DE60320250T2

DE60320250T2 - Verfahren zum Übertragen von Daten in einem Telekommunikationssystem

Info

Publication number: DE60320250T2
Application number: DE60320250T
Authority: DE
Inventors: Nicolas Gresset; Loic Brunel; Joseph Boutros
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2023-08-30
Also published as: DE60320250D1; US7715805B2; ATE392054T1; EP1728348B1; EP1728348A1; JP2007504686A; WO2005022816A1; EP1511211A1; CN101032111A; JP4478150B2; CN101032111B; US20070275668A1; EP1511211B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von Daten in einem Telekommunikationssystem mit wenigstens einem Sender, der mit wenigstens zwei Sendeantennen versehen ist, und wenigstens einem Empfänger, der mit wenigstens einer Empfangsantenne versehen ist, welches Verfahren einen Symbolcodierschritt zum Erzeugen von Symbolen enthält, um über Kommunikationskanäle übertragen zu werden, die zwischen den Sende- und Empfangsantennen aufgebaut sind.
Telekommunikationssysteme, bei welchen eine Vielzahl von Antennen an einem Empfängerende und/oder an einem Senderende einer drahtlosen Verbindung verwendet wird, werden Vielfacheingangs/Vielfachausgangs-Systeme (die im weiteren MIMO-Systeme genannt werden) genannt. Für MIMO-Systeme ist gezeigt worden, dass sie große Übertragungskapazitäten im Vergleich mit denjenigen bieten, die durch Systeme mit einer einzigen Antenne geboten werden. Insbesondere erhöht sich eine MIMO-Kapazität linear mit der Anzahl von Sende- oder Empfangsantennen, welche auch immer die kleinste ist, für ein gegebenes Signal/Rausch-Verhältnis und unter günstigen unkorrelierten Kanalbedingungen. MIMO-Techniken sind somit wahrscheinlich bei zukünftigen draht losen Systemen zu verwenden, die dafür beabsichtigt sind, große spektrale Effizienzen zur Verfügung zu stellen oder, alternativ dazu, die Sendeleistung zu reduzieren, die zum Erhalten einer spektralen Effizienz erforderlich ist, die äquivalent zu derjenigen ist, die bei gegenwärtigen Telekommunikationssystemen erhalten wird. Solche MIMO-Techniken werden sehr wahrscheinlich mit Vielfachträger-Modulationstechniken wie OFDM-(was für orthogonalen Frequenzmultiplex steht) und MC-CDMA-(was für Vielfachträger-Codemultiplex-Vielfachzugriff steht)Techniken kombiniert werden, deren Verwendung in zukünftigen drahtlosen Systemen auch ins Auge gefasst wird.
Ein besonderer Typ von MIMO-Systemen verwendet eine Technik einer bitverschachtelten codierten Modulation, die im Weiteren BICM genannt wird und gemäß welcher der Sender einen Kanalcodierer enthält, der zum Anwenden eines Codierens, wie z. B. mittels eines Faltungscodes oder eines Turbocodes, auf nicht codierte Datenbits und zum Liefern eines Binärstroms zu einem Verschachteler beabsichtigt ist. Dieser Verschachteler wird dann permutierte Bits liefern, die in Wortsequenzen aufzuteilen sind, für die beabsichtigt ist, dass sie in eine Reihe von codierten Symbolen transformiert werden, die jeweils eine Vielzahl von Komponenten zeigen, wobei die Komponenten eines selben Symbols dafür beabsichtigt sind, während eines selben Zeitchips durch jeweilige Sendeantennen gesendet zu werden.
Gesendete bzw. übertragene Symbole sind am Empfängerende zu decodieren, was für gewöhnlich in MIMO-Systemen vom BICM-Typ mittels eines iterativen Raum/Zeit-Decodierers durchgeführt wird, welcher Decodierer dafür beabsichtigt ist, Schätzungen von codierten Bits zu erzeugen, die die gesendeten bzw. übertragenen Symbole bilden. Die räumliche Diversity bzw. der räumliche Mehrfachempfang, die bzw. der durch die Verwendung von mehreren Sende- und Empfangsantennen induziert wird, vereinfacht ein solches Decodieren, da diese Diversity eine größere Menge an Information als diejenige zur Verfügung stellt, die durch ein einziges Signal zur Verfügung gestellt werden würde, das durch einen einzigen Kommunikationskanal gesendet wird.
Einige relevante Dokumente, die eine Raum/Zeit-Sendediversity offenbaren, sind die Folgenden:

DOOSTNEJAD R ET AL.: "Space-time spreading codes for a multiuser mimo system" CONFERENCE RECORD OF THE 36TH. ASILOMAR CONFERENCE ON SIGNALS, SYSTEMS & COMPUTERS. PACIFIC GROOVE, CA, NOV. 3.–6. 2002, ASILOMAR CONFERENCE ON SIGNALS, SYSTEMS AND COMPUTERS, NEW YORK, NY: IEEE, US, vol. 1 OF 2. CONF. 36, 3. November 2002, Seiten 1374–1378.
KLANG, G; NAGUIB, A.F.: "Transmit diversity based an space-time block codes in frequency selective Rayleigh fading DS-CDMA systems" VEHICULAR TECHNOLOGY CONFERENCE PROCEEDINGS, vol. 1, 15. Mai 2000–18. Mai 2000, Seiten 264–268, Tokyo.
ALAMOUTI S M: "A simple transmit diversity technique for wireless communications" IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS, IEEE INC. NEW YORK, US, vol. 16, no. 8, Oktober 1998, Seiten 1451–1458.

