine maximale Distanz eingehalten wird. Folglich ist ein Hilfsträger, der die Sache erfüllt, die erstens in Betracht gezogen werden sollte, während die Sachen erfüllt werden, die zweitens und drittens in Betracht gezogen werden sollten, der mittlere Hilfsträger unter den drei Hilfsträgern, die eine Korrelation von Null haben. Deshalb werden die Hilfsträger, die nicht korreliert sind, bestimmt durch Dividieren aller Hilfsträger durch L in Übereinstimmung mit Gleichung (14), und da Δk eine ganze Zahl ist, ist ein optimales Δk für die drei Sachen, die in Betracht gezogen werden sollten, definiert als Gleichung (17)
Da nach der dritten Charakteristik der Kovarianzmatrix eines Kanals die Korrelation zyklisch zirkuliert ist, wird ein optimaler Hilfsträger k' für einen k-ten Hilfsträger berechnet durch
Gleichung (18)

k' = (k + d)modN

In Gleichung (18) repräsentiert "mod" eine Modulo-Operation.
Nun wird mit Bezug auf 10 eine Beschreibung gegeben von Positionen der Kopien für das Erreichen der maximalen Frequenzdiversity, z.B. für L = 4 und N = 8.
10 veranschaulicht die Positionen von Kopien zum Erreichen der maximalen Frequenzdiversity nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Mit Bezug auf 10 senden alle Hilfsträger Kopien über Hilfsträger, die um N/2 getrennt sind, wie oben festgestellt. Da in 10 die Anzahl der Hilfsträger 8 ist (d.h. N = 8), werden die Kopien getragen durch Hilfsträger, die um 8/2 = 4 Hilfsträger getrennt sind. D.h. eine Kopie eines ersten Hilfsträgers wird auf einem fünften Hilfsträger und eine Kopie eines zweiten Hilfsträgers wird auf einem sechsten Hilfsträger übertragen. Auf diese Weise wird ein Kopie des Signals eines achten Hilfsträgers auf einem vierten Hilfsträger übertragen.
Oben wurde eine Beschreibung der Korrelationen zwischen einem nullten Hilfsträger und den anderen Hilfsträgern bei gleichförmigen Leistungsverzögerungsprofilen mit Bezug auf 9 beschrieben. Als Nächstes wird mit Bezug auf 14 eine Beschreibung für den Fall gegeben, in dem die Leistungsverzögerungsprofile der Kanäle nicht gleichförmig sind.
14 veranschaulicht Korrelationen unter den nullten, 52-sten und 204-ten Hilfsträgern nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Da mit Bezug auf 14 die Leistungsverzögerungsprofile der Kanäle nicht gleichförmig sind, wird bemerkt, dass eine Hilfsträgerposition mit der minimalen Korrelation nicht zusammenfällt mit dem Hilfsträger im Mittelpunkt. Eine Differenz zwischen einer Position des nullten Hilfsträgers und einer Position eines Hilfsträgers, der die minimale Korrelation mit dem nullten Hilfsträger hat, wird zu einer Distanz d zyklischer Zirkulation. Deshalb stellt ein Empfänger eine Position des Hilfsträgers mit der minimalen Korrelation mit dem korrespondierenden Hilfsträger auf die Distanz d zyklischer Zirkulation ein und führt die eingestellte Distanz d zyklischer Zirkulation zu einem Sender zurück, und der Sender zirkuliert zyklisch Kopie-Symbole um die Distanz d zyklischer Zirkulation, die durch die Position des Hilfsträgers mit minimaler Korrelation eingestellt ist, wodurch STTD-Frequenzdiversity durchgeführt wird.
Nun wird eine detaillierte Beschreibung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
(1) STFBC-Codierer
3 veranschaulicht eine Struktur eines Senders in einem OFDM-Mobilkommunikationssystem nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Mit Bezug auf 3 wird für einen STFBC ein Raum-Zeit-Blockcode verwendet, um sowohl ein Maximum des Frequenzdiversity-Gewinns als auch ein Maximum des Raumdiversity-Gewinns zu erreichen. Nun wird ein Prozess der Codierung eines STFBC unter Verwendung von zwei Sendeantennen im Folgenden beschrieben.
