DE60023032T2

DE60023032T2 - Verfahren und funksysteme mit mehreren antennen und adaptiver steuerung zum maximieren eines kommunikationsparameters

Info

Publication number: DE60023032T2
Application number: DE60023032T
Authority: DE
Inventors: J. Arogyaswami PAULRAJ; J. David GESBERT; K. Peroor SEBASTIAN; Jose Tellado
Original assignee: Iospan Wireless Inc
Current assignee: Iospan Wireless Inc
Priority date: 1999-12-15
Filing date: 2000-12-05
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2020-12-06
Also published as: WO2001045300A1; MXPA02006019A; CN1207852C; CN1435015A; EP1240730B1; BR0016772A; DE60023032D1; EP1628414A2; EP1628414A3; USRE44959E1; AU2061501A; EP1240730A4; EP1240730A1; US6351499B1

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein drahtlose Kommunikationssysteme und Verfahren zum Verwenden von Sende- und Empfangseinheiten mit mehreren Antennen, um die Übertragungen an Kanalbedingungen anzupassen und einen Kommunikationsparameter zu maximieren.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Drahtlose Kommunikationssysteme, die stationäre und mobile Funkteilnehmer bedienen, nehmen immer mehr an Popularität zu. Es wurden zahlreiche Systemlayouts und Kommunikationsprotokolle entwickelt, um die Versorgung in solchen drahtlosen Kommunikationssystemen bereitzustellen.
Die drahtlosen Kommunikationskanäle zwischen den Sende- und Empfangseinheiten sind von Natur aus veränderlich und daher schwankt ihre Qualität. Somit können auch ihre Qualitätsparameter mit der Zeit variieren. Unter guten Bedingungen haben Funkkanäle gute Kommunikationsparameter, z.B. einen hohen Signalabstand, eine(n) hohe(n) Datenkapazität und/oder -durchsatz. Zu diesen Zeiten können erhebliche Datenmengen zuverlässig über den Kanal übertragen werden. Wenn sich der Kanal jedoch im Laufe der Zeit ändert, ändern sich auch die Kommunikationsparameter. Unter veränderten Bedingungen können die vorherigen Datenraten, Codierungstechniken und Datenformate möglicherweise nicht mehr benutzt werden. Wenn beispielsweise die Kanalleistung herabgesetzt wird, dann können die übertragenen Daten zu stark verfälscht werden, so dass die Kommunikationsparameter unakzeptabel werden. So können beispielsweise übertragene Daten zu hohe Bit- oder Paketfehlerraten aufweisen. Die Verschlechterung des Kanals kann auf eine Vielzahl von Faktoren wie allgemeines Rauschen im Kanal, Selektivschwund, Sichtlinienverlust, zu starke Co-Channel Interference (CCI) und andere Faktoren zurückzuführen sein.
Durch Reduzieren von CCI kann das Träger-Interferenz-(C/I)-Verhältnis verbessert und die Spektraleffizienz erhöht werden. Insbesondere ergibt ein besseres C/I-Verhältnis höhere Bitraten pro Link, ermöglicht aggressivere Frequenzwiederbenutzungsstrukturen und erhöht die Versorgung des Systems.
Es ist in der Kommunikationstechnik auch bekannt, dass Sendeeinheiten und Empfangseinheiten, die mit Strahlerfeldern anstatt mit einzelnen Antennen ausgestattet sind, die Empfängerleistung verbessern können. Strahlerfelder können sowohl Selektivschwund des gewünschten Signals reduzieren als auch Interferenzsignale oder CCI unterdrücken. Solche Felder können demzufolge sowohl die Reichweite als auch die Kapazität von Funksystemen verbessern. Dies gilt für Funkzellulartelefone und andere Mobilsysteme ebenso wie für FWA(Fixed Wireless Access)Systeme.
In mobilen Systemen verursacht eine Vielfalt von Faktoren Signalverschlechterung und -verfälschung. Dazu gehören Interferenzen von anderen Zellularbenutzern in oder nahe einer bestimmten Zelle. Eine weitere Quelle für Signalverschlechterung ist Selektivschwund, bei dem die empfangene Amplitude und Phase eines Signals im Laufe der Zeit variieren. Die Schwundrate kann bis zu 200 Hz für einen mit einer Geschwindigkeit von 60 mph reisenden mobilen Benutzer bei PCS-Frequenzen von etwa 1,9 GHz erreichen. In solchen Umgebungen besteht das Problem darin, das Signal des verfolgten Benutzers aus der Kollektion von empfangenem Rauschen, CCI und erwünschten Signalteilen, die an den Antennen des Feldes summiert werden, sauber zu extrahieren.
In FWA-Systemen, z.B. wo der Empfänger stationär bleibt, ist die Signalschwundrate geringer als in mobilen Systemen. In diesem Fall ist die Kanalkohärenzzeit oder die Zeit, während der die Kanalschätzung stabil bleibt, länger, weil der Empfänger sich nicht bewegt. Aber trotzdem geht die Kanalkohärenz im Laufe der Zeit auch in FWA-Systemen verloren.
Bei Strahlerfeldern kann der Systemdesigner die gesamte empfangene Signalleistung erhöhen, was die Extraktion des gewünschten Signals leichter macht. Signalwiederherstellungstechniken unter Verwendung von adaptiven Strahlerfeldern sind z.B. im Handbuch von Theodore S. Rappaport, Smart Antennas, Adaptive Arrays, Algorithms & Wireless Position Location; und in Paulraj, A. J. et al. in „Space-Time Processing for Wireless Communications", IEEE Signal Processing Magazine, Nov. 1997, auf den Seiten 49–83 ausführlich beschrieben.
Funksysteme des Standes der Technik arbeiteten mit adaptiver Modulation der gesendeten Signale mit Hilfe von Feedback vom Empfänger sowie mit adaptiver Codierung und mit Empfänger-Feedback, um die Datenübertragung an sich ändernde Kanalbedingungen anzupassen. Eine effektive Maximierung der Kanalkapazität mit mehreren Sende- und Empfangsantennen ist jedoch nur mit adaptiver Modulation und/oder Codierung nicht möglich.
Die US-Patente Nr. 5,592,490 von Barratt et al., 5,828,658 von Ottersten et al. sowie 5,642,353 von Roy III lehren spektral effiziente Funkkommunikationssysteme hoher Kapazität unter Verwendung mehrerer Antennen am Sender; hier eine Base Transceiver Station (BTS) für Space Division Multiple Access (SDMA). In diesen Systemen müssen die Benutzer oder Empfangseinheiten räumlich weit genug voneinander entfernt sein, und die BTS verwendet ihre Sendeantennen zum Bilden eines Strahls, der auf jede Empfangseinheit gerichtet ist. Der Sender muss die Kanalstatusinformationen wie „Raumsignaturen" vor dem Senden kennen, um die Strahlen korrekt bilden zu können. In diesem Fall bedeutet Raummultiplexierung, dass Datenströme gleichzeitig zu mehreren Benutzern gesendet werden, die räumlich ausreichend voneinander getrennt sind.
