DE60028838T2

DE60028838T2 - Verfahren, vorrichtungen und telekommunikationsnetzwerk zum regeln der antennengewichte eines transceivers

Info

Publication number: DE60028838T2
Application number: DE60028838T
Authority: DE
Inventors: Ari Hottinen
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2000-11-17
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2020-11-18
Also published as: ATE330378T1; US7447270B1; ES2266010T3; WO2002041524A1; AU2001218574A1; DE60028838D1; EP1334573A1; EP1334573B1

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Wichtens eines Datensignals in den wenigstens zwei Antennenelementen eines Mehrelemente-Transceivers eines Telekommunikationsnetzes, wobei das Datensignal von wenigstens einem Wichtungsvektor von dem genannten Transceiver zu einem Endgerät zu übertragen ist. Die Erfindung betrifft desgleichen ein solches Telekommunikationsnetz und ein drahtloses Kommunikationssystem.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Für Telekommunikationssysteme, insbesondere für WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) verwendende Systeme, ist bekannt, Basisstationen mit mehreren Sendeantennenelementen zu verwenden, um Sendediversität bereitstellen zu können. Die Antennenelemente werden mit Wichtungsvektoren mit komplexen Koeffizienten gesteuert, wobei jeder Wichtungsvektor eine Strahlenkeule (beam) in eine bestimmte Richtung bildet und wobei jeder Wichtungsvektor einen Satz modulierter Signale überträgt. Eine entsprechende Teilnehmereinrichtung erfordert wenigstens eine Antenne für den Empfang, die auch die statistischen Eigenschaften des Kanals mit Hilfe eines Pilotsignals oder eines Trainingssignals entnimmt, das von der Basisstation oder von einem anderen Mehrelemente-Sender oder -Transceiver übertragen wird.
Um das Wichten von zwei Antennenelementen eines Transceivers effektiv zu steuern, d.h. unter Berücksichtigung wechselnder Übertragungswege zu dem Endgerät, wurde in der WCDMA-Spezifikation „3GPP RAN WG1, Physical Layer-General Description", V. 2.0.0, April 1999, vorgeschlagen, im Endgerät geschätzte und an den Transceiver rückgekoppelte kurzfristige Kanalschwankungen auszunutzen. Von dieser Spezifikation ausgehend offenbart die Druckschrift von Ari Hottinen, Olav Tirkkonen, Risto Wichman, Nokia Research Center: „Closed-loop transmit diversity techniques for multi-element transceivers" verschiedene Konzepte zur Verwendung von kurzfristigen Rückkopplungsinformationen (Feedback FB) für Transceiver mit mehr als zwei Antennenelementen.
In einer Alternative wird, unter der Annahme von korrelierten räumlichen Kanälen und einem spezifischen parametrierten Wichtungssatz für das Antennenarray mit M Elementen, ein spezielles parametriertes Strahlformungskonzept verwendet, bei dem der mit θ parametrierte Sendewichtungs-/Arrayvektor von der folgenden Formel gegeben wird: w(θ) = [1,e(j2πdsin(θ))/λ,....,e(j2π(M – 1)dsin(θ))/λ]T/√M wobei d die Entfernung zwischen den Elementen in dem Array ist. Beispielsweise können wir bei einer linearen Gruppenantenne (ULA) d = λ/2 festlegen, wobei λ die Trägerwellenlänge ist. Die Rückkopplung kann berechnet werden, z.B. unter Verwendung des dem größten Eigenwert der Kanalmatrix H^HH entsprechenden Eigenvektors, wobei H = (h_l, ..., h_M) ist und wobei h_m der Impulsantwortvektor zwischen dem Arrayelement m und dem Endgerät ist. Wenn dieser Eigenwert mit e_max bezeichnet wird und
gelöst wird, beträgt die Phase am Sendeelement m w_m = e^{(j2π(m – 1)dsin(θ)/λ)}. Dann wird die gleiche relative Phase, die mit gemeinsamen Kanalmessungen berechnet wurde, zwischen allen benachbarten Sendeelementen verwendet. Daher muss in diesem Beispiel nur ein Koeffizient an das Netz signalisiert werden, ungeachtet der Anzahl von Sendeelementen. Es ist hier nicht notwendig, dass das Endgerät die Antennenstruktur des Transceivers genau kennt, da es in diesem Beispiel ausreicht, nur die relative Phasendifferenz zwischen Antennenelementen zu kennen (und damit verbundene Informationen zu signalisieren). Es ist klar, dass andere Arraystrukturen andere Parametrierungen haben. Alternativ kann das Endgerät einfach die Eigenvektor-Koeffizienten übertragen und den Transceiver den empfangenen Eigenvektor auf die optimal passende parametrierte Array-Mannigfaltigkeit quantisieren lassen. Im Fall der linearen Gruppenantenne (ULA) wird diese Mannigfaltigkeit oben mit w(θ) dargestellt.