Die Erfinder haben beobachtet, dass ein Erhöhen der Diversity von Eingangsdaten, die durch einen Vorfelddetektor wahrgenommen werden, der in einem Raum/Zeit-Decodierer enthalten ist, ermöglicht, dass der Decodierer schneller in Richtung zu zuverlässigen Schätzungen der codierten Bits konvergiert, auf deren Basis die Daten erzeugt worden sind. Dies kann derart ausgelegt werden, dass eine bessere Decodierleistung erhalten wird, indem dem Decodierer Daten mit höherer Qualität zugeführt werden, d. h. mit einem reicheren Inhalt.
Die durch die Empfangsantennen wahrgenommene räumliche Diversity, welche durch Verwenden von mehreren Kommunikationskanälen erhalten wird, ist, obwohl die oben angegebenen Vorteile erzeugt werden, durch die Anzahl von Empfangsantennen beschränkt, was infolge davon die Leistungsfähigkeit des Raum/Zeit-Decodierers beschränkt.
Die Erfindung zielt auf ein Lösen des vorgenannten Problems ab, indem ein Verfahren zum Übertragen von Daten in einem MIMO-System zur Verfügung gestellt wird, welches Verfahren ein Codierschema enthält, das ermöglicht, eine hohe Datendiversity in Bezug auf sowohl Raum als auch Zeit zur Verfügung stellt, wie sie durch wenigstens eine Empfangsantenne an dem Empfängerende eines solchen Telekommunikationssystems wahrgenommen wird.
Tatsächlich ist ein Verfahren gemäß dem einleitenden Absatz gemäß der Erfindung dadurch charakterisiert, dass es weiterhin einen Symbolspreizschritt enthält, in dessen Verlauf Komponenten einer vorbestimmten Anzahl von aufeinander folgenden Symbolen über die Zeit zu spreizen sind, bevor sie über die Kommunikationskanäle übertragen werden.
Die Erfindung ermöglicht, die durch die Verwendung von mehreren Kommunikationskanälen, die zwischen den Sende- und Empfangsantennen eingerichtet sind, erhaltene räumliche Diversity mit einer Diversity in Bezug auf die Zeit der Daten, die durch die Empfangsantennen wahrgenommen werden, zu verbinden bzw. zusammenzusetzen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Symbolspreizschritt durch Berechnen einer Vielzahl von Linearkombinationen von Komponenten eines Vektors durchgeführt, der die aufeinander folgenden Symbole darstellt, wobei die Linearkombinationen dafür beabsichtigt sind, mittels der Sendeantennen über eine Anzahl von Zeitchips gleich der vorbestimmten Anzahl von aufeinander folgenden Symbolen gesendet bzw. übertragen zu werden.
Die zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt über die mehreren Kommunikationskanäle gesendeten bzw. übertragenen Daten werden somit kein einzelnes Symbol darstellen, wie es der Fall bei den oben beschriebenen bekannten MIMO-Systemen ist, sondern werden eine Mischung zwischen Komponenten von aufeinander folgenden Symbolen darstellen, was somit eine Diversity in Bezug auf die Zeit einführt.
Gemäß einem spezifischen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Symbolspreizschritt durch Multiplizieren eines Vektors, der durch eine Verkettung von Komponenten von jedem der aufeinander folgenden Symbole ausgebildet ist, einerseits mit einer vordefinierten Spreizmatrix andererseits durchgeführt.
Das spezifische Ausführungsbeispiel der Erfindung ist sehr einfach zu implementieren und ermöglicht somit, eine erhöhte Diversity bei relativ geringen Kosten in Bezug auf Berechnungsbetriebsmittel und Verarbeitungsleistung, die am Sendeende erforderlich ist, zu erhalten, was ein wichtiger Punkt auf dem Gebiet von Mobilfunkkommunikationen ist, wo der Sender durch ein mobiles Endgerät wie beispielsweise ein Mobilfunktelefon, gebildet sein kann, welches so klein wie möglich sein muss und durch eine Batterie mit einer begrenzten Energiespeicherkapazität mit Leistung versorgt werden wird.
Die Art der vordefinierten Spreizmatrix kann auf der Basis eines früheren Wissens über die Kommunikationskanäle, die zwischen den Sende- und Empfangsantennen einzurichten sind oder auf der Basis von Annahmen, die dazu gehören, ausgewählt werden.
Gemäß einer ersten Variante des oben beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiels ist die Spreizmatrix auf eine solche Weise aufgebaut, dass jede ihrer Zeilen durch aufeinander folgende Stücke mit jeweils einer Größe entsprechend der Anzahl von Sendeantennen ausgebildet ist, wobei alle Stücke von irgendeiner gegebenen Zeile jeweilige Vektoren bilden, die alle eine selbe Norm haben.
Eine Spreizmatrix gemäß dieser ersten Variante ermöglicht eine im Wesentlichen homogene Verteilung über der Zeit von Energie, die durch die Symbole getragen wird, die durch ergodische Kommunikationskanäle gesendet werden, und stellt eine optimale Detektierbarkeit von Änderungen bezüglich der Kommunikationsbedingungen von einem Zeitchip zu einem anderen sicher. Dies ermöglicht wiederum, eine hohe Diversity in Bezug auf die Zeit und den Raum der Daten zur Verfügung zu stellen, wie sie durch Empfangsantennen am Empfängerende von solchen ergodischen Kommunikationskanälen wahrgenommen werden.