Der Nachteil der von Barratt et al., Ottersten et al. und Roy III gelehrten Strahlformungsmethode ist, dass die Benutzer räumlich gut voneinander getrennt sein und ihre Raumsignaturen bekannt sein müssen. Auch muss die Kanalinformation der Sendeeinheit im Voraus zur Verfügung stehen, und die variierenden Kanalbedingungen werden nicht effektiv berücksichtigt. Schließlich senden die gebildeten Strahlen nur einen Strom von Daten zu jedem Benutzer und profitieren daher nicht voll von Zeiten, in denen ein bestimmter Kanal vielleicht sehr gute Kommunikationsparameter und eine höhere Datenkapazität zum Senden von mehr Daten oder einen besseren Signalabstand hat, um eine Übertragung von Daten zu ermöglichen, die mit einem weniger robusten Codierungsschema formatiert sind.
Das US-Patent Nr. 5,687,194 von Paneth et al. beschreibt ein TDMA-(Time Division Multiple Access)-Kommunikationssystem mit mehreren Antennen für Diversity. Das vorgeschlagene System nutzt das Konzept der adaptiven Sendeleistung und Modulation. Die Leistungs- und Modulationspegel werden gemäß einem Signalqualitätsindikator gewählt, der zum Sender zurückgespeist wird.
Das US-Patent Nr. 5,914,946 von Avidor et al. geht dieselben Probleme an wie Paneth et al. und lehrt ein System mit adaptiven Antennenstrahlen. Die Strahlen werden dynamisch justiert, während sich der Kanal ändert. Speziell werden die Strahlen in Abhängigkeit von einem empfangenen Signalindikator eingestellt, um die Signalqualität zu maximieren und Systeminterferenzen zu reduzieren.
Die letzten beiden Patente gehen sicher weit in die Richtung einer adaptiven Änderung von mehreren Antennensystemen, um die Leistung mit veränderlichen Kanalbedingungen zu optimieren.
Die WO 98/09381 und die EP 951,091 offenbaren Methoden zum Steuern eines Kommunikationskanals gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 19.
Weitere Verbesserungen sind wünschenswert. Insbesondere wäre es wünschenswert, ein System zu entwickeln, bei dem die Sendeeinheit und die Empfangseinheit mehrere Antennen nicht nur zum adaptiven Ändern der Modulation und/oder Codierung voll nutzen, sondern auch ein geeignetes Diversity-Schema und eine räumliche Multiplexierordnung alle gleichzeitig nutzen. Diese adaptiven Änderungen würden dabei helfen zu gewährleisten, dass die Kommunikationsparameter des Kanals maximiert bleiben, während der Kanal variiert. Ferner wäre es in der Technik vorteilhaft, ein Kommunikationssystem zu entwickeln, das mehrere Antennen an der Sende- und der Empfangseinheit nutzen könnte, um sich an ändernde Kanalbedingungen anzupassen und beliebige aus einer Reihe wünschenswerter Kommunikationsparameter wie Datenkapazität, Signalabstand und Durchsatz zu maximieren. Dies würde es dem System gestatten, sich kontinuierlich an den über den Kanal übertragenen Datentyp anzupassen.
ZIELE UND VORTEILE DER ERFINDUNG
Es ist demgemäß eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Maximieren eines Kommunikationsparameters in einem Kanal zwischen einer drahtlosen Sendeeinheit und Empfangseinheit bereitzustellen, die beide mehrere Antennen verwenden. Das Verfahren würde es dem System speziell gestatten, kontinuierlich Datenkapazität, Signalabstand, Signalqualität, Durchsatz und andere wünschenswerte Parameter zu optimieren, während der Kanal variiert.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das mehrere Antennen an der Sendeeinheit und der Empfangseinheit voll nutzt, um einen Kommunikationsparameter des Kanals unter Verwendung eines von den empfangenen Signalen abgeleiteten Qualitätsparameters zu optimieren.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren wie oben angegeben in einem Funkkommunikationssystem unter Verwendung einer beliebigen Kombination von Mehrfachzugriffstechniken wie TDMA, FDMA, CDMA und OFDMA bereitzustellen.
Es ist ebenso eine Aufgabe der Erfindung, ein Funkkommunikationssystem bereitzustellen, das adaptive Codierung, Raummultiplexierung und Antennen-Diversity nutzt, um die gewünschten Kommunikationsparameter unter sich ändernden Kanalbedingungen kontinuierlich zu maximieren.
Die obigen Aufgaben und Vorteile sowie zahlreiche weitere Verbesserungen, die mit dem Verfahren und der Vorrichtung der Erfindung erzielt werden, werden nachfolgend dargelegt.
ZUSAMMENFASSUNG
Die Vorteile und Aufgaben der Erfindung werden mit einem Verfahren des Maximierens eines Kommunikationsparameters wie Datenkapazität, Signalqualität oder Durchsatz eines Kanals zwischen einer Sendeeinheit mit M Sendeantennen und einer Empfangseinheit mit N Empfangsantennen gemäß Anspruch 1 erzielt. In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kommunikationssystem gemäß Anspruch 19 bereitgestellt.
Die Codiereinheit der Erfindung kann ein Raum-Zeit-Codierer, ein Raum-Frequenz-Codierer, ein adaptiver Modulationsratencodierer oder ein anderes geeignetes Codiergerät sein. Der Raum-Zeit- und der Raum-Frequenz-Codierer können unterschiedliche Codierungs- und Modulationsraten verwenden.
Am Empfänger werden die Empfangssignale RSj empfangsverarbeitet, um die raummultiplexierten Ströme SM_i zu reproduzieren. Der Qualitätsparameter kann von den empfangsverarbeiteten Strömen SM_i genommen werden. Dies kann mit einer Statistikeinheit erzielt werden, die Ströme SM_i untersucht. In diesem Fall kann der Qualitätsparameter ein Signal-Interferenz-Verhältnis, ein Signal-Rausch-Verhältnis, ein Leistungspegel, eine Pegelüberschreitungsrate, eine Pegelüberschreitungsdauer einer vorbestimmten Schwelle und einer Empfangsschwelle sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Qualitätsparameter von rekonstituierten Daten erhalten werden. In diesem Fall kann der Qualitätsparameter die Bitfehlerrate (BER) oder die Paketfehlerrate sein.
Der Mapping-Schritt am Sender beinhaltet vorzugsweise einen Sendeverarbeitungsschritt, der von einem Sendeverarbeitungsblock implementiert wird. Der Qualitätsparameter wird dann vorzugsweise auch zum Einstellen der Verarbeitung des Sendeverarbeitungsblocks verwendet.
Der Qualitätsparameter wird zwar typischerweise am Empfänger ausgewertet und auf eine beliebige geeignete Weise zum Sender zurückgemeldet oder -gesendet, z.B. über einen dualen Kanal, wie er in TDD-(Time Division Duplexed)-Systemen verwendet wird, aber die Analyse der Empfangssignale zum Ableiten des Qualitätsparameters kann vom Sender ausgeführt werden. Dies kann z.B. dann vorteilhaft sein, wenn der Empfänger nicht genügend Rechenmittel zum Ableiten des Qualitätsparameters hat.