In der Druckschrift wird erwähnt, dass die Rückkopplungsmodi in Anwesenheit von hohen Dopplerfrequenzen (z.B. bei Geschwindigkeiten über 50 km/h) verglichen mit Open-Loop Steuerungskonzepten (einschließlich Einzelantennenübertragung) abnehmende Rückführungen oder sogar eine Leistungsverschlechterung zeigen. Die Leistungsverschlechterung bei hohen Geschwindigkeiten beruht teilweise auf Signalisierungsungenauigkeiten und teilweise auf verschlimmerten Kanalschätzungsproblemen in Closed-Loop-Modi. Es wird zwar angedeutet, dass andere Techniken angewendet werden können, um die Leistung bei höheren Dopplerfrequenzen zu verbessern, langfristige räumliche Kanaleigenschaften werden aber nicht behandelt. Dementsprechend sind die vorgeschlagenen Verfahren nur bei langsam zeitlich variierenden Kanälen vorteilhaft oder wenn die Steuerung innerhalb der Kanalzeitkohärenz ausreichend genau ist. Darüber hinaus werden die mit dem Downlink-Kanal in Bezug stehenden strukturellen Eigenschaften nicht berücksichtigt.
Die Druckschrift „Advanced closed loop Tx diversity concept (eigenbeamformer)", 3GPP TSG RAN WG 1, TSGR1#14(00)0853 Meeting Nr. 14, Juli 4–7, 2000, Oulu, Finnland, von Siemens beschreibt eine Möglichkeit zum Berücksichtigen auch der langfristigen Schwankungen.
Diese Druckschrift sieht drei Kanalklassen vor, für die das vorgesehene Verfahren vorteilhaft sein soll. Die erste Klasse weist räumlich nicht korrelierte Kanäle auf. Eine zweite Klasse hatte räumlich kohärente Kanäle, die nicht frequenzselektiv sind. Die dritte Klasse, die als die wichtigste Klasse gilt, weist räumlich kohärente Kanäle auf, die frequenzselektive oder räumlich teilkorrelierte Kanäle sind. In dieser Klasse verschlechtert sich das empfangene Signal bei Verwendung von nur kurzfristigen Rückkopplungsinformationen, wenn das Endgerät die von der Kohärenzzeit und der Rückkopplungsbandbreite auferlegte Geschwindigkeitsschwelle überschreitet. Dementsprechend ist die Geschwindigkeitsschwelle für das Endgerät zu erhöhen.
Zu diesem Zweck werden die dominanten Eigenstrahlen (Eigenbeams) in dem Endgerät berechnet, indem Kovarianzmatrizen langfristiger räumlicher Signale aus empfangenen Vektoren räumlicher Kanalschätzung der n-ten zeitlichen Ableitung geschätzt werden und eine Eigenanalyse an diesen Matrizen durchgeführt wird. Jeder resultierende Eigenvektor mit einer komplexen Zahl für jedes Antennenelement stellt einen Eigenstrahl dar. Die dominanten Eigenstrahlen werden zum Transceiver rückgekoppelt. Für den Downlink-Eigenstrahlenformer wird eine Rückkopplungsrate von 1500 bps vorgeschlagen. Die langfristigen Informationsbits für die Eigenstrahlen und die kurzfristigen Informationsbits für Eigenstrahlauswahl werden über 15 Schlitze gemultiplext, wie in den drei Beispielen der 1a, 1b und 1c illustriert wird.