Gemäß einer zweiten Variante des oben beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiels ist die Spreizmatrix auf eine solche Weise aufgebaut, dass jede ihrer Zeilen durch aufeinander folgende Stücke mit jeweils einer Größe entsprechend der Anzahl von Sendeantennen gebildet ist, wobei alle Stücke von irgendeiner gegebenen Zeile jeweilige Vektoren bilden, die alle eine selbe Norm haben und die orthogonal zueinander sind.
Dank der Orthogonalität zwischen Stücken ermöglicht eine Spreizmatrix gemäß der zweiten Variante, eine Ergodizität zu im Wesentlichen invarianten Kanälen während des Zeitintervalls hinzuzufügen, das zum Senden der Linearkombinationen von allen Komponenten der vorbestimmten Anzahl von aufeinander folgenden Symbolen nötig ist, und stellt zusätzlich eine im Wesentlichen homogene Verteilung über dieses Zeitintervall von der Energie zur Verfügung, die durch die Symbole getragen wird, die durch die Kommunikationskanäle gesendet werden, was eine optimale Detektierbarkeit von Änderungen bezüglich der Kommunikationsbedingungen von einem Zeitchip zu einem anderen sicherstellt. Dies ermöglicht wiederum, eine hohe Diversity in Bezug auf die Zeit und den Raum der Daten zur Verfügung zu stellen, wie sie durch Empfangsantennen an dem Empfängerende von solchen im Wesentlichen invarianten Kommunikationskanälen wahrgenommen werden.
Gemäß einer dritten Variante des oben beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiels ist die Spreizmatrix auf eine solche Weise aufgebaut, dass jede ihrer Zeilen durch eine Vielzahl von Segmenten gebildet ist, die jeweilige Vektoren bilden, die alle eine selbe Norm haben, wobei jedes Segment aufeinander folgende Stücke mit jeweils einer Größe entsprechend der Anzahl von Sendeantennen enthält, wobei alle Stücke von irgendeinem gegebenen Segment jeweilige Vektoren bilden, die alle eine selbe Norm haben und die orthogonal zueinander sind.
Eine Spreizmatrix gemäß dieser dritten Variante ist besonders gut geeignet für so genannte Blockschund-Kommunikationskanäle, für die erwartet wird, dass sie C aufeinander folgende Gruppen von Kommunikationsbedingungen während der gesamten Dauer der Übertragung der Komponenten einer vorbestimmten Anzahl S von aufeinander folgenden Symbolen zeigen, wobei jede Gruppe von Kommunikationsbedingungen der Blockschwundkanäle somit im Wesentlichen während S/C Zeitchips invariant ist.
Die Orthogonalität zwischen allen Stücken eines selben Segments ermöglicht, eine Ergodizität zu den Blockschwundkanälen während jeder Invarianzperiode hinzuzufügen, die durch diese S/C Zeitchips definiert ist, wobei die Gleichheit der Normen der Stücke zusätzlich eine im Wesentlichen homogene Verteilung über jeder Invarianzperiode der Energie zur Verfügung stellt, die durch die Symbole getragen wird, die während der Invarianzperiode durch die Blockschwundkanäle gesendet werden.
Da die Kommunikationsbedingungen innerhalb solcher Blockschwundkanäle sich von einer Invarianzperiode zu einer anderen ändern, können Blockschwundkanäle im Maßstab der Invarianzperioden als ergodisch angesehen werden, so dass die zusätzliche Gleichheit der Normen der Segmente jeder Zeile der Spreizmatrix ausreichend ist, um eine im Wesentlichen homogene Verteilung über allen aufeinander folgenden Invarianzperioden der Energie sicherzustellen, die durch die Symbole getragen wird, die durch die Blockschwundkanäle gesendet werden. Dies ermöglicht wiederum, eine hohe Diversity in Bezug auf die Zeit und den Raum der Daten zur Verfügung zu stellen, wie sie durch Empfangsantennen an dem Empfängerende von solchen Blockschwundkommunikationskanälen wahrgenommen werden.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der oben beschriebenen ersten, zweiten oder dritten Variante wird die Spreizmatrix zusätzlich die Eigenschaften einer Rotationsmatrix haben, d. h. eine solche Spreizmatrix wird durch Zeilen gebildet werden, die zueinander orthogonal sind und die eine selbe Norm haben.
Die Verwendung einer Rotationsmatrix zum Berechnen der Vielzahl von Linearkombinationen von Komponenten von aufeinander folgenden Symbolen am Senderende ermöglicht, eine globale Leistungsfähigkeit des iterativen Raum/Zeit-Decodierers zu optimieren, der dafür beabsichtigt ist, die Symbole am Empfängerende zu verarbeiten, indem die Leistungsfähigkeit des durch den Decodierer durchgeführten ersten iterativen Schritts erhöht wird.
Gemäß einem ihrer auf Hardware bezogenen Aspekte betrifft die Erfindung auch ein Telekommunikationssystem mit wenigstens einem Sender, mit wenigstens zwei Sendeantennen versehen ist, und wenigstens einem Empfänger, der mit wenigstens einer Empfangsantenne versehen ist, welcher Sender eine Symbolcodiereinrichtung zum Erzeugen von Symbolen enthält, um über Kommunikationskanäle gesendet zu werden, die zwischen den Sende- und Empfangsantennen eingerichtet sind,
wobei das System dadurch charakterisiert ist, dass der Sender weiterhin eine Symbolspreizeinrichtung zum Spreizen von Komponenten einer vorbe stimmten Anzahl von aufeinander folgenden Symbolen über die Zeit vor einer Übertragung der Komponenten über die Kommunikationskanäle enthält.