Der Schritt des Verarbeitens der Daten am Sender kann mittels einer beliebigen geeigneten Codiertechnik erfolgen. So kann beispielsweise Raum-Zeit-Codierung oder Raum-Frequenz-Codierung verwendet werden. Inzwischen werden die Sendesignale TS_p mit wenigstens einer Mehrfachzugriffstechnik wie TDMA, FDMA, CDMA, OFDMA formatiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zwischen jeder beliebigen Sende- und Empfangseinheit einschließlich tragbaren und stationären Geräten zur Anwendung kommen. In einer Ausgestaltung wird das Verfahren in einem Funknetz wie einem Zellularkommunikationssystem eingesetzt. In diesem Fall kann das Verfahren angewendet werden, um den Kommunikationsparameter in Downlink- und Uplink-Kommunikationen zu verbessern.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in existierenden Systemen mit mehreren Empfangs- und Sendeantennen zum Einsatz kommen. Das Verfahren erlaubt auch die gleichzeitige Ausführung anderer nützlicher Methoden. So ist es insbesondere vorteilhaft, die Techniken der Erfindung zusammen mit Interferenz-Unterdrückung einzusetzen.
Es folgt eine ausführliche Beschreibung der Erfindung und der bevorzugten alternativen Ausgestaltungen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist ein vereinfachtes Diagramm, das ein Kommunikationssystem illustriert, in dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird;
2 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm, das die Sende- und Empfangseinheiten gemäß der Erfindung illustriert;
3 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften Sendeeinheit gemäß der Erfindung;
4 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften Empfangseinheit gemäß der Erfindung;
5A ist ein Blockdiagramm, das den Betrieb der Statistikeinheiten zum Ableiten des Qualitätsparameters illustriert;
5B ist ein Blockdiagramm, das den Betrieb von alternativen Datenanalyseblöcken zum Ableiten eines Qualitätsparameters von rekonstituierten Daten illustriert;
6 ist ein Blockdiagramm eines Teils einer weiteren Ausgestaltung einer Sendeeinheit gemäß der Erfindung;
7 ist ein Blockdiagramm eines Teils einer Empfangseinheit zum Empfangen von Empfangssignalen RSj von der Sendeeinheit von 6;
8 illustriert Leistungskurven für eine S-T-Code-Wahl gemäß der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Das Verfahren und die Funksysteme der Erfindung werden am besten verständlich, wenn man zunächst die High-Level-Diagramme der 1 und 2 betrachtet. 1 illustriert einen Teil eines Funkkommunikationssystems 10, z.B. eines Zellularfunksystems. Für Erläuterungszwecke wird die Downlink-Kommunikation betrachtet, bei der eine Sendeeinheit 50 eine Base Transceiver Station (BTS) und eine Empfangseinheit 80 ein mobiles oder stationäres Funkbenutzergerät ist. Zu Beispielen für Benutzergeräte gehören mobile Empfangseinheiten 80A, 80B, 80C, die tragbare Telefone und Autotelefone sind, und eine stationäre Empfangseinheit 80D, die eine Funkmodemeinheit sein kann, die in einem Wohnhaus verwendet wird, oder eine beliebige andere feste Funkeinheit. Es kann natürlich dasselbe Verfahren in der Uplink-Kommunikation von Funkeinheiten 80 zur BTS 50 zur Anwendung kommen.
Die BTS 50 hat ein Strahlerfeld 16, das aus einer Reihe von Sendeantennen TA₁, TA₂, ... TA_M besteht. Empfangseinheiten 80 sind mit Strahlerfelden 20 mit N Empfangsantennen ausgestattet (Einzelheiten siehe 2, 4). Die BTS 50 sendet Sendesignale TS zu allen Empfangseinheiten 80 über Kanäle 22A und 22B. Der Einfachheit halber sind nur Kanäle 22A, 22B zwischen der BTS 50 und den Empfangseinheiten 80A, 80B angezeigt, aber die BTS 50 sendet TS-Signale zu allen gezeigten Einheiten. In diesem Fall befinden sich die Empfangseinheiten 80A, 80B beide in einer Zelle 24. Unter geeigneten Kanalbedingungen kann jedoch die BTS50 TS-Signale auch zu Einheiten außerhalb der Zelle 24 senden, wie in der Technik bekannt ist.
Die Zeitvariation von Kanälen 22A, 22B verursacht, dass gesendete TS-Signale schwankende Dämpfungspegel, Interferenzen, Selektivschwund und andere schädliche Effekte erfahren. Daher erfahren Kommunikationsparameter von Kanälen 22A, 22B wie Datenkapazität, Signalqualität oder Durchsatz zeitliche Veränderungen. So können die Kanäle 22A, 22B nicht immer eine effiziente Ausbreitung von Signalen RS mit hohen Datenraten oder von Signalen unterstützen, die nicht mit einem robusten Codierungsalgorithmus formatiert sind. Das Strahlerfeld 16 an der BTS 50 kann für Raummultiplexierung, Sende-Diversity, Strahlenformung benutzt werden, um Interferenzen zu reduzieren, die Strahlerfeldverstärkung zu erhöhen und andere vorteilhafte Effekte zu erzielen. Strahlerfelder 20 an Empfangseinheiten 80 können für Raummultiplexierung, Interferenz-Unterdrückung, Empfangs-Diversity, höhere Strahlerfeld-Verstärkung und andere nützliche Effekte verwendet werden. Alle diese Methoden verbessern die Kapazität der Kanäle 22A, 22B. Das erfindungsgemäße Verfahren findet eine optimale Kombination dieser Techniken, die mit sich ändernden Bedingungen der Kanäle 22A, 22B adaptiv gewählt werden. Mit anderen Worten, das erfindungsgemäße Verfahren implementiert eine adaptive und optimale Wahl der Reihenfolge von Raummultiplexierung, Diversity-Ordnung sowie Codierungsrate und Bit-Loading über das Sendestrahlerfelder 16 zum Strahlerfeld 20.
Speziell, das erfindungsgemäße Verfahren geht diese variierenden Kanalbedingungen durch eine adaptive Maximierung von einem oder mehreren Kommunikationsparametern auf der Basis eines Qualitätsparameters an. 2 illustriert die Grundblöcke der Sendeeinheit 50 und einer Empfangseinheit 80, die zum Ausführen des Verfahrens nötig sind. Die Sendeeinheit 50 hat ein Steuergerät 62, das mit einem Datenverarbeitungsblock 54 zum Empfangen von Daten 52 verbunden ist, die formatiert, codiert und zur Übertragung auf Antennen TA₁, TA₂, ... TA_M gemappt werden sollen. Ein Aufwärtskonvertierungs- und RE-Verstärkungsblock 74 sendet die Sendesignale TS zu den Antennen TA₁, TA₂, ... TA_M.
Auf der anderen Seite der Verbindung hat die Empfangseinheit 80 N Antennen RA₁, RA₂, ... RA_N in ihrem Feld 20 zum Empfangen von Signalen RS. Ein RE-Verstärkungs- und Abwärtskonvertierungsblock 82 verarbeitet RS-Signale und leitet sie zum Verarbeitungsblock 38. Eine Signalstatistikeinheit 40 beurteilt einen Qualitätsparameter von RS-Signalen und/oder wiederhergestellten Daten 52' und speist den Qualitätsparameter zurück zur Steuereinheit 62 des Senders 50. Das Feedback wird durch die gestrichelte Linie 42 angedeutet. Mit diesem Qualitätsparameter steuert die Einheit 62 die Datenverarbeitung 54, um ein(e) geeignete(s) Raummultiplexierung, Diversity-Verarbeitung, Codierung und Mapping von Daten 52 zu gewährleisten, so dass (ein) gewählter) Kommunikationsparameter kontinuierlich maximiert wird/werden.