Mehrere Probleme werden in dieser Druckschrift entweder nicht angesprochen oder die vorgeschlagenen Lösungen sind nicht zufriedenstellend, wenn man viele von einer funktionierenden Lösung geforderten entscheidenden Aspekte betrachtet. Beispielsweise ist das für das Signalisieren der langfristigen Kanalinformationen zum Transceiver vorgesehene Verfahren nicht zufriedenstellend. Außerdem werden die erforderlichen Signalisierungszuverlässigkeiten für die langfristigen und kurzfristigen Kanalvektoren nicht angesprochen und die gemeinsame effiziente Verwendung von Downlink-Kanalstrukturen in Anwesenheit gemeinsamer und dedizierter Pilotkanäle wird vernachlässigt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Verfahren zum Steuern des Wichtens eines Datensignals in den wenigstens zwei Antennenelementen eines Mehrelemente-Transceivers eines Telekommunikationsnetzes, die vom Stand der Technik her bekannt sind, zu verbessern. Es ist desgleichen eine Aufgabe der Erfindung, einen Transceiver, ein Telekommunikationsnetz und ein drahtloses Kommunikationssystem bereitzustellen, die zum Realisieren eines derartigen Verfahrens geeignet sind.
Nach einem ersten Konzept wird diese Aufgabe durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
Bei dem ersten Konzept der Erfindung ist eine indirekte Rückkopplung von langfristigen Werten vorgesehen. Kurzfristige Rückkopplungsinformationen werden von dem Endgerät zu dem Transceiver übertragen und erst im Transceiver werden Koeffizienten, die für die stationäre Struktur der Übertragungskanäle zwischen Transceiver und Endgerät bezeichnend sind, geschätzt. Dies ist insbesondere dann wirtschaftlich, wenn eine schnelle Rückkopplung ohnehin eingesetzt wird, um sich um kurzfristige Schwankungen zu kümmern. Dieselben Signalisierungsinformationen können zum Berechnen der relevanten Unterräume im Transceiver verwendet werden. Dies macht die Realisierung besonders einfach, da zusätzliche Signalisierung vollständig vermieden werden kann. In Kanälen mit schnellem Fading kann der Transceiver dann das Signal zu dem/den dominanten Unterraum/Unterräumen übertragen, der/die aus dem empfangenen Signal berechnet wurde(n), während der Transceiver bei einem Kanal mit langsamem Fading die Momentanrückkopplungssignale in der Sendeantennenelementwichtung verwenden kann.
Nach einem zweiten Konzept wird die Aufgabe durch das Verfahren nach Anspruch 10 gelöst.
Im Gegensatz zu der bekannten langfristigen Rückkopplung, bei der Bits dauernd übertragen und auf vorbestimmte Schlitze verteilt werden, sieht die Erfindung eine Übertragung in Bursts (Büscheln) vor, die verschiedene vorteilhafte Behandlungen zulässt.
Beide Konzepte stellen zuverlässige Informationen über die stationäre Struktur der Kanäle zwischen einem Mehrelemente-Transceiver, insbesondere einer Basisstation, und einem Endgerät, insbesondere einer Benutzereinrichtung, bereit. Das Verfahren des zweiten Konzepts stellt aber an dem Endgerät berechnete genaue Strukturkoeffizienten bereit, während das Verfahren des ersten Konzepts geschätzte Strukturkoeffizienten bereitstellt, die am Transceiver in einer weniger komplizierten Weise ermittelt werden.
Nach einem dritten Konzept wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Steuern des Wichtens eines Datensignals in den Antennenelementen eines ersten und wenigstens eines zweiten Transceivers eines Telekommunikationsnetzes gelöst, wenn ein Endgerät in einem Soft-Handover mit dem ersten und wenigstens dem zweiten Transceiver ist, von denen wenigstens der erste ein Mehrelemente-Transceiver ist, wobei das Datensignal von den Transceivern zu dem Endgerät zu übertragen ist, wobei das Datensignal von wenigstens einem Wichtungsvektor wenigstens von dem ersten Transceiver übertragen wird und wobei Antennenelemente des ersten Transceivers wenigstens zwei Übertragungswege zu dem Endgerät ausbilden, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:

– Empfangen von von dem ersten und wenigstens dem zweiten Transceiver über jeden Übertragungsweg übertragenen Signalen an dem Endgerät;
– Ermitteln, in dem Endgerät, für jeden Transceiver separat, eines Satzes von Koeffizienten für jeden Übertragungsweg von dem jeweiligen Transceiver, der für die dominante stationäre Struktur in von dem jeweiligen Transceiver empfangenen Signalen bezeichnend ist;
– Übertragen der separat ermittelten Strukturkoeffizienten separat zu dem jeweiligen Transceiver und
– Steuern des Wichtens eines Datensignals in den Antennenelementen der Transceiver mit den jeweils empfangenen Strukturkoeffizienten.