Gemäß einem möglichen Ausführungsbeispiel dieses auf Hardware bezogenen Aspekts ist die Symbolspreizeinrichtung dafür beabsichtigt, eine Vielzahl von Linearkombinationen von Komponenten eines Vektors, der die aufeinander folgenden Symbole darstellt, zu berechnen, wobei die Linearkombinationen dafür beabsichtigt sind, mittels der Sendeantennen über eine Anzahl von Zeitchips gleich der vorbestimmten Anzahl von aufeinander folgenden Symbolen übertragen zu werden.
Gemäß einem spezifischen Ausführungsbeispiel des oben beschriebenen auf Hardware bezogenen Aspekts ist die Symbolspreizeinrichtung dafür beabsichtigt, einen Vektor, der durch eine Verkettung von Komponenten von jedem der aufeinander folgenden Symbole gebildet ist, einerseits mit einer vordefinierten Spreizmatrix andererseits zu multiplizieren.
Gemäß einem weiteren ihrer auf Hardware bezogenen Aspekte betrifft die Erfindung auch eine Kommunikationsvorrichtung, die mit wenigstens zwei Sendeantennen versehen ist und die eine Symbolcodiereinrichtung zum Erzeugen von Symbolen enthält, um über die Sendeantennen gesendet zu werden, dadurch charakterisiert, dass sie weiterhin eine Symbolspreizeinrichtung zum Spreizen von Komponenten einer vorbestimmten Anzahl von aufeinander folgenden Symbolen über der Zeit vor einer Übertragung der Komponenten über die Sendeantennen enthält.
Die Charakteristiken der oben angegebenen Erfindung, sowie andere, werden aus einem Lesen der folgenden Beschreibung klarer werden, die in Bezug auf die beigefügten Figuren angegeben ist, unter welchen:
1 ein Blockdiagramm ist, das ein stark vereinfachtes MIMO-Telekommunikationssystem zeigt;
2 ein Blockdiagramm ist, das einen Raum/Zeit-Codierer zeigt, der in einem Sender enthalten ist, der in einem MIMO-Telekommunikationssystem gemäß der Erfindung enthalten ist;
3 ein Diagramm ist, das zeigt, wie ein Spreizschritt gemäß der Erfindung innerhalb eines solchen Raum/Zeit-Codierers durchgeführt werden kann;
4 ein Diagramm ist, das eine Kanalmatrix zeigt, die mit ergodischen Kommunikationskanälen verbunden ist;
5 ein Diagramm ist, das eine Spreizmatrix zeigt, die an solche ergodischen Kanäle angepasst ist;
6 ein Diagramm ist, das eine Kanalmatrix zeigt, die mit Blockschwundkommunikationskanälen verbunden ist;
7 ein Diagramm ist, das eine Spreizmatrix zeigt, die an solche Blockschwundkanäle angepasst ist;
8 und 9 Diagramme sind, die zeigen, wie eine an Blockschwundkommunikationskanäle angepasste Spreizmatrix aufgebaut sein kann.
1 zeigt diagrammmäßig ein Telekommunikationssystem mit wenigstens einem Sender TR und einem Empfänger REC, die dafür beabsichtigt sind, Signale durch mehrere Kommunikationskanäle CHENL auszutauschen, die zwischen NT-Sende- und NR-Empfangsantennen (ta1, ta2, ..., taNt) bzw. (ra1, ra2, raNr) eingerichtet sind.
Der bei dem hier gezeigten Beispiel gezeigte Sender TR enthält einen Kanalcodierer CHENC, der dafür beabsichtigt ist, ein Codieren z. B. mittels eines Faltungscodes oder eines Turbocodes auf nicht codierte Datenbits Uncb anzuwenden und einen Binärstrom Tb zur Verfügung zu stellen, um gesendet zu werden. Der Sender TR enthält einen Verschachteler INTL, der dafür beabsichtigt ist, permutierte Bits Pb zu erzeugen, wobei eine solche Verschachtelung für eine spätere Verarbeitung auf der Empfängerseite nützlich ist, da sie zulassen wird, unkorrelierte Daten zu erhalten. Die permutierten Bits Pb werden dann in Sequenzen von Nt Worten von wenigstens jeweils einem Bit aufgeteilt, welche Wortsequenzen dann in eine Reihe von codierten Symbolen Zi durch ein Abbil dungs- und Modulationsmodul MAPMD abgebildet, d. h. transformiert, werden, wobei dann jedes Symbol Zi Nt Komponenten zeigt. Dann werden aufeinander folgende Symbole Zi zu einer Symbolcodiereinrichtung zugeführt, die im Wesentlichen durch einen Raum/Zeit-Codierer SPTENC ausgebildet ist, welche eine Verarbeitung der Symbole Zi vor ihrer Übertragung durchführt.
Im bekannten Stand der Technik sind die Nt Komponenten von jedem Symbol Zi dafür beabsichtigt, während eines selben Zeitchips durch jeweilige Sendeantennen taj (für j = 1 bis Nt) gesendet zu werden.