Die Einzelheiten einer bevorzugten Ausgestaltung einer Sendeeinheit 50 zum Ausüben des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in 3 dargestellt. Zu sendende Daten 52 werden einem Datenverarbeitungsblock 54 zugeführt, wo sie zunächst durch einen Interleaver und Vorcodierer 56 gehen. Der Interleaver und Vorcodierer 56 verschachtelt den Datenstrom 52 und codiert ihn vor, wie in der Technik bekannt ist, und sendet den verschachtelten und vorcodierten Strom zum Serien-Parallel-Wandler 58. Der Wandler 58 erzeugt aus dem einzelnen Datenstrom eine Anzahl k von raummultiplexierten Strömen SM, wobei i = 1 ... k und k eine Variable ist, d.h. die Anzahl der Ströme SM_i ist variabel, vorbehaltlich der Bedingung, dass I ≤ k ≤ N und auch k ≤ M ist. Mit anderen Worten, die maximale Anzahl k von Strömen SM ist durch die kleinere aus der Zahl M von Sendeantennen TA₁, TA₂, ... TA_M und der Zahl N von Empfangsantennen RA₁, RA₂, ... RA_N begrenzt (siehe 4).
Der Wert von k wird durch eine adaptive Steuerung 60 geregelt, die Teil der Steuereinheit 62 ist, und ist mit dem Serien-Parallel-Wandler 58 verbunden. Die Entscheidung über die Zahl k von Strömen SM kann lokal von der adaptiven Steuerung 60 getroffen oder von einem Empfänger übermittelt werden, wie nachfolgend beschrieben wird. In den meisten Systemen beruht die Entscheidung auf Feedback 64 vom Empfänger, das einen Qualitätsparameter oder eine Information enthält, von dem/der die adaptive Steuerung 60 den Qualitätsparameter ableiten kann. In anderen Systemen, z.B. dem TDD-(Time Division Duplexed)-System, bei dem der Kanal dual ist, ist kein zusätzliches Feedback notwendig. In solchen Fällen wird das Feedback von der eigenen Empfangseinheit der Sendeeinheit erhalten, wie gestrichelt angedeutet ist.
Jeder der k Ströme SM_i passiert durch einen entsprechenden Raum-Zeit-Codierer 65 (S-T-Codierer) einer S-T-Codiereinheit 66. Jeder S-T-Codierer erzeugt k' codierte Ströme CS_h, wobei h = 1 ... k' ist. Die Zahl k' ist wenigstens 1 und höchstens M, je nach der Anzahl der Ströme SM_i, die von der adaptiven Steuerung 60 gewählt wurden. In der Tat ist die adaptive Steuerung 60 auch mit der S-T-Codiereinheit 66 verbunden, um auch die Zahl k' zu steuern.
Raum-Zeit-Codierung ist eine bekannte Technik, die konventionelle Kanalcodierung und Antennen-Diversity kombiniert. Die S-T-Codierung teilt einen codierten Datenstrom, in diesem Fall jeden der raummultiplexierten Ströme SM_i in k' abhängige Datenströme, in diesem Fall codierte Ströme CS_h, die jeweils moduliert und gleichzeitig von einer anderen Sendeantenne TA gesendet werden. Es kann aus verschiedenen Optionen zum Mappen von Daten zu Sendeantennen TA₁, TA₂, ... TA_M ausgewählt werden. Alle Sendeantennen TA können dasselbe Modulationsformat und dieselbe Trägerfrequenz benutzen. Alternativ kann eine andere Modulation oder Symbolverzögerung zur Anwendung kommen. Zu weiteren Ansätzen gehört z.B. die Verwendung unterschiedlicher Trägerfrequenzen (Mehrträgertechniken) oder Verteilungscodes. Das Konzept der S-T-Codierung ist in der Literatur ausführlicher beschrieben (siehe z.B. V. Tarokh et al. „Space-time codes for high data rate wireless communication: Performance criterion and code construction", IEEE Transactions on Information Theory, Bd. 44, Nr. 2, März 1998; und S. A. Alamouti "A simple transmit diversity technique for wireless communications", IEEE Journal on selected areas in Communications, Bd. 16, S. 1451–58, Oktober 1998).
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird jeder S-T-Code durch einen entsprechenden S-T-Codierer 65 und Ausgang in der Form von k' Strömen CS_h eingeprägt. Die Beschränkungslänge des Codes und des Wertes k' kann je nach der rechnerischen Komplexität entschieden werden, die beim Betrieb des Kommunikationssystems akzeptabel ist. Die Codierrate und die Modulationsrate sind je nach den Charakteristiken des Kanals, d.h. je nach dem Kommunikationsparameter zu wählen, der durch den Wert des Qualitätsparameters reflektiert wird.
In der bevorzugten Ausgestaltung enthält eine Datenbank 68 in der Steuereinheit 62 den Satz von S-T-Codes, der je nach der Anzahl k' und dem Qualitätsparameter zu verwenden ist. Die Datenbank 68 ist mit der S-T-Codiereinheit 66 verbunden, um dieser diese S-T-Codes zuzuführen. Die adaptive Steuerung 60 ist mit der Datenbank 68 verbunden, um die Übertragung der S-T-Codes zur S-T-Codiereinheit 66 zu steuern.
Jeder der in der Datenbank 68 gespeicherten S-T-Codes hat ein assoziiertes Codierschema und Modulationsschema. Codierrate und Modulationsrate der unterschiedlichen S-T-Codes können so gewählt werden, dass sie unterschiedlich sind, so dass jeder S-T-Code für bestimmte Kanalbedingungen gemäß Anzeige durch den Qualitätsparameter geeignet ist. Die Wahl der Codierraten und Modulationsraten der S- T-Codes kann weiter danach bestimmt werden, welcher Kommunikationsparameter des Kanals optimiert werden soll. Speziell, ein Kommunikationsparameter wie Datendurchsatz verlangt, dass der S-T-Code mit höherer Modulations- und Codierrate gewählt wird.
Wenn beispielsweise der Qualitätsparameter, der zurückgemeldet wird, SINR ist und das Ziel darin besteht, den Durchsatz zu verbessern, dann enthält die Datenbank 68 die Leistungskurven (BER gegenüber SINR) für unterschiedliche S-T-Codes für alle möglichen Sende-/Empfangskonfigurationen im Hinblick auf die Anzahl M von Sendeantennen TA₁, TA₂, ... TA_M und die Anzahl N von Empfangsantennen RA₁, RA₂, ... RA_N. 8 zeigt die Leistung von drei typischen S-T-Codes. Es ist ersichtlich, dass zum Erzielen einer BER mit dem Wert q, der für die Anwendung (z.B. Sprachdatenübertragung) geeignet ist, wenn der vorherrschende durchschnittliche SINR einen Wert von p oder weniger haben muss, nur S-T-Codes 1 und 2 geeignet sind. S-T-Code 3 ist nicht geeignet, weil bei einem SINR-Wert von p seine BER zu hoch ist. Jetzt kann, wenn der zu maximierende Kommunikationsparameter der Durchsatz ist, eine zusätzliche Auswahl zwischen S-T-Code 1 und S-T-Code 2 getroffen werden, und derjenige, der den Durchsatz maximiert, wird gewählt. Die durchschnittliche Fachperson wird erkennen, dass mit diesem oder einem ähnlichen Vorgang jeder der Kommunikationsparameter maximiert werden kann. Zusätzlich enthält die Datenbank 68 vorzugsweise die notwendigen Leistungskurven zum Wählen der richtigen S-T-Codes, Werte von k und G(z)-Matrixsätze zur Verwendung. Es können auch empirisch gesammelte Daten verwendet werden.