Alternativ umfasst das Verfahren des dritten Konzepts:

– Empfangen von von dem ersten und wenigstens dem zweiten Transceiver über jeden Übertragungsweg übertragenen Signalen an dem Endgerät;
– Ermitteln, in dem Endgerät, eines Satzes von Koeffizienten für jeden der Übertragungswege von beiden Transceivern, der für die dominante stationäre Struktur in den von beiden Transceivern empfangenen Signalen bezeichnend ist;
– Übertragen derselben ermittelten Koeffizientensätze zu beiden Transceivern und
– Steuern des Wichtens eines Datensignals in den Antennenelementen der Transceiver mit denselben empfangenen Strukturkoeffizienten.

Beide Alternativen des dritten Konzepts der Erfindung verbessern die bekannten Verfahren zum Steuern des Wichtens eines Datensignals in den wenigstens zwei Antennenelementen eines Mehrelemente-Transceivers eines Telekommunikationsnetzes, wenn dieser Transceiver an einem Soft-Handover beteiligt ist. Der zweite an dem Soft-Handover beteiligte Transceiver kann ein Mehrelemente-Transceiver sein oder auch nicht. Bei den vorgesehenen Verfahren wird eine langfristige Rückkopplung für an einem Soft-Handover beteiligte Transceiver möglich.
Bei dem ersten Verfahren nach dem dritten Konzept der Erfindung können die Strukturkoeffizienten für jeden Transceiver separat berechnet und signalisiert werden, was zu einer optimierten Wichtung in den Transceivern führt.
Um die erforderliche Rückkopplungs-Signalisierungskapazität zu verringern, sieht das zweite Verfahren nach dem dritten Konzept der Erfindung vor, einen Satz von Strukturkoeffizienten unter Verwendung aller Kanalschätzungen von jedem Übertragungsweg zwischen den zwei Transceivern und dem Endgerät zu berechnen. Dann werden die selben Koeffizienten an beide Transceiver übertragen. Die Koeffizienten werden nicht unbedingt separat zu jedem Transceiver übertragen. Beispielsweise wird bei CDMA-Systemen im Uplink in einem Soft-Handover dieselbe Übertragung von allen Basisstationen empfangen. Dieselben Koeffizienten werden in beiden an dem Soft-Handover beteiligten Transceivern angewendet.
In allen drei Konzepten kann jeder Übertragungsweg von einem Antennenelement oder von einer Gruppe von Antennenelementen gebildet werden.
Die oben genannte Aufgabe der Erfindung wird desgleichen von einem Transceiver, insbesondere einer Basisstation, mit wenigstens zwei Antennenelementen gelöst, der Mittel zum Realisieren von einem der erfindungsgemäßen Verfahren umfasst. Die Aufgabe wird auch mit einem einen derartigen Transceiver umfassenden Telekommunikationsnetz gelöst. Schließlich löst auch ein drahtloses Kommunikationssystem mit wenigstens einem Transceiver und wenigstens einem Endgerät, das zum Realisieren eines der erfindungsgemäßen Verfahren geeignet ist, die Aufgabe der Erfindung.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
In allen drei alternativen Konzepten sollte das von dem Transceiver zu dem Endgerät gesendete Signal ein Pilotsignal enthalten, dessen Verteilung auf die verschiedenen Übertragungswege in dem Endgerät bekannt ist, wie auch das Signal selbst, so dass Werte oder Koeffizienten leicht in dem Endgerät berechnet werden können.