Eingangsdaten 310 werden einem Modulator (oder QPSK-/QAM-Abbilder) 312 übergeben, und der Modulator 312 puffert die Eingangsdaten 312 so viele Male wie die Zahl N der Hilfsträger ist, und gibt ein OFDM-Symbol s aus. Das OFDM-Symbol s von dem Modulator 312 wird ausgedrückt als
Gleichung (19)

s = [s(0)...s(N – 1)]T

Um die maximale Frequenzdiversity zu erreichen, erzeugt der Sender vor der Anwendung des Raum-Zeit-Blockcodes zwei OFDM-Symbole mittels einer Kopie-Erzeugungseinrichtung 314. D.h. das von dem Modulator 312 ausgegebene OFDM-Symbol s wird der Kopie-Erzeugungseinrichtung 314 übergeben, und die Erzeugungseinrichtung 314 erzeugt zwei unterschiedliche OFDM-Symbole. Von den zwei von der Erzeugungseinrichtung 314 erzeugten OFDM-Symbolen ist ein OFDM-Symbol identisch mit dem ursprünglichen OFDM-Symbol, und das andere OFDM-Symbol wird erzeugt durch zyklisches Zirkulieren des OFDM-Symbols s durch Berechnung einer Distanz d zyklischer Zirkulation mittels Gleichung (17) und Einsetzen der berechneten Distanz d zyklischer Zirkulation in Gleichung (18). D.h. die zwei von der Erzeugungseinrichtung 314 erzeugten OFDM-Symbole werden zu X₁ und X₂. Die OFDM-Symbole X₁ und X₂ werden repräsentiert durch X1 = s = [s(0)...s(N – 1)]T X2 = [s(N – d)...s(N – 1)s(0)...s(N – d – 1)]T
Nun wird mit Bezug auf 7 ein Prozess der Berechnung der Distanz d zyklischer Zirkulation beschrieben.
7 veranschaulicht den Betrieb eines Senders nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Mit Bezug auf 7 berechnet der Sender in Schritt 710 eine Distanz d zyklischer Zirkulation für das OFDM-Symbol s und geht dann zu Schritt 712. In Schritt 712 erzeugt der Sender eine Kopie durch zyklisches Zirkulieren eines Symbolvektors für das OFDM-Symbol s um die berechnete Distanz d zyklischer Zirkulation und geht dann zu Schritt 714. Hier wird eine detaillierte Operation und Struktur für die Berechnung der Distanz d zyklischer Zirkulation für das OFDM-Symbol s in Schritt 710 und für das Erzeugen einer Kopie für das OFDM-Symbol s auf der Basis der berechneten Distanz d zyklischer Zirkulation in Schritt 712 in 5 veranschaulicht. Falls jedoch die Leistungsverzögerungsprofile der Kanäle nicht gleichförmig sind, berechnet der Sender die Distanz d zyklischer Zirkulation mit einem Verfahren, das sich von dem in Schritt 710 verwendeten Verfahren unterscheidet, d.h. es wird die Distanz d zyklischer Zirkulation auf der Basis einer Position eines Hilfsträgers mit minimaler Korrelation berechnet, und die berechnete Distanz d zyklischer Zirkulation wird in einem Zyklische-Zirkulierungsdistanz-Bestimmer 516 gespeichert, um die berechnete Distanz d zyklischer Zirkulation zum Sender zurückzuführen. Folglich erzeugt die Kopie-Erzeugungseinrichtung 314 in dem Sender eine Kopie durch zyklisches Zirkulieren des OFDM-Symbol s um die Distanz d zyklischer Zirkulation.
5 veranschaulicht eine detaillierte Struktur der Kopie-Erzeugungseinrichtung 314 von 3. Mit Bezug auf 5 wird das von dem Modulator 312 ausgegebene OFDM-Symbol s in einem Puffer 512 gespeichert. Das in dem Puffer 512 gespeicherte OFDM-Symbol s wird einem Raum-Zeit-Blockcode-Codierer 316 als eine Ausgabe X₁ der Kopie-Erzeugungseinrichtung 314 übergeben. Ferner wird das in dem Puffer 512 gespeicherte OFDM-Symbol s einem zyklischen Zirkulierer 514 übergeben. Der zyklische Zirkulierer 514 zirkuliert das OFDM-Symbol s um die Distanz d zyklischer Zirkulation, die von dem Zyklische-Zirkulierungs-Distanz-Bestimmer 516 bestimmt wurde, erzeugt eine zweite Ausgabe X₁ der Kopie-Erzeugungseinrichtung 314 und übergibt die Ausgabe X₂ dem Raum-Zeit-Blockcode-Codierer 316. In 5 wird die von dem Zyklische-Zirkulierungs-Distanz-Bestimmer 516 bestimmte Distanz d zyklischer Zirkulation einem Zähler 518 übergeben, und der Zähler 518 zählt die bestimmte Distanz d zyklischer Zirkulation. Der Zähler 518 ist optional. D.h. es ist vorzuziehen, dass die von dem Zyklische-Zirkulierungs-Distanz-Bestimmer 516 bestimmte Distanz d zyklischer Zirkulation dem zyklischen Zirkulierer 514 übergeben wird, um das in dem Puffer 512 gespeicherte OFDM-Symbol s zyklisch zu zirkulieren.