In der bevorzugten Ausgestaltung ist k' gleich der Anzahl M von Sendeantennen TA₁, TA₂, ... TA_M. Jeder S-T-Codierer 65 verwendet den S-T-Code, der von der adaptiven Steuerung 60 angezeigt wird, und die von individuellen S-T-Codierern 65 verwendeten Codes können gleich oder unterschiedlich sein. Alternativ können die k raummultiplexierten Ströme SM_i auch gemeinsam S-T-codiert werden, um nur einen Satz von k' codierten Strömen CS_h zu bilden. Eine gemeinsame S-T-Codierung verursacht gewöhnlich eine höhere Rechenkomplexität als eine separate S-T-Codierung. Eine gemeinsame S-T-Codierung wird bevorzugt, wenn die Rechenkomplexität akzeptabel ist. Eine durchschnittliche Fachperson wird in der Lage sein, die geeignete Designwahl in jedem Fall zu treffen.
Eine Sendeverarbeitungseinheit 72 empfängt codierte Ströme CS_h und erzeugt M Sendesignale TS₁, TS₂, ... TS_M zur Übertragung. Eine Aufwärtskonvertierungs- und RF-Verstärkungseinheit 74 empfängt, wie in der Technik hinlänglich bekannt ist, die M Sendesignale TS_p, bereitet sie nach Bedarf vor und sendet sie von den Antennen TA.
Die Konvertierung von codierten Strömen CSh erfolgt durch die Anwendung von k M × M Raum-Zeit-(oder alternativ Raum-Frequenz-)Filterungsmatrixsatz G(z) auf alle Eingänge (M = k'). Die Wahl des Matrixsatzes G(z) basiert auf dem Qualitätsparameter. Aus diesem Grund wird die adaptive Steuerung 60 mit der Einheit 72 verbunden, um die Wahl des Matrixsatzes G(z) adaptiv zu steuern.
Die Datenbank 68 ist vorzugsweise auch mit der Einheit 72 verbunden und enthält gespeicherte Parameter von geeigneten Matrixsätzen G(z) für beliebige gegebene Kanalbedingungen oder die Matrixsätze G(z) selbst. Im letzteren Fall weist die adaptive Steuerung 60, die auch mit der Datenbank 68 verbunden ist, die Datenbank 68 an, den entsprechenden Matrixsatz G(z) in die Sendeverarbeitungseinheit 72 herunterzuladen, wenn sich die Kanalbedingungen ändern. Die Wahl des Matrixsatzes G(z) wird so getroffen, dass die Trennbarkeit der k raummultiplexierten Ströme SM_i am Empfänger erleichtert wird. Der Matrixsatz G(z) kann Diversity-Techniken wie Verzögerung/Schalt-Diversity oder beliebige andere in der Technik bekannte Kombinationstechniken beinhalten. Wenn beispielsweise keine Kanalinformation an der Sendeeinheit 50 zur Verfügung steht, z.B. bei der Systeminitialisierung oder zu irgendeinem anderen Zeitpunkt, dann setzt sich der Matrixsatz G(z) (der aus k M × M Matrizen besteht) aus k Matrizen von Rang M·k zusammen, so dass die Subräume, die von diesen Matrizen überspannt werden, orthogonal zueinander sind, um die Trennbarkeit von k Strömen an der Empfangseinheit 80 zu gewährleisten. Solche Matrizen können von einer durchschnittlichen Fachperson gefunden werden. Während des Betriebs können, wenn sich der Qualitätsparameter ändert, auch andere Sätze von Matrizen G(z) verwendet werden.
Es ist wichtig zu bemerken, dass die S-T-Codiereinheit 66 und die Sendeverarbeitungseinheit 72 zusammen auf die k raummultiplexierten Ströme SM_i einwirken, um sie in Sendesignale TS_p zu mappen, wobei p = 1 ... M ist, die den entsprechenden Sendeantennen TA₁, TA₂, ... TA_M zugewiesen sind. Mit anderen Worten, die S-T-Codiereinheit 66 in Verbindung mit der Sendeverarbeitungseinheit 72 bilden eine Antennen-Mapping-Einheit, die Ströme SM_i auf Sendeantennen TA₁, TA₂, ... TA_M gemäß den oben beschriebenen Regeln mappt. Das Mapping wird von der adaptiven Steuerung 60 mittels in der Datenbank 68 gespeicherter S-T-Codes und Matrizen G(z) in Abhängigkeit von dem die Kanalbedingungen anzeigenden Qualitätsparameter justiert.
Die Sendeeinheit 50 hat auch vorzugsweise eine Trainingseinheit 70, die in gestrichelten Linien gezeichnet ist und die Trainingsdaten beinhaltet, wie in der Technik bekannt ist. Die Trainingsdaten können an einer beliebigen geeigneten Stelle vor oder nach der S-T-Codiereinheit 66 eingefügt und zur Sendeverarbeitungseinheit 72 übertragen werden. Die Trainingsdaten können in einem separaten Steuerkanal oder zusammen mit Daten 52 gesendet werden. Eine durchschnittliche Fachperson wird mit den notwendigen Techniken und Anforderungen vertraut sein.
4 zeigt das Blockdiagramm eines entsprechenden Empfängers 80 zum Empfangen von Signalen, die von der Sendeeinheit 50 gesendet wurden. Speziell hat der Empfänger 80 ein Feld von N Empfangsantennen RA₁, RA₂, ... RA_N zum Empfangen von RS_j Empfangssignalen, wobei j = 1 ... N ist. Ein RF-Verstärkungs- und Abwärtskonvertierungsblock 82 verstärkt und konvertiert die Signale RS_j und führt eventuelle andere erforderliche Vorgänge durch (z.B. Abtastung, Analog-Digital-Umwandlung). Dann werden die Signale RS_j sowohl zu einem Matrixkanalschätzglied 84 als auch zu einer Empfangsverarbeitungseinheit 86 weitergeleitet.
Das Matrixkanalschätzglied 84 schätzt die Kanalkoeffizienten mit bekannten Trainingsmustern, z.B. den Trainingsmustern, die von der Trainingseinheit 70 gemäß bekannten Techniken bereitgestellt werden. Im vorliegenden Falle lautet der Ausgang des Schätzglieds 84Â(z): Â(z) = G(z)H(z),wobei G(z) die Matrix ist, die vom Sendeverarbeitungsblock 72 angewendet wird, und H(z) die Matrix von reinen Kanalkoeffizienten ist. G(z) ist ein Satz von M × M-Matrizen, während H(z) eine M × N-Matrix ist. Die resultierende Matrix Â(z) ist eine M × N-Matrix und repräsentiert Kanalschätzungen für empfangene Signale RS₁, RS₂, ... RS_N nach der Digitalisierung. Die vom Schätzglied 84 zum Empfangsverarbeitungsblock 86 gelieferten Kanalschätzungen werden von diesem zum Wiederherstellen der k raummultiplexierten Ströme SM_i verwendet. In der Tat können beliebige der hinlänglich bekannten Empfangsverarbeitungsschätzungen wie Zero-Forcing (ZF), MMSE, LS, ML usw. zum Verarbeiten von empfangenen Signalen RS₁, RS₂, ... RS_N angewendet werden.