In dem ersten Konzept können andere indirekte Methoden mit der Berechnung der Koeffizienten zum Erhalten von Wichtungsvektoren kombiniert werden. Zum Beispiel können dominante Strahlenkeulen aus empfangenen Datensignalen (im Gegensatz zu speziellen Signalen mit den genannten Kanalzustandsinformationen) im Uplink berechnet werden, wenn das Transceiver-Antennenarray kalibriert ist. Die blind (implizit) geschätzten Wichtungsvektoren können dann mit den durch Rückkopplung erhaltenen kombiniert werden. Zum Beispiel kann die dominante Strahlkeule ein gewichtetes Mittel der Wichtungsvektoren sein, die mit den zwei oben erwähnten Methoden berechnet wurden. Alternativ kann/können die/der dominante(n) Wichtungsvektor(en) als dominante Eigenvektoren eines Mittels räumlicher Korrelationsmatrizen berechnet werden, wobei eine als explizite Rückkopplung und eine aus impliziter Rückkopplung erhalten wurde.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens des ersten erfindungsgemäßen Konzepts werden Wichtungsvektoren für kurzfristiges Fading in dem Endgerät ermittelt und als für die Signale von verschiedenen Antennen charakteristische Werte an den Transceiver übertragen. Die Rückkopplungswichtung kann von dem Endgerät mit jedem beliebigen Signalisierungsverfahren geschätzt werden, dem die Kanalparameter entnommen werden können, z.B. eines der Verfahren, die in der oben genannten Druckschrift „Closed-loop transmit diversity techniques for multi-element transceivers" vorgesehen sind.
In einer gleich bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens des ersten Konzepts werden wenigstens zwei Sample für jedes Antennenelement in den empfangenen Werten im Transceiver zum Schätzen von Kovarianzmatrizen räumlicher Signale verwendet. Danach werden die anhand der genannten Kovarianzmatrizen berechneten Diversity-Vektoren z.B. in einer Eigenanalyse ermittelt, wobei die Diversity-Vektoren die zum Steuern des Wichtens des Datensignals verwendeten Koeffizienten bereitstellen. Wenn ein Eigenvektor pro Antennenelement ermittelt wird, zeigen die den stärksten Eigenwerten entsprechenden Eigenvektoren an, welche Strahlenkeulen (Eigenstrahlen) bevorzugt werden.
Alternativ zum Ermitteln der Eigenvektoren einer Kovarianzmatrix räumlicher momentaner Signale können die empfangenen Werte zum Ermitteln von Strukturkoeffizienten nach dem Anwenden von Filtern mit endlich langer Impulsantwort (FIR: Finite Impulse Response) oder mit unendlich langer Impulsantwort (IIR: Infinite Impulse Response) auf die empfangenen Sample oder auf die jeweiligen Korrelationsmatrizen verwendet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens des ersten vorgesehenen Konzepts werden in dem Transceiver Strukturkoeffizienten zum Übertragen von Datensignalen mit den ermittelten bevorzugten Strahlenkeulen verwendet und außerdem nutzt das Endgerät die ermittelten kurzfristigen Werte zum Wichten der bevorzugten Strahlenkeulen oder zum Auswählen von einem der bevorzugten Strahlenkeulen für die Übertragung des Datensignals.
Die empfangenen Werte können zum Schätzen der Strukturkoeffizienten Wichtungsvektoren oder Signalstatistiken oder eine Kombination davon aufweisen. Die geschätzten Koeffizienten können z.B. durch zuverlässige Signalisierung zu dem Endgerät übertragen werden. Das Endgerät kann den effektiven empfangenen Kanal berechnen, da es die z.B. aus Pilotkanälen gemessenen Kanalkoeffizienten (Matrix H) und die zuverlässig signalisierten bevorzugten (dominanten) Strahlenkeulen kennt. Das Endgerät kann dann eine kurzfristige Rückkopplung zum Verteilen oder Wichten der übertragenen Informationen auf/in wenigstens zwei Wichtungsvektoren verwenden.
Wenn der Transceiver ein Signal zu dem Endgerät überträgt, das wenigstens die aktuellen, zum Formen stationärer Strahlenkeulen verwendeten