Der bei dem hier gezeigten Beispiel gezeigte Empfänger REC enthält einen Raum/Zeit-Decodierer SPTDEC, der dafür beabsichtigt ist, decodierte Datenbits Decb zu erzeugen, die letztlich den ursprünglich uncodierten Datenbits Uncb entsprechen sollten. Dieser Raum/Zeit-Decodierer SPTDEC enthält einen Raum/Zeit-Detektor DET, der dafür beabsichtigt ist, Daten zu verarbeiten, die durch Signale getragen werden, die mittels der Empfangsantennen (ra1, ra2, raNr) empfangen werden, und Wahrscheinlichkeitswerte Rib in Bezug auf Schätzungen der gesendeten permutierten Bits Pb zu erzeugen, welche Wahrscheinlichkeitswerte dafür beabsichtigt sind, durch einen Entschachteler DINTL entschachtelt zu werden, welcher weiche Wahrscheinlichkeitswerte Rb in Bezug auf Schätzungen von Bits ausgeben soll, die in dem Binärstrom Tb enthalten sind. Ein Bitdecodierer, der im Empfänger REC enthalten ist, der im weiteren als Kanaldecodierer CHDEC bezeichnet wird, ist dafür beabsichtigt, die decodierten Datenbits Decb auf der Basis der Wahrscheinlichkeitswerte Rb zu erzeugen.
Gemäß einer Schleifenstruktur, die gemeinhin im Stand der Technik verwendet wird, wird der Raum/Zeit-Detektor DET eine a-priori-Information Pra verwenden, die im Verlauf von vorherigen Decodierschritten erzeugt wird, und in der Form extrinsischer Information Exd durch den Kanaldecodierer CHDEC durch einen Verschachteler INTR ausgegeben wird, welcher Verschachteler identisch zu dem Verschachteler INTL ist, der im Sender TR enthalten ist.
Die Erfinder haben beobachtet, dass ein Erhöhen der Diversity der Daten, die durch den Raum/Zeit-Detektor DET wahrgenommen werden, ermöglicht, dass der Decodierer schneller in Richtung zu zuverlässigen Schätzungen der codier ten Bits konvergiert, auf deren Basis die Daten erzeugt worden sind. Die Erfinder haben somit auf ein Erhöhen der Diversity der Daten abgezielt, die durch die Empfangsantennen (ra1, ra2, ... raNr) empfangen werden, indem die räumliche Diversity, die durch die Verwendung von mehreren Kommunikationskanälen CHNL erhalten wird, die zwischen den Sende- und Empfangsantennen (ta1, ta2, ... taNt) und (ra1, ra2, ... raNr) eingerichtet werden, mit einer Diversity in Bezug auf die Zeit der Daten, wie sie durch Empfangsantennen am Empfängerende der Kanäle wahrgenommen werden, zusammengesetzt werden.
2 zeigt diagrammmäßig, wie eine solche Diversity mittels der Erfindung erhalten werden kann. Tatsächlich enthält der Raum/Zeit-Codierer SPTENC bei dem hier gezeigten Beispiel einen Seriell/Parallel-Wandler S/P, der dafür beabsichtigt ist, aufeinander folgend Komponenten von S aufeinander folgenden Symbolen Z1...ZS zu empfangen und S aufeinander folgende parallele Gruppen von Nt Komponenten Zi1...ZiNt (für i = 1 bis S) zu einem Puffer BUF zu liefern, der eine einzelne Gruppe von S.Nt verketteten Komponenten von allen aufeinander folgenden Symbolen Z1...ZS zu einer Symbolspreizeinrichtung SPMD liefern soll. Diese Gruppe von Ns = S.Nt Komponenten bildet nach einer Verkettung einen Symbolvektor Z, der die aufeinander folgenden Symbole Z1...ZS darstellt. Die Symbolspreizeinrichtung SPMD ist wiederum dafür beabsichtigt, Ns Linearkombinationen der Komponenten Zij (für i = 1 bis S und j = 1 bis Nt) des Symbolvektors Z zu berechnen, wobei die Linearkombinationen dafür beabsichtigt sind, in S aufeinander folgende Gruppen von Nt Komponenten durch eine Ablauffolgebildungseinrichtung SQM in eine Ablauffolge gebracht zu werden, bevor sie durch die Nt Sendeantennen (ta1, ta2, ..., taNt) über eine Anzahl von Zeitchips gleich der vorbestimmten Anzahl S von aufeinander folgenden Symbolen Z1...ZS gesendet werden, deren Komponenten in den Linearkombinationen enthalten sind.
Die zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt über die mehreren Kommunikationskanäle, die zwischen den Sendeantennen (ta1, ta2, ... taNt) und den oben beschriebenen Empfangsantenennen eingerichtet sind, gesendeten Daten werden somit kein einzelnes Symbol Zi (für i = 1 bis S) darstellen, wie es der Fall bei bekannten MIMO-Systemen ist, sondern werden eine Mischung zwischen Nt Komponenten von S aufeinander folgenden Symbolen darstellen, was somit eine Datendiversity in Bezug auf die Zeit einführt, wie sie am Empfängerende wahrgenommen werden. Während die bei bekannten MIMO-Systemen von dem in der vorherigen Figur gezeigten Typ erhaltene maximale Diversity gleich der Anzahl Nr von Empfangsantennen ist, wird die maximale Diversity, die dank der Erfindung erhalten werden kann, somit gleich S.Nr sein.
3 zeigt, wie Ns Linearkombinationen der Komponenten Zij (für i = 1 bis S und j = 1 bis Nt) des Symbolvektors Z, hier in einer transponierten Form Z^T dargestellt, durch die oben beschriebene Spreizeinrichtung berechnet werden können. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der durch eine Verkettung von allen Nt Komponenten Zi1...ZiNt (für i = 1 bis S) von jedem der aufeinander folgenden Symbole Zi gebildete Vektor Z mit einer vordefinierten Spreizmatrix SM multipliziert, die bei diesem Beispiel eine Größe von Ns×Ns hat, was ermöglicht, Ns separate Linearkombinationen von allen Komponenten Zij (für i = 1 bis S und j = 1 bis Nt) des Symbolvektors Z zu erzeugen, welche Linearkombinationen über Nt Sendeantennen während S aufeinander folgender Zeitchips zu senden sind.