Die wiederhergestellten k codierten Ströme werden sowohl zu einer S-T-Decodiereinheit 88 als auch zu einer Signalstatistik der Empfangsstromeinheit 90 gesendet. Die S-T-Decodiereinheit 88 hat S-T-Decodierer 89, die die Codierung von S-T-Codierern 65 der Sendeeinheit 50 umkehren. Die anzuwendenden S-T-Codes werden von einer Datenbank 92 zur Einheit 88 gesendet. S-T-Decodierung wird nachfolgend mit Bezug auf 5 ausführlicher erörtert.
Die Signalstatistikeinheit 90 analysiert Empfangssignale RS_j, die vom Empfangsverarbeitungsblock 86 zum Beurteilen des Qualitätsparameters in k Ströme konvertiert werden. In der bevorzugten Ausgestaltung ist die Einheit 90 eine Mittelwertbildungseinheit, die Signalstatistiken über die Zeit mittelt. Die Einheit 90 errechnet die Signalstatistiken jedes der k Ströme einschließlich Signal-Interferenz-Rauschverhältnis (SINR), Signalabstand (SNR), Signalpegel, Pegelüberschreitungsrate (LCR), Pegelüberschreitungsdauer an einer bestimmten Signalschwelle und Empfangsschwelle oder sonstige Signalparameter.
Zum Beispiel, wenn eine Empfangsverarbeitung mit dem ZF-(Zero-Forcing)-Verfahren erfolgt, dann berechnet die Einheit 90 SINR mit dem folgenden Algorithmus: SINR = <||Â–1·Y – X||2>,wobei die Klammern den Erwartungswert bedeuten, X die gesendete Folge und Y die empfangene Folge ist. LCR ist die Rate, mit der der Signalpegel unter einen Sollpegel geht. LCR kann für verschiedene Signalpegelschwellen errechnet werden. SINR und LCR geben beide eine Anzeige für die Fehlereigenschaften des Kanals. Die Fenstergröße (Dauer), über die diese Statistiken von der Einheit 90 errechnet und gemittelt werden, kann je nach der Art des Kanals geändert werden, den die Empfangseinheit 80 sieht.
Für einen bestimmten Schwellenpegel und LCR ist die Fehlerwahrscheinlichkeit vom verwendeten Typ von S-T-Codes (der die Codier- und Modulationsaspekte der S-T-Codes beinhaltet) sowie von der Anzahl k von raummultiplexierten Strömen SM_i abhängig, die von der Sendeeinheit 50 benutzt werden. Der Wert von k wird durch die Trennbarkeit von Raumsignaturen an der Empfangseinheit 80 diktiert.
So kann die Wahl von S-T-Codes für k trennbare raummultiplexierte Ströme SM_i auf der LCR und LC-Dauer bei einem bestimmten Schwellenpegel und einer maximalen akzeptablen Fehlerrate basiert werden. Das durchschnittliche SINR kann auch eine ähnliche Informationsart ergeben. Diese Fehlerinformation wird direkt von der Einheit 90 als Qualitätsparameter oder zum Ableiten des Qualitätsparameters verwendet. Die anderen Signalkriterien können auf ähnliche Weise für die Verwendung durch die Einheit 90 direkt als Qualitätsparameter oder zum Ableiten eines Qualitätsparameters verwendet werden.
Alternativ und vorzugsweise zusätzlich zur Einheit 90 wird eine Ausgangsströme-Signalstatistikeinheit 94 zum Analysieren von rekonstruierten Strömen SM_i verwendet, die von der S-T-Decodiereinheit 88 erhalten wurden. Auch hier kann die Einheit 94 wieder dieselben statistischen Berechnungen an rekonstruierten Strömen SM_i durchführen, um Signalstatistiken einschließlich Signal-Interferenz-Rauschverhältnis (SINR), Signal-Rausch-Verhältnis (SNR), Leistungspegel, Pegelüberschreitungsrate (LCR), Pegelüberschreitungsdauer und Empfangsschwelle oder andere Signalparameter zu erhalten. Inzwischen werden rekonstruierte Ströme SM_i von einem Paralle1-Serien-Wandler 96 in einen seriellen Strom umgewandelt. Dann werden sie vom Deinterleaver und Decoder 98 entschachtelt und decodiert, um Daten 52' zurückzugewinnen (der Strich bedeutet, dass sich die zurückgewonnenen Daten aufgrund von Sendefehlern von den ursprünglichen Daten 52 unterscheiden können), die ursprünglich von der Sendeeinheit 50 gesendet wurden.
Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet den/die Qualitätsparameter, der/die wie oben beschrieben erhalten wurde(n), um wenigstens die Zahl k von raummultiplexierten Strömen SM_i einzustellen, die vom Serien-Parallel-Wandler 58 der Sendeeinheit 50 erzeugt wurden. Der/die Qualitätsparameter wird/werden vorzugsweise auch zum Steuern der S-T-Codiereinheit 66 verwendet, z.B. die Wahl der Zahl k', und der Sendeverarbeitung, d.h. der Wahl des Matrixsatzes G(z) der Sendeverarbeitungseinheit 72 der Sendeeinheit 50.
Beim regelmäßigen Betrieb wählt die Sendeeinheit 50 G(z), k, k' und S-T-Codes bei der Systeminitialisierung aus. Diese Parameter werden dann aktualisiert, wenn sich der Kanal ändert. Die Sendeeinheit 50 sendet Steuerinformationen 102 (siehe 5A) einschließlich der verwendeten S-T-Codes, den Wert k, den Matrixsatz G(z), der von der Sendeverarbeitungseinheit 72 angewendet wird, usw., regelmäßig zur Empfangseinheit 80. Alternativ können diese Informationen nur einmal bei der Initialisierung einer Kommunikationssession gesendet und dann nach Bedarf aktualisiert werden (z.B. nur dann, wenn sich eine dieser Informationen ändert).
5A illustriert ausführlicher, wie eine adaptive Steuerung von G(z), k, k' und S-T-Codes erfolgt. Die Ströme S₁ bis S_k werden zur Einheit 90 gesendet, während rekonstruierte raummultiplexierte Ströme SM₁ bis SM_k zur Einheit 94 gesendet werden. Beide Einheiten 90, 94 berechnen die Signalstatistiken wie oben beschrieben. Dann übertragen die Einheiten 90, 94 ihre Signalstatistiken oder Qualitätsparameter zu einem S-T Code Lookup Block 100. Auf dieser Basis trifft der Block 100 eine Entscheidung über den geeignetsten zu verwendenden S-T-Code und Wert von k. Diese Entscheidung wird als Feedback 64 zum Sender 50 weitergeleitet. Alternativ leitet der Block 100 die Signalstatistiken als Feedback 64 zur adaptiven Steuerung 60 der Sendeeinheit 50. In diesem Fall wählt die adaptive Steuerung 60 die geeigneten S-T-Codes und den k-Wert. Die Entscheidung über die Verwendung des geeigneten Matrixsatzes G(z) erfolgt ebenfalls durch die adaptive Steuerung 60 auf der Basis von Feedback 64.