Die zwei von der Kopie-Erzeugungseinrichtung 314 erzeugten OFDM-Symbole X₁ und X₂ werden dem Raum-Zeit-Blockcode-Codierer 316 übergeben, und der Raum-Zeit-Blockcode-Codierer 316 codiert die OFDM-Symbole X₁ und X₂ mit einem Raum-Zeit-Blockcode. Der Prozess der Codierung der OFDM-Symbole wird in Schritt 714 von 7 durchgeführt Falls ein Raum-Zeit-Blockcode auf die zwei von der Kopie-Erzeugungseinrichtung 314 ausgegebenen OFDM-Symbole X₁ und X₂ angewendet wird, dann werden die zwei OFDM-Symbole wie folgt abgebildet. Gleichung (20)
Die zwei durch Gleichung (20) abgebildeten OFDM-Symbole werden über übliche Elemente in dem OFDM-Sender an korrespondierende Antennen ausgegeben. D.h. die zwei von dem Raum-Zeit-Blockcode-Codierer 316 ausgegebenen OFDM-Symbole werden einem ersten IFFT-(Inverse Fast Fourier Transform, inverse schnelle Fourier-Transformation)-Block 318 bzw. einem zweiten IFFT-Block 320 übergeben. Der erste IFFT-Block 318 und der zweite IFFT-Block 320 führen IFFT über den von dem Raum-Zeit-Blockcode-Codierer 316 ausgegebenen OFDM-Symbolen durch und übergeben ihre Ausgaben einem ersten Schutzintervalleinfüger 322 bzw. einen zweiten Schutzintervalleinfüger 324. Der erste Schutzintervalleinfüger 322 fügt ein Schutzintervall in das Ausgangssignal des ersten IFFT-Blocks 318 ein und übergibt seine Ausgabe einem ersten Funkfrequenzprozessor 326. Der zweite Schutzintervalleinfüger 324 fügt ein Schutzintervall in das Ausgangssignal des zweiten IFFT-Blocks 320 ein und übergibt seine Ausgabe einem zweiten Funkfrequenzprozessor 328. Der erste Funkfrequenzprozessor 326 und der zweite Funkfrequenzprozessor 328 führen Funkverarbeitung über den Ausgangssignalen des ersten Schutzintervalleinfügers 322 bzw. des zweiten Schutzintervalleinfügers 324 durch und senden ihre Ausgaben über drahtlose Kanäle über die Antennen Ant1 bzw. Ant2.
Mit Bezug auf 5 wurde eine Beschreibung der Struktur der Kopie-Erzeugungseinrichtung für das Erzeugen einer Kopie durch Bestimmen einer Distanz d zyklischer Zirkulation gegeben, falls die Kanäle gleichförmige Leistungsverzögerungsprofile haben. Wenn die Kanäle jedoch keine gleichförmigen Leistungsverzögerungsprofile haben, wird die Distanz d zyklischer Zirkulation nicht mit dem Verfahren bestimmt, das in Verbindung mit 5 beschrieben wurde. Als Nächstes wird mit Bezug auf 12 eine Beschreibung gegeben von einer Struktur für das Zurückführen einer Distanz d zyklischer Zirkulation, wenn die Kanäle keine gleichförmigen Leistungsverzögerungsprofile haben.
12 veranschaulicht schematisch eine Struktur für das Zurückführen einer Distanz d zyklischer Zirkulation auf der Basis einer gemessenen Minimumkorrelation eines Übertragungskanals von einem Empfänger zu einem Sender in einem OFDM-Mobilkommunikationssystem nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wenn mit Bezug auf 12 ein Sender 1110 zwei OFDM-Symbole einschließlich eines Originals eines eingegebenen OFDM-Symbols s und einer Kopie davon über zwei Sendeantennen überträgt, dann empfängt ein Empfänger 1150 die zwei von dem Sender 1110 gesendeten OFDM-Symbole über zwei Empfangsantennen. Die empfangenen zwei OFDM-Symbole werden einem Übertragungskanalkorrelationsdetektor 1151 zugeführt, und der Übertragungskanalkorrelationsdetektor 1151 erkennt unter Verwendung der empfangenen zwei OFDM-Symbole eine Korrelation zwischen Hilfsträgern für Übertragungskanäle. Die erkannte Korrelation zwischen den Hilfsträgern wird einem Zyklische-Zirkulations-Distanz-Bestimmer 1153 zugeführt, und der Zyklische-Zirkulations-Distanz-Bestimmer 1153 bestimmt eine Hilfsträgerposition, bei der eine Korrelation mit einem nullten Hilfsträger zwischen den Übertragungskanälen einen Minimumwert hat, als eine Distanz d zyklischer Zirkulation. Der Zyklische-Zirkulations-Distanz-Bestimmer 1153 führt die bestimmte Distanz d zyklischer Zirkulation zum Sender 1110 zurück.
Der Betrieb des in 12 veranschaulichten Senders 1110 wird mit Bezug auf 13 beschrieben.