Die Art der vordefinierten Spreizmatrix SM kann auf der Basis eines früheren Wissens über die Kommunikationskanäle ausgewählt werden, die zwischen den Sende- und Empfangsantennen einzurichten sind oder auf der Basis von Annahmen, die dazu gehören.
4 stellt eine Kanalmatrix H dar, die eine Situation zeigt, in welcher die Kommunikationskanäle als ergodisch angenommen sind, d. h. für die Kommunikationsbedingungen innerhalb der Kanäle wird erwartet, dass sie sich für jeden der S Zeitchips ändern, während welcher S aufeinander folgende Gruppen von Nt Linearkombinationen der Komponenten Zij (für i = 1 bis S und j = 1 bis Nt) des Symbolvektors Z zu senden sind. Dies ist durch S unterschiedliche diagonale Blöcke H1...Hs modelliert, von welchen jeder eine Größe von Nt×Nr hat.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass eine hohe Diversity erhalten werden wird, wenn die Menge an Daten, die durch solche ergodischen Kommunikationskanäle getragen werden, im Wesentlichen homogen über der Zeit ist. Dies ermöglicht, Situationen zu verhindern, in welchen eine hohe Menge an Daten zu einem gegebenen Zeitpunkt am Ausgang der Kommunikationskanäle vorhanden ist, welchem gegebenen Zeitpunkt folgend nahezu keine Daten am Ausgang vorhanden sein werden, was bedeuten würde, dass zeitbezogene Information auf einfache Weise zu dem gegebenen Zeitpunkt detektierbar sein wird und danach kaum detektierbar sein wird. Eine im Wesentlichen homogene Verteilung über der Zeit von der Energie, die durch die Symbole getragen wird, die durch ergodische Kommunikationskanäle gesendet werden, stellt eine optimale Detektierbarkeit von Änderungen bezüglich der Kommunikationsbedingungen von einem Zeitchip zu einem anderen sicher und ermöglicht somit, eine hohe Datendiversity in Bezug auf die Zeit und den Raum zur Verfügung zu stellen, wie sie durch Empfangsantennen am Empfängerende von solchen Kommunikationskanälen wahrgenommen wird.
5 zeigt eine Spreizmatrix SM gemäß einer ersten Variante des oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, gemäß welcher die Spreizmatrix SM eine Struktur hat, die spezifisch an ergodische Kommunikationskanäle angepasst ist. Bei diesem Beispiel ist die Spreizmatrix SM auf solche Weise aufgebaut, dass jede ihrer Zeilen RWk (für k = 1 bis Ns) durch S aufeinander folgende Stücke Chk1...Chks mit jeweils einer Größe entsprechend der Anzahl Nt von Senderantennen ausgebildet ist, wobei alle Stücke von irgendeiner gegebenen Zeile jeweilige Vektoren ausbilden, die alle eine selbe Norm haben, was ermöglicht, die oben beschriebene homogene Verteilung von Energie zu erhalten, die durch die Symbole getragen wird, die durch ergodische Kommunikationskanäle gesendet werden.
In Situationen, die nahezu entgegengesetzt zu dem oben beschriebenen ergodischen Fall sind, können die Kommunikationskanäle im Wesentlichen invariant sein, d. h. für die Kommunikationsbedingungen innerhalb der Kanäle wird erwartet, dass sie für alle der S Zeitchips, während welcher S aufeinander folgende Gruppen von Nt Linearkombinationen der Komponenten Zij (für i = 1 bis S und j = 1 bis Nt) des Symbolvektors Z zu senden sind, dieselben bleiben.
In einem solchen Fall wird keine Diversity in Bezug auf die Zeit durch die Kommunikationskanäle induziert werden, was innerhalb der Kanalmatrix H durch S identische diagonale Blöcke anstelle der S unterschiedlichen Blöcke H1...Hs, die in 4 gezeigt sind, modelliert werden kann.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass eine hohe zeitbezogene Diversity, wie sie durch Empfangsantennen am Empfängerende von solchen im Wesentlichen invarianten Kanälen wahrgenommen wird, durch Aufbauen der Spreizmatrix auf solche Weise erhalten werden kann, dass jede ihrer Zeilen durch aufeinander folgende Stücke mit jeweils einer Größe entsprechend der Anzahl von Sendeantennen ausgebildet wird, wobei alle Stücke von irgendeiner gegebenen Zeile jeweilige Vektoren ausbilden, die alle eine selbe Norm haben und die orthogonal zueinander sind. Eine Spreizmatrix gemäß einer solchen zweiten Variante des oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung kann somit als die in 5 gezeigte Matrix SM dargestellt werden, mit der hinzugefügten Bedingung, dass die Stücke Chk1...Chks von irgendeiner gegebenen Zeile RWk in Bezug zueinander orthogonal sind. Eine solche Orthogonalität ermöglicht, den Effekt zu simulieren, den ergodische Kommunikationskanäle auf gesendete Gruppen von Linearkombinationen von Komponenten von aufeinander folgenden Symbolen haben würde, und kann somit derart ausgelegt werden, dass sie eine künstliche Transformation von im Wesentlichen invarianten Kanälen in ergodische Kanäle während des Zeitintervalls durchführt, das zum Senden von allen Linearkombinationen der Komponenten der vorbestimmten Anzahl von aufeinander folgenden Symbolen nötig ist. Wie es hierin zuvor erklärt ist, ermöglicht die Tatsache, dass alle Stücke Chk1...Chks von irgendeiner gegebenen Zeile RWk alle eine selbe Norm haben, eine homogene Verteilung über der Zeit von der Energie zu erhalten, die durch die Symbole getragen wird, die durch die künstlich transformierten Kommunikationskanäle gesendet werden.