Natürlich muss der Empfänger 80, um Daten 52 wiederherzustellen, die geeigneten S-T-Codes benutzen und die Zahl k kennen. Diese Information wird ihm vom Block 100 gegeben, der diese Information zur Datenbank 92 von S-T-Codes liefern kann, die mit der S-T-Decodiereinheit 88 (siehe 4) verbunden ist, oder von Steuerkanalinformationen 102, die von der Sendeeinheit 50 wie oben erwähnt gesendet werden. Falls Steuerkanalinformationen 102 verwendet werden, empfängt ein S-T-Code, k-Indikator 104 die Information und leitet sie zur Datenbank 92 weiter. Beim Systemstart kann der Indikator 104 entweder mit der zuletzt benutzten Konfiguration starten oder mit einem Wert k = 1 und einem besonderen S-T-Code und G(z) Matrixsatz starten. Alternativ kann er mit jeder beliebigen vereinbarten Konfiguration starten. Die Konfiguration wird natürlich während der Session aktualisiert, um einen Kommunikationsparameter zu maximieren.
Die Einstellung von k S-T-Codes und die Wahl des Matrixsatzes G(z), ob vom Block 100 vorgeschlagen oder von der adaptiven Steuerung 60 bestimmt, erfolgt zum Maximieren oder Optimieren eines Kommunikationsparameters unter den sich ändernden Kanalbedingungen. Der zu maximierende Kommunikationsparameter ist typischerweise entweder die Kanalkapazität, die Signalqualität, SNR oder der Durchsatz. Die Kanalkapazität kann durch Wählen des größtmöglichen Wertes von k und eines Hochdurchsatz-S-T-Codes (hohe Modulationsrate und niedriger Codier-Overhead) maximiert werden. Eine Verringerung von k erhöht die Diversity-Ordnung. In diesem Fall nimmt die Signalqualität zu, aber der Durchsatz nimmt ab. Das SNR wird maximiert, wenn k = 1 ist, aber dadurch wird die Kanalkapazität minimiert. So muss eine adaptive Steuerung 60 (oder Block 100) eine Entscheidung über einen optimalen k Wert treffen, wenn sowohl Kanalkapazität als auch Signalqualität maximiert werden sollen.
Darüber hinaus, wenn das erfindungsgemäße Verfahren in einem System mit Frequenzwiederverwendung implementiert wird, z.B. einem Zellularnetz mit Frequenzwiederverwendung, werden in der Empfangseinheit wahrscheinlich Störungen auftreten. Zusätzlich wird das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise in Verbindung mit Interferenz-Milderung implementiert, wie in der Technik bekannt ist. In diesem Fall erfolgen die Wahl von S-T-Codes, der Zahl k und des Matrixsatzes G(z) auf eine solche Weise, dass daneben auch Interferenzmilderung durchgeführt wird. Wenn das erfindungsgemäße Verfahren mit Interferenzmilderung implementiert wird, dann kann es zu einer Reduzierung der Diversity-Ordnung oder Raummultiplexierung kommen.
In einer alternativen Ausgestaltung kann die S-T-Decodiereinheit 88 ein gemeinsamer S-T-Decoder zum Erzeugen von k rekonstruierten Strömen SM_i anstatt der Gruppe von S-T-Decodierern 89 wie in 4 gezeigt sein. Eine gemeinsame oder separate Decodierstrategie hängt von der von der Sendeeinheit 50 verwendeten Codierstrategie ab und kann umkonfiguriert werden.
In alternativen Ausgestaltungen können unterschiedliche Codierertypen die S-T-Codierer ersetzen. So kann die Decodiereinheit beispielsweise ein Raum-Frequenz-Codierer und ein adaptiver Modulationsratencodierer oder ein anderes geeignetes Codiergerät sein, Der Raum-Zeit- und der Raum-Frequenz-Codierer können unterschiedliche Codier- und Modulationsraten verwenden.
In noch einer anderen Ausgestaltung, wie in 5B gezeigt, kann die Empfangseinheit 80 zusätzliche Datenanalyseblöcke 110 und 112 zum Berechnen zusätzlicher Datenstatistiken nach einer Parallel-Serien-Konvertierung und nach dem Entschachtelungsschritt und dem letzten Entcodierungsschritt nutzen. Diese Datenstatistiken könnten BER oder Paketfehlerrate sein. Diese Information kann auch zur Sendeeinheit 50 zurückgemeldet werden, um die Parameter k, k', S-T-Codierung und Wahl des Matrixsatzes G(z) einzustellen. Alternativ können diese Informationen für eine lokale Bestimmung der Parameter zur Einheit 100 gesendet werden.
Das System kann auf einer Mehrfachzugriffstechnik wie TDMA, FDMA, CDMA und OFDMA basieren. So sind beispielsweise die von der Sendeeinheit 50 und der Empfangseinheit 80 zum Implementieren in einem OFDM-System notwendigen Adaptionen in den 6 und 7 illustriert. Speziell, 6 illustriert die Adaption der Sendeeinheit 50 für den Betrieb in einem OFDM-System. In diesem Fall müssen Sendesignale von der Sendeverarbeitungseinheit 72 von Serien-Parallel-Wandlern (S/P) 120 in parallele Signale umgewandelt werden. In diesem Fall sendet die Trainingseinheit 70 auch die Trainingsmuster direkt zu S/P-Wandlern 120. Als Nächstes werden die parallelen Sendesignale von IFFTs 122 umgekehrt Fast-Fourier-transformiert und wiederum von Parallel-Serien-Wandlern (P/S) 124 in serielle Signale umgewandelt. Dann werden die Signale aufwärts konvertiert und zur RF-Sendung von Sendeantennen TA₁, ..., TA_M verstärkt.
7 illustriert die Adaption an der Empfangseinheit 80, die zum Empfangen von OFDM-Signalen wie gesendet für eine wie in 6 gezeigt adaptierte Sendeeinheit 50 notwendig sind. Speziell, Empfangssignale werden von Empfangsantennen RA₁, ..., RA_N empfangen und dann von den entsprechenden Blöcken abwärts konvertiert und verstärkt. Dann werden die Signale von S/P-Wandlern 126 von seriell in parallel umgewandelt. Fast Fourier Transformations(FTT)Blöcke 128 1 bis N transformieren die Signale dann und leiten sie sowohl zu einem Raum-Frequenz-(S-F)-Matrixkanal-Schätzglied 130 als auch zum Empfangsverarbeitungsblock 132 weiter. Von dort erfolgt die Verarbeitung der Empfangssignale wie in der Empfangseinheit 80.
Der Fachperson wird klar sein, dass die obige Ausgestaltung auf vielerlei Weisen verändert werden kann, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Demgemäß ist der Umfang der Erfindung anhand der nachfolgenden Ansprüche und ihrer rechtlichen Äquivalente zu bestimmen.

Claims

Verfahren zum Maximieren eines Kommunikationsparameters eines Kanals (22A, 22B) zwischen einer Sendeeinheit (50) mit einer Anzahl M von Sendeantennen (TA₁, TA₂, ... TA_M) und einer Empfangseinheit (80) mit einer Anzahl N von Empfangsantennen (RA₁, RA₂, ... RA_N), wobei das genannte Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Verarbeiten (58) von Daten (52) zum Erzeugen paralleler raummultiplexierer Ströme SM_i, wobei i = 1 ... k ist; b) Mappen (66, 72) der genannten raummultiplexierten Ströme SM_i auf Sendesignale TSp, wobei p = 1 ... M ist, für eine Übertragung von den genannten M Sendeantennen zu dem genannten Empfänger über den genannten Kanal, c) Empfangen von Empfangssignalen RSj, wobei j = 1 ... N ist, mit den genannten N Empfangsantennen; d) Beurteilen (40) eines Qualitätsparameters der genannten Empfangssignale RSj; dadurch gekennzeichnet, dass: der genannte Mapping-Schritt die Verarbeitung jedes der genannten raummultiplexierten Ströme SM_i mit einer Codiereinheit (66) zum Erzeugen von codierten Strömen CS_h umfasst, wobei h = 1 ... k' ist; und e) Verwenden (60) des genannten Qualitätsparameters zum Einstellen von k zum Maximieren des genannten Kommunikationsparameters des genannten Kanals; und f) Verwenden (60) des genannten Qualitätsparameters in der genannten Sendeeinheit zum Einstellen von k'.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die genannte Codiereinheit aus der Gruppe bestehend aus Raum-Zeit-Codierern, Raum-Frequenz-Codierern, adaptiven Modulationsratencodierern ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die genannten Raum-Zeit-Codierer und die genannten Raum-Frequenz-Codierer unterschiedliche Codier- und Modulationsraten verwenden.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend den Schritt der Empfangsverarbeitung (88) der genannten Empfangssignale RSj zum Reproduzieren der genannten raummultiplexierten Ströme SM₁.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der genannte Qualitätsparameter von den genannten empfangsverarbeiteten raummultiplexierten Strömen SM_i erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der genannte Qualitätsparameter von einer Statistikeinheit (40) abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der genannte Qualitätsparameter ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Signal-Interferenz-Rausch-Verhältnis, Signal-Rausch-Verhältnis, Leistungspegel, Pegelüberschreitungsrate, Pegelüberschreitungsdauer.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend die Schritte des Verarbeitens (90) der genannten Empfangssignale RS_j zum Rekonstituieren der genannten Daten und des Erhaltens des genannten Qualitätsparameters von den genannten Daten.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der genannte Qualitätsparameter ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Bitfehlerrate und Paketfehlerrate.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der genannte Mapping-Schritt ferner einen Sendeverarbeitungsschritt durch eine Sendeverarbeitungseinheit (72) umfasst und der genannte Qualitätsparameter zum Einstellen der Sendeverarbeitung der genannten Sendeverarbeitungseinheit verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der genannte Qualitätsparameter zur genannten Sendeeinheit zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der genannte Schritt des Verarbeitens der genannten Daten eine Technik umfasst, die ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus adaptiver Modulation, adaptiver Codierung, Raum-Zeit-Codierung und Raum-Frequenz-Codierung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die genannten Sendesignale TSp mit wenigstens einer Vielfachzugriffstechnik formatiert werden, die ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus TDMA, FDMA, CDMA, OFDMA.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der genannte Kommunikationsparameter ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Datenkapazität, Signalqualität und Durchsatz.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die genannte Empfangseinheit und die genannte Sendeeinheit zu einem zellulären Kommunikationssystem (10) gehören.
Verfahren nach Anspruch 15, das in der Abwärtsstrecke (50) des genannten zellulären Kommunikationssystems angewendet wird.
Verfahren nach Anspruch 15, das in der Aufwärtsstrecke (80) des genannten zellulären Kommunikationssystems angewendet wird.
Kommunikationssystem (10) mit einem adaptiv maximierten Kommunikationsparameter eines Kanals (22A, 22B), in dem Daten (52) zwischen einer Sendeeinheit (50) mit einer Anzahl M von Sendeantennen (TA1, TA2, ... TAM) und einer Empfangseinheit (80) mit einer Anzahl N von Empfangsantennen (RA1, RA2, ... RAN) übertragen werden, wobei die genannte Sendeeinheit Folgendes umfasst: a) Verarbeitungsmittel (58) zum Verarbeiten der genannten Daten zum Erzeugen von parallelen raummultiplexierten Strömen SM_i, wobei I = 1 ... k ist; b) Antennen-Mapping-Mittel (66, 72) zum Konvertieren der genannten raummultiplexierten Ströme SM_i in Sendesignale TSp, wobei p = 1 ... M ist, und zum Senden (74) der genannten Sendesignale TSp von den genannten M Sendeantennen über den genannten Kanal, wobei die genannte Empfangseinheit Empfangssignale RSj empfängt, wobei j = 1 ... N ist; und wobei das genannte Kommunikationssystem Mittel (40) zum Beurteilen eines Qualitätsparameters der genannten Empfangssignale RSj umfasst; dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Antennen-Mapping-Mittel (66) die genannten raummultiplexierten Ströme SM_i zum Erzeugen von codierten Strömen CS_h verarbeitet, wobei h = 1 ... k' ist; und dadurch, dass das genannte Kommunikationssystem Folgendes umfasst: b) eine adaptive Steuerung (60) zum Einstellen von k auf der Basis des genannten Qualitätsparameters zum Maximieren des genannten Kommunikationsparameters des genannten Kanals; und c) die genannte adaptive Steuerung (60) in Kommunikation mit dem genannten Verarbeitungsmittel (58) und dem genannten Antennen-Mapping-Mittel (66, 72), wobei die genannte adaptive Steuerung k' in dem genannten Verarbeitungsmittel und das genannte Antennen-Mapping-Mittel auf der Basis des genannten Qualitätsparameters einstellt.
Kommunikationssystem nach Anspruch 18, wobei das genannte Mittel zum Beurteilen des genannten Qualitätsparameters eine Statistikeinheit (40) umfasst.
Kommunikationssystem nach Anspruch 18, wobei sich das genannte Mittel zum Beurteilen (40) des genannten Qualitätsparameters in der genannten Empfangseinheit befindet.
Kommunikationssystem nach Anspruch 18, wobei sich das genannte Mittel zum Beurteilen des genannten Qualitätsparameters in der genannten Sendeeinheit befindet.
Kommunikationssystem nach Anspruch 18, wobei die genannte Codiereinheit (72) aus der Gruppe bestehend aus Raum-Zeit-Codierern, Raum-Frequenz-Codierern, adaptiven Modulationsraten-Codierern ausgewählt ist.
Kommunikationssystem nach Anspruch 18, ferner umfassend eine Datenbank (68) von Codes und Antennen-Mapping-Parametern in Kommunikation mit der genannten Codiereinheit und dem genannten Antennen-Mapping-Mittel.
Kommunikationssystem nach Anspruch 18, wobei sich das genannte Mittel zum Einstellen von k in der genannten Sendeeinheit befindet.
Kommunikationssystem nach Anspruch 18, wobei das genannte Kommunikationssystem mit wenigstens einer Vielfachzugriffstechnik arbeitet, die aus der Gruppe bestehend aus TDMA, FDMA, CDMA, QEDMA ausgewählt ist.
Kommunikationssystem nach Anspruch 18, wobei das genannte Kommunikationssystem ein zelluläres Kommunikationssystem ist.
Kommunikationssystem nach Anspruch 18, das mit Multicarrier-Modulation arbeitet.