13 veranschaulicht den Betrieb eines Senders auf der Basis einer zurückgeführten Distanz d zyklischer Zirkulation in einem OFDM-Mobilkommunikationssystem nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Mit Bezug auf 13 bestimmt der Sender in Schritt 1210 eine Distanz d zyklischer Zirkulation auf der Basis der von dem Empfänger zurückgeführten Distanz d zyklischer Zirkulation, d.h. einer Hilfsträgerposition, bei der die Korrelation mit einem nullten Hilfsträger zwischen Übertragungskanälen einen Minimumwert hat, und geht dann zu Schritt 1220. In Schritt 1220 erzeugt der Sender eine Kopie durch zyklisches Zirkulieren eines Symbolvektors des eingegebenen OFDM-Symbols s um die bestimmte Distanz d zyklischer Zirkulation, und geht dann zu Schritt 1230. In Schritt 1230 codiert der Sender das ursprüngliche OFDM-Symbol und das kopierte OFDM-Symbol mit einem Raum-Zeit-Blockcode, und geht dann zu Schritt 1240. In Schritt 1240 übergibt der Sender die zwei codierten OFDM-Symbole an IFFT-Blöcke, die mit korrespondierenden Antennen verbunden sind, und dann endet der Prozess. Hier sind die Elemente in dem Sender im Betrieb identisch zu den Elementen, die in Verbindung mit 7 beschrieben wurden, außer dass die Distanz d zyklischer Zirkulation von dem Empfänger zurückgeführt wird.
(2) STFBC-Decodierer
4 veranschaulicht einen Empfänger in einem OFDM-Mobilkommunikationssystem nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 4 umfasst der Empfänger 2 Antennen einer ersten Antenne Ant1 und einer zweiten Antenne Ant2, einen ersten Funkfrequenzprozessor 410 für die Funkfrequenzverarbeitung eines Signals, das über die erste Antenne Ant1 empfangen wurde, und einen zweiten Funkfrequenzprozessor 412 für die Funkfrequenzverarbeitung eines Signals, das über die zweite Antenne Ant2 empfangen wurde. Ferner umfasst der Empfänger einen ersten Schutzintervallentferner 414 für das Entfernen eines Schutzintervalls von einem Ausgangssignal des ersten Funkfrequenzprozessors 410, einen zweiten Schutzintervallentferner 416 für das Entfernen eines Schutzintervalls von einem Ausgangssignal des zweiten Funkfrequenzprozessors 412, einen ersten FFT-Block 418 für die Durchführung von FFT über einem Ausgangssignal des ersten Schutzintervallentferners 414 und einen zweiten FFT-Block 420 für die Durchführung von FFT über einem Ausgangssignal des zweiten Schutzintervallentferners 416. Jedoch kann der Empfänger nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entweder eine oder eine Vielzahl von Antennen bei der Durchführung der Empfangsoperation umfassen. Wenn z.B. eine Antenne verwendet wird, umfasst der Empfänger eine erste Antenne Ant1, einen ersten Funkfrequenzprozessor 410, einen ersten Schutzintervallentferner 414 und einen ersten FFT-Block 418. Wenn jedoch zwei Antennen verwendet werden, umfasst der Empfänger eine zweite Antenne Ant2, einen zweiten Funkfrequenzprozessor 412, einen zweiten Schutzintervallentferner 416 und einen zweiten FFT-Block 420 zusätzlich zu der erste Antenne Ant1, dem ersten Funkfrequenzprozessor 410, dem ersten Schutzintervallentferner 414 und dem ersten FFT-Block 418.
Mit Bezug auf 4 werden in einem OFDM-Mobilkommunikationssystem mit N Hilfsträgern die Ausgangssignale der FFT-Blöcke 418 und 420 repräsentiert durch
Gleichung (21)

r = H·X + n

In Gleichung (21) bezeichnet r einen N × 1-Empfangssymbolvektor, bezeichnet X einen N × 1-Sendesymbolvektor, bezeichnet n einen N × 1-Störungsvektor und bezeichnet H eine N × N-Diagonalmatrix, die eine Frequenzantwort eines Kanals repräsentiert.
1) Eine Empfangsantenne verwendet
Obwohl die Ausgabesignale der FFT-Blöcke 418 und 420 durch einen schwundbehafteten Mehrwegekanal in dem OFDM-Mobilkommunikationssystem laufen, werden sie durch das einfache Produkt einer Frequenzantwort des Kanals und einem Sendesignal entsprechend Gleichung (21) repräsentiert. Deshalb können die mit dem STFBC codierten Signale ausgedrückt werden als Gleichung (22)
In Gleichung (22) repräsentiert eine Hochstellung "*" einen Operator für das komplexe Konjugieren eines jeden Elements der Matrix. Ferner repräsentieren H₁ und H₂ diagonale Matrizen korrespondierender Frequenzantworten der Kanäle zwischen den Sendeantennen und den Empfangsantennen, und X₁ und X₂ repräsentieren Übertragungssymbolvektoren.
Die Ausgabesignale der FFT-Blöcke 418 und 420 werden einer Steuerung 601 von 6 zugeführt, und die Steuerung 601 trennt die übergebenen Signale entsprechend den Pfaden des Mehnnregekanals und übergibt die getrennten Signale den Puffern 603 und 605. Die Puffer 603 und 605 speichern die getrennten Signale auf der Zeitachse, und wenn die getrennten Signale für einen vorbestimmten Betrag gespeichert worden sind, übergeben die Puffer 603 und 605 die dort gespeicherten Signale einem Raum-Zeit-Blockcode-Decodierer 422. Die Ausgabesignale der Puffer 603 und 605 werden durch r₁ bzw. r₂ repräsentiert. In den r₁ und r₂, welche die Ausgabesignale der Puffer 603 und 605 repräsentieren, bezeichnen die Tiefstellungen Zeitindizes. Die r₁ bzw. r₂ sind gemischte Signale von X₁ und X₂, die durch den Sender aufgrund der Verwendung des Raum-Zeit-Blockcodes getrennt sind.
Deshalb werden die durch den Raum-Zeit-Blockcode-Decodierer 422 in Schritt 816 von 8 decodierten Signale ermittelt durch Multiplizieren des Symbolvektors mit der Hermitischen einer Kanalmatrix H aufgrund der Orthogonalität eines Raum-Zeit-Blockcodes, wie folgt Gleichung (23)
Von den decodierten Symbolvektoren X₁ und X₂ von Gleichung (23) wird das X₂ erzeugt durch zyklisches Zirkulieren des X₁, so zirkuliert in Schritt 818 von 8 ein Inverser-zyklischer-Zirkulierer 612 von 6 das X₂ invers zyklisch um Distanz d zyklischer Zirkulation in einer umgekehrten Operation der zyklischen Zirkulation, die durch den Sender durchgeführt wird. Für die inverse zyklische Zirkulation ist es notwendig, eine inverse Distanz d zyklischer Zirkulation zu bestimmen. Die inverse Distanz d zyklischer Zirkulation wird in Schritt 819 von 8 berechnet durch einen Zyklische-Zirkulierungs-Distanz-Bestimmer 616. Jeder Hilfsträger des durch die inverse zyklische Zirkulation erzeugten Symbols X ~'1 wird repräsentiert durch
Gleichung (24)

X ~'1 (k) = X ~2((k + d)modN), 0 ≤ k ≤ N – 1
X ~'1 (k) = [X ~2(d)...X ~2(N – 1)X ~2(0)...X ~2(d – 1)]T

Deshalb kann das X ~'1 , von dem eine Rauschen-Komponente durch Gleichung (23) entfernt wurde, ausgedrückt werden als ein aktuell übertragenes OFDM-Symbol s durch inverse zyklische Zirkulation nach Gleichung (25) wie folgt.
Gleichung (25)
Da das X ~1 und das X ~'1 denselben Übertragungssymbolvektor s haben, wird ein k-ter Hilfsträger eines Symbolvektors oder die Summe der zwei Vektoren repräsentiert durch
Gleichung (26)

X ^1(k) = (|H1(k)|2 + |H2(k)|2 + |H1((k + d)mod N)|2 + |H2((k + d) mod N)|2)s(k) = λk·s(k)2) für 0 ≤ k ≤ N – 1

Allgemein sind in einem Mobilkommunikationssystem mit Verwendung mehrerer Antennen die Kanäle zwischen den Übertragungsantennen voneinander unabhängig. Deshalb sind H₁ und H₂ voneinander unabhängig. Somit ist in Gleichung (26) H₁(k) unabhängig von H₂(k), und H₁((k + d)modN) ist unabhängig von H₂((k + d)modN). Ferner wird in Gleichung (17) die Distanz d zyklischer Zirkulation derart bestimmt, dass die Kanäle zwischen Hilfsträgern voneinander unabhängig sind, und so ist H₁(k) unabhängig von H₁((k + d)modN), und H₂(k) ist unabhängig von H₂((k + d)modN). Deshalb wird bemerkt, dass in Gleichung (26) ein Übertragungssignal s(k) einen Raumdiversity-Gewinn zweiter Ordnung und einen Frequenzdiversity-Gewinn zweiter Ordnung erreicht, d.h. insgesamt einen Diversity-Gewinn vierter Ordnung erreicht.
Deshalb garantiert der Sender mit nur zwei Sendeantennen die Leistung, die unter Verwendung von vier Antennen in einem OFDM-Mobilkommunikationssystem erreicht wird, welches einen Raum-Zeit-Blockcode verwendet. Nach einem Prozess der Decodierung eines Raum-Zeit-Blockcodes durch den Raum-Zeit-Blockcode-Decodierer 422 wird in Schritt 822 von
8 ein Ausgangssignal eines Frequenzdiversity-Kombinierers 424 einem Demodulator (oder QPSK-/QAM-Rückabbilder) 426 für die Demodulation übergeben. Die Demodulation durch den Demodulator 426 wird durchgeführt in Übereinstimmung mit Gleichung (27), wie folgt.
Gleichung (27)

ŝ(k) = argminŝ(k) ||X ^1 – λk·ŝ(k)||2, 0 ≤ k ≤ N – 1

2) N_R Empfangsantennen verwendet
Ein Empfänger decodiert Signale, die über die jeweiligen Empfangsantennen empfangen werden, in dem Raum-Zeit-Blockcode-Decodierungsverfahren und summiert die decodierten Signale für jede Antenne. Dies kann ausgedrückt werden als Gleichung (28)
In Gleichung (28) repräsentieren H_1m und H_2m eine Frequenzantwort eines Kanals zwischen einer ersten Antenne und einer m-ten Antenne bzw. eine Frequenzantwort eines Kanals zwischen einer zweiten Antenne und einer m-ten Antenne. Deshalb ist in Gleichung (28) ein durch einen Raum-Zeit-Blockcode decodiertes Signal gleich einem Wert, der durch das N_R-malige Summieren von Gleichung (23) bestimmt wird. Da die Kanäle von den Empfangsantennen voneinander unabhängig sind, wird der Raumdiversity-Gewinn zu 2 × N_R.
Als Nächstes wird die Frequenzdiversity in demselben Prozess bestimmt, als wenn die Anzahl der Empfangsantennen gleich 1 ist. Wenn die Anzahl der Empfangsantennen N_R ist, erreicht deshalb ein STFBC unter Verwendung von zwei Sendeantennen einen Diversity-Gewinn von 2 × 2 × N_R.
11 veranschaulicht einen Empfänger für die Decodierung bei N_R Empfangsantennen nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Mit Bezug auf 11 trennt eine Steuerung 1101 ein durch einen Raum-Zeit-Blockcode decodiertes Symbol, das von FFT-Blöcken 418 und 420 von 4 übergeben wird, entsprechend den Pfaden des Vielwege-Kanals und der Empfangszeitachsen, und verteilt die getrennten Symbole an korrespondierend Puffer 1102. Die von der Steuerung 1101 verteilten Symbole werden an korrespondierend Puffer 1102 übergeben, und wenn die Symbole so lange wie der vorbestimmte Betrag gespeichert worden sind, übergeben die Puffer 1102 die in ihnen gespeicherten Symbole an einen korrespondierenden Raum-Zeit-Blockcode-Decodierer 1103. Die Ausgabesignale der Puffer werden durch r₁₁, r₂₁, ..., r_1m bzw. r_2m repräsentiert. Von den tiefgestellten Indices eines jeden Ausgabesymbols bezeichnet der vorangehende Index einen Zeitindex und der nachfolgende Index einen Mehrwegeindex. Der Empfänger umfasst so viele Raum-Zeit-Blockcode-Decodierer 1103 wie die Anzahl N_R der Empfangsantennen. Die von den Raum-Zeit-Blockcode-Decodierern 1103 ausgegebenen modulierten Symbole werden einem Komplexe-Summierer zugeführt, durch den sie in ein moduliertes Symbol summiert werden. Die folgende Operation der Verarbeitung des von dem Komplexe-Summierer 1104 ausgegebenen, modulierten Symbols wird auf dieselbe Weise durchgeführt als wenn es nur eine Empfangsantenne gibt.
Wie oben beschrieben, kann der STTD-Codierungs-/-Decodierungsapparat und -verfahren nach der vorliegenden Erfindung mit nur einer oder zwei Sendeantennen dieselbe Leistung erbringen wie der konventionelle Apparat und Verfahren unter Verwendung von zwei oder vier Sendeantennen. Die vorliegende Erfindung sieht eine Übertragungsdiversity-Technik vor für das Herausholen des maximalen Nutzens sowohl von Frequenzdiversity als auch von Raumdiversity, wodurch ein Diversity-Gewinn zweiter oder vierter Ordnung mit nur einer oder zwei Sendeantennen erreicht wird. Deshalb ist es möglich, die Systemleistung mit einer linearen Operation so einfach wie die zyklische Zirkulation zu vergrößern, ohne dabei die Komplexität aufgrund der Vergrößerung der Anzahl der Sendeantennen zu vergrößern.
Da die Erfindung vollständig kompatibel mit existierenden OFDM-Mobilkommunikationssystemen ist, die einen Raum-Zeit-Blockcode verwenden, ist es möglich, die Systemleistung zu verbessern, während die existierenden Mobilkommunikationssysteme vollständig genutzt werden. Ferner zeigt die vorliegende Erfindung in einem Kanal, in dem eine Korrelation zwischen Antennen relativ hoch ist, eine größere Leistungsverbesserung verglichen mit dem existierenden Mobilkommunikationssystem. Selbst wenn die Kanäle nicht gleichförmige Leistungsverzögerungsprofile haben, schätzt darüber hinaus der Empfänger eine Distanz zyklischer Zirkulation auf der Basis einer Korrelation durch Übertragungskanalabschätzung und führt die abgeschätzte Distanz zyklischer Zirkulation zu dem Sender zurück. Selbst in einer nicht idealen Umgebung, d.h. in einer allgemein drahtlosen Kanalumgebung, ist es deshalb möglich, die Raumdiversity-Effekte und Frequenzdiversity-Effekte zu maximieren. Dementsprechend wird die vorliegende Erfindung verwendet werden, um die Leistung zukünftiger Mobilkommunikationssysteme zu verbessern.
Während die Erfindung gezeigt und beschrieben worden ist mit Bezug auf ihre bestimmten bevorzugten Ausführungsformen, ist von den in der Technik bewanderten Personen zu verstehen, dass verschiedene Veränderungen in der Form und in den Details gemacht werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie durch die angefügten Ansprüche definiert.

Claims

Sendevorrichtung in einem Mobilkommunikationssystem, die Eingangsdaten mit einer spezifischen Größe zu einem OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)-Symbol moduliert und das OFDM-Symbol über wenigstens zwei Antennen sendet, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Kopie-Erzeugungseinrichtung (314) zum Erzeugen von Kopie-Daten durch zyklisches Zirkulieren der Eingangsdaten; eine Codiereinrichtung (316) zum Erzeugen eines ersten Antennensignals und eines zweiten Antennensignals durch Codieren der Eingangsdaten sowie der Kopie-Daten; einen ersten IFFT (Inverse Fast Fourier Transform)-Block (318) zum Erzeugen eines ersten OFDM-Symbols durch Durchführen inverser schneller Fourier-Transformation des ersten Antennensignals; einen zweiten IFFT-Block (320) zum Erzeugen eines zweiten OFDM-Symbols durch Durchführen inverser schneller Fourier-Transformation des zweiten Antennensignals; eine erste Antenne zum Senden des ersten OFDM-Symbols; und eine zweite Antenne zum Senden des zweiten OFDM-Symbols.
Sendevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kopie-Erzeugungseinrichtung (214) einen zyklischen Zirkuaator (514) zum zyklischen Zirkulieren der Eingangsdaten um eine Distanz zyklischer Zirkulation enthält.
Sendevorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Kopie-Erzeugungseinrichtung (314) umfasst: einen Puffer (512) zum Puffern der Eingangsdaten; eine Bestimmungseinrichtung (516) für die Distanz zyklischer Zirkulation zum Bestimmen der Distanz zyklischer Zirkulation; und einen Zähler (518) zum Zählen der bestimmten Distanz zyklischer Zirkulation.
Sendevorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Bestimmungseinrichtung (516) für die Distanz zyklischer Zirkulation die Distanz zyklischer Zirkulation gemäß
bestimmt, und dabei d die Distanz zyklischer Zirkulation bezeichnet, N eine Gesamtzahl der OFDM-Symbole bezeichnet und L eine Zahl von Mehrfachwegen bezeichnet.
Sendevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kopie-Erzeugungseinrichtung (314) einen zyklischen Zirkulator (514) zum zyklischen Zirkulieren der Eingangsdaten um eine Distanz zyklischer Zirkulation enthält, die von einem Empfänger zurückgeführt wird.
Sendevorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Kopie-Erzeugungseinrichtung (314) umfasst: einen Puffer (512) zum Puffern der Eingangsdaten; eine Bestimmungseinrichtung (516) für die Distanz zyklischer Zirkulation zum Bestimmen der Distanz zyklischer Zirkulation; und einen Zähler (518) zum Zählen der bestimmten Distanz zyklischer Zirkulation.
Sendevorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Bestimmungseinrichtung (516) für die Distanz zyklischer Zirkulation die zurückgeführte Distanz zyklischer Zirkulation als Distanz zyklischer Zirkulation bestimmt und die zurückgeführte Distanz zykli scher Zirkulation durch den Empfänger auf Basis eines Positionswertes eines Hilfsträgers bestimmt wird, der eine minimale Korrelation zu einem ersten Hilfsträger von Hilfsträgern des OFDM-Symbols hat.
Sendeverfahren in einem Mobilkommunikationssystem, das Eingangsdaten mit einer spezifischen Größe zu einem OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)-Symbol moduliert und das OFDM-Symbol über wenigstens zwei Antennen sendet, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Erzeugen von Kopie-Daten durch zyklisches Zirkulieren der Eingangsdaten; (b) Erzeugen eines ersten Antennensignals und eines zweiten Antennensignals durch Codieren der Eingangsdaten sowie der Kopie-Daten; (c) Erzeugen eines ersten OFDM-Symbols durch Durchführen inverser schneller Fourier-Transformation des ersten Antennensignals und Senden des ersten OFDM-Symbols über eine erste Antenne; und (d) Erzeugen eines zweiten OFDM-Symbols durch Durchführen inverser schneller Fourier-Transformation des zweiten Antennensignals und Senden des zweiten OFDM-Symbols über eine zweite Antenne.
Sendeverfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt (a) den Schritt des zyklischen Zirkulierens der Eingangsdaten um eine vorgegebene Distanz zyklischer Zirkulation umfasst.
Sendeverfahren nach Anspruch 9, wobei die Distanz zyklischer Zirkulation gemäß
bestimmt wird, und dabei d die Distanz zyklischer Zirkulation bezeichnet, N eine Gesamtzahl der OFDM-Symbole bezeichnet und L eine Zahl von Mehrfachwegen bezeichnet.
Sendeverfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt (a) den Schritt des zyklischen Zirkulierens der Eingangsdaten um eine Distanz zyklischer Zirkulation umfasst, die von einem Empfänger zurückgeführt wird.
Sendeverfahren nach Anspruch 11, wobei die zurückgeführte Distanz zyklischer Zirkulation durch den Empfänger auf Basis eines Positionswertes eines Hilfsträgers bestimmt wird, der eine minimale Korrelation zu einem ersten Hilfsträger von Hilfsträgern des OFDM-Symbols hat.
Empfangsvorrichtung zum Empfangen von Signalen, die über Sendeantennen in einem Mobilkommunikationssystem gesendet werden, das Eingangsdaten mit einer spezifischen Größe zu einem OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)-Symbol moduliert und das OFDM-Symbol über wenigstens zwei Sendeantennen sendet, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Empfangsantenne zum Empfangen der über die Sendeantennen gesendeten Signale; einen FFT (Fast Fourier Transform)-Block (418) zum Erzeugen eines OFDM-Symbols durch Durchführen schneller Fourier-Transformation der über die Empfangsantenne empfangenen Signale; und eine Decodiereinrichtung (422) zum Erzeugen eines ersten Sendeantennensignals sowie eines zweiten Sendeantennensignals durch Raum-Zeit-Blockdecodieren des OFDM-Symbols; und gekennzeichnet durch einen Frequenzdiversity-Kombinator (424) zum Demodulieren der Eingangsdaten durch inverses zyklisches Zirkulieren des ersten Sendeantennensignals sowie Addieren des invers zyklisch zirkulierten Signals und des zweiten Sendeantennensignals.
Empfangsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Frequenzdiversity-Kombinator (424) einen inversen zyklischen Zirkulator (612) zum inversen zyklischen Zirkulie ren des ersten Sendeantennensignals um eine Distanz zyklischer Zirkulation enthält.
Empfangsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Frequenzdiversity-Kombinator umfasst: eine Bestimmungseinrichtung (616) für die Distanz zyklischer Zirkulation zum Bestimmen der Distanz zyklischer Zirkulation; und einen Zähler (618) zum Zählen der bestimmten Distanz zyklischer Zirkulation.
Empfangsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Bestimmungseinrichtung (616) für die Distanz zyklischer Zirkulation die Distanz zyklischer Zirkulation gemäß
bestimmt, und dabei d die Distanz zyklischer Zirkulation bezeichnet, N eine Gesamtzahl der OFDM-Symbole bezeichnet und L eine Zahl von Mehrfachwegen bezeichnet.
Empfangsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Bestimmungseinrichtung (616) für die Distanz zyklischer Zirkulation die Distanz zyklischer Zirkulation auf Basis eines Positionswertes eines Hilfsträgers bestimmt, der eine minimale Korrelation zu einem ersten Hilfsträger von Hilfsträgern des ersten OFDM-Symbols und des zweiten OFDM-Symbols hat.
Empfangsvorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Bestimmungseinrichtung (616) für die Distanz zyklischer Zirkulation die bestimmte Distanz zyklischer Zirkulation zu einem Sender zurückführt.
Empfangsverfahren zum Empfangen von Signalen, die über Sendeantennen in einem Mobilkommunikationssystem gesendet werden, das Eingangsdaten mit einer spezifischen Größe zu einem OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)- Symbol moduliert und das OFDM-Symbol über wenigstens zwei Sendeantennen sendet, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Empfangen der über die Sendeantennen gesendeten Signale; (b) Erzeugen eines OFDM-Symbols durch Durchführen schneller Fourier-Transformation der empfangenen Signale; und (c) Erzeugen eines ersten Sendeantennensignals sowie eines zweiten Sendeantennensignals durch Raum-Zeit-Blockdecodieren des OFDM-Symbols; und gekennzeichnet durch (d) Demodulieren der Eingangsdaten durch inverses zyklisches Zirkulieren des ersten Sendeantennensignals und Addieren des invers zyklisch zirkulierten Signals und des zweiten Sendeantennensignals.
Empfangsverfahren nach Anspruch 19, wobei der Schritt (d) den Schritt des inversen zyklischen Zirkulierens des ersten Sendeantennensignals um eine Distanz zyklischer Zirkulation umfasst.
Empfangsverfahren nach Anspruch 20, wobei die Distanz zyklischer Zirkulation gemäß
bestimmt wird, und dabei d die Distanz zyklischer Zirkulation bezeichnet, N eine Gesamtzahl der OFDM-Symbole bezeichnet und L eine Zahl von Mehrfachwegen bezeichnet.
Empfangsverfahren nach Anspruch 19, wobei der Schritt (d) den Schritt des inversen zyklischen Zirkulierens des ersten Sendesignals um eine Distanz zyklischer Zirkulation umfasst, die auf Basis eines Positionswertes eines Hilfsträgers bestimmt wird, der eine minimale Korrelation zu einem ersten Hilfsträger von Hilfsträgern des ersten OFDM-Symbols und des zweiten OFDM-Symbols hat.
Empfangsverfahren nach Anspruch 22, das des Weiteren den Schritt des Zurückführens der bestimmten Distanz zyklischer Zirkulation zu einem Sender umfasst.