Eine mögliche Art zum Aufbauen einer solchen Spreizmatrix besteht in einem Auswählen einer gegebenen quadratischen Rotationsmatrix von Dimensionen Nt×Nt für jede gegebene Zeile dieser Spreizmatrix, wobei Nt größer als oder gleich S ist, und im Auswählen von S Zeilen dieser Rotationsmatrix zum Bilden der S aufeinander folgenden Stücke der gegebenen Zeile der Spreizmatrix gemäß dieser zweiten Variante der Erfindung.
6 stellt eine Kanalmatrix H dar, die eine Situation zeigt, in welcher für die Kommunikationskanäle angenommen ist, dass sie so genannte Blockschwundkanäle sind, für welche erwartet wird, dass sie C aufeinander folgende Gruppen von Kommunikationsbedingungen über die S Zeitchips zeigen, während wel cher S aufeinander folgende Gruppen von Nt Linearkombinationen der Komponenten Zij (für i = 1 bis S und j = 1 bis Nt) des Symbolvektors Z zu senden sind, wobei jede Gruppe von Kommunikationsbedingungen der Blockschwundkanäle jedoch im Wesentlichen invariant wären S/C aufeinander folgender Zeitchips, die eine Invarianzperiode ausbilden, ist.
Die Kanalmatrix H enthält in einem solchen Fall C unterschiedliche diagonale Blöcke, von welchen jeder durch S/C identische diagonale Unterblöcke gebildet ist, und zwar jeweils H1...Hc, die jeweils eine Größe von Nt×Nr haben.
Gemäß einer dritten Variante des oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist die Spreizmatrix SM auf eine solche Weise aufgebaut, dass jede ihrer Zeilen RWk (für k = 1 bis Ns) durch C Segmente Sgkn (für n = 1 bis C) gebildet ist, die jeweilige Vektoren ausbilden, die alle eine selbe Norm haben, wobei jedes Segment Sgkn aufeinander folgende Stücke Chkn,1...Chkn,s/c mit jeweils einer Größe entsprechend der Anzahl von Sendeantennen enthält, wobei alle Stücke Chkn,1...Chkn,s/c von irgendeinem gegebenen Segment jeweilige Vektoren ausbilden, die alle eine selbe Norm haben und die orthogonal zueinander sind.
Die Orthogonalität zwischen allen Stücken Chkn,1...Chkn,s/c eines selben Segments Sgkn ermöglicht, eine Ergodizität zu den Blockschwundkanälen während jeder Invarianzperiode hinzuzufügen, die durch die entsprechenden S/C Zeitchips definiert ist, wobei die Gleichheit der Normen der Stücke Chkn,1...Chkn,s/c zusätzlich eine im Wesentlichen homogene Verteilung über jeder relevanten Invarianzperiode von der Energie zur Verfügung stellt, die durch die Symbole getragen wird, die durch die Blockschwundkanäle während der Invarianzperiode gesendet werden. Da die Kommunikationsbedingungen innerhalb von Blockschwundkanälen sich von einer Invarianzperiode zu einer anderen ändern, können die Kanäle bei dem Maßstab der Invarianzperioden als ergodisch angesehen werden, so dass die zusätzliche Gleichheit der Normen der C Segmente Sgkn (für n = 1 bis C) jeder Zeile RWk (für k = 1 bis Ns) der Spreizmatrix SM ausreichend ist, eine im Wesentlichen homogene Energieverteilung über den S Zeitchips sicherzustellen, während welchen S aufeinander folgenden Gruppen von Nt Linearkombinationen der Komponenten Zij (für i = 1 bis S und j = 1 bis Nt) des Symbolvektors Z zu senden sind.
Dies ermöglicht wiederum, eine hohe Diversity in Bezug auf die Zeit und den Raum der Daten zur Verfügung zu stellen, wie sie durch Empfangsantennen am Empfängerende von solchen Blockschwundkommunikationskanälen wahrgenommen wird.
Die 8 und 9 stellen dar, wie eine Spreizmatrix Sm gemäß dieser dritten Variante des oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung aufgebaut sein kann.
In einer ersten Stufe, die in 8 gezeigt ist, werden C Untermatrizen S(w) (für w = 1 bis C) durch Auswählen einer quadratischen zyklotomischen Rotationsmatrix CM von Dimensionen Nt×Nt aufgebaut, wobei Nt größer als oder gleich S/C ist, und durch Auswählen von S/C Zeilen der Matrix CM zum Bilden von S/C aufeinander folgenden diagonalen Stücken einer Länge Nt, die dazu beabsichtigt sind, eine Diagonale von jeder Untermatrix S(W) auszubilden, wobei alle solchen diagonalen Stücke somit eine selbe Norm haben und orthogonal zueinander sind.
Jede Komponente CM_m,l der zyklotomischen Matrix CM kann ausgedrückt werden als:
wobei Φ eine Eulerfunktion darstellt.
In einer zweiten Stufe, die in 9 gezeigt ist, wird dann die Spreizmatrix SM durch Multiplizieren einer Matrix der Dimension Ns×Ns, die durch ein diagonales Feld von solchen Untermatrizen S(w) (für w = 1 bis C) ausgebildet ist, mit einer anderen zyklotomischen Rotationsmatrix B von Dimensionen Ns×Ns erhalten, deren Komponenten gegeben sind durch:
Eine Spreizmatrix SM, die aufgebaut ist, wie es oben erklärt ist, wird zusätzlich die Eigenschaften einer Rotationsmatrix haben, d. h. eine solche Spreizmatrix wird durch Zeilen gebildet sein, die orthogonal zueinander sind und die eine selbe Norm haben, was als SM×SM^H = I ausgedrückt werden kann, wobei I die Identitätsmatrix des Rangs Ns×Ns ist und SM^H eine transponierte konjugierte Matrix SM ist.
Die Verwendung einer Rotationsmatrix zum Berechnen der Vielzahl von Linearkombinationen von Komponenten von aufeinander folgenden Symbolen am Senderende ermöglicht, eine globale Leistungsfähigkeit des iterativen Raum/Zeit-Decodierers zu optimieren, der dafür beabsichtigt ist, die Symbole am Empfängerende zu verarbeiten, indem die Leistungsfähigkeit des durch den Decodierer durchgeführten ersten iterativen Schritts erhöht wird.

Claims

Verfahren zum Übertragen von Daten in einem Telekommunikationssystem mit wenigstens einem Sender, der mit wenigstens zwei Sendeantennen versehen ist, und wenigstens einem Empfänger, der mit wenigstens einer Empfangsantenne versehen ist, welches Verfahren Folgendes enthält: – einen Symbolcodierschritt zum Erzeugen von Symbolen, – einen Symbolspreizschritt, der durch Multiplizieren eines Vektors, der durch eine Verkettung von Komponenten von jedem einer vorbestimmten Anzahl von aufeinander folgenden Symbolen ausgebildet ist, mit einer vordefinierten Spreizmatrix durchgeführt wird, und der in Linearkombinationen der Komponenten resultiert, – einen Sendeschritt zum Senden der Linearkombinationen mittels der Sendeantennen über eine Anzahl von Zeitchips gleich der vorbestimmten Anzahl von aufeinander folgenden Symbolen, wobei die vordefinierte Spreizmatrix ihre Zeilen durch aufeinander folgende Stücke mit jeweils einer Größe entsprechend der Anzahl von Sendeantennen ausgebildet hat, und jeweilige Vektoren bildend, die alle eine selbe Norm haben.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Zeile die Vektoren, die jeweils durch alle Stücke der Zeile ausgebildet sind, orthogonal zueinander sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Zeile die Stücke in Segmenten enthalten sind, wobei die Vektoren, die jeweils durch alle Stücke eines selben Segments ausgebildet sind, orthogonal zueinander sind.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizmatrix eine Rotationsmatrix ist.
Telekommunikationssystem mit wenigstens einem Sender, der mit wenigstens zwei Sendeantennen versehen ist und wenigstens einem Empfänger, der mit wenigstens einer Empfangsantenne versehen ist, welcher Sender Folgendes enthält: – ein Symbolcodiermittel zum Erzeugen von Symbolen, – ein Symbolspreizmittel, das durch Multiplizieren eines Vektors, der durch eine Verkettung von Komponenten von jedem einer vorbestimmten Anzahl von aufeinander folgenden Symbolen ausgebildet ist, mit einer vordefinierten Spreizmatrix durchgeführt wird, und das in Linearkombinationen der Komponenten resultiert, – ein Sendemittel zum Senden der Linearkombinationen mittels der Sendeantennen über eine Anzahl von Zeitchips gleich der vorbestimmten Anzahl von aufeinander folgenden Symbolen, wobei die vordefinierte Spreizmatrix ihre Zeilen durch aufeinander folgende Stücke mit jeweils einer Größe entsprechend der Anzahl von Sendeantennen ausgebildet hat, und jeweilige Vektoren bildend, die alle eine selbe Norm haben.
Telekommunikationssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Zeile die Vektoren, die jeweils durch alle Stücke der Zeile ausgebildet sind, orthogonal zueinander sind.
Telekommunikationssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Zeile die Stücke in Segmenten enthalten sind, wobei die Vektoren, die jeweils durch alle Stücke eines selben Segments ausgebildet sind, orthogonal zueinander sind.
Telekommunikationssystem nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizmatrix eine Rotationsmatrix ist.
Kommunikationsvorrichtung, die mit wenigstens zwei Sendeantennen versehen ist und Folgendes enthält: – ein Symbolcodiermittel zum Erzeugen von Symbolen, – ein Symbolspreizmittel, das durch Multiplizieren eines Vektors, der durch eine Verkettung von Komponenten von jedem einer vorbestimmten Anzahl von aufeinander folgenden Symbolen ausgebildet ist, mit einer vordefinierten Spreizmatrix durchgeführt wird, und das in Linearkombinationen der Komponenten resultiert, – ein Sendemittel zum Senden der Linearkombinationen mittels der Sendeantennen über eine Anzahl von Zeitchips gleich der vorbestimmten Anzahl von aufeinander folgenden Symbolen, wobei die vordefinierte Spreizmatrix ihre Zeilen durch aufeinander folgende Stücke mit jeweils einer Größe entsprechend der Anzahl von Sendeantennen ausgebildet hat, und jeweilige Vektoren bildend, die alle eine selbe Norm haben.
Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Zeile die Vektoren, die jeweils durch alle Stücke der Zeile ausgebildet sind, orthogonal zueinander sind.
Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Zeile die Stücke in Segmenten enthalten sind, wobei die Vektoren, die jeweils durch alle Stücke eines selben Segments ausgebildet sind, orthogonal zueinander sind.
Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizmatrix eine Rotationsmatrix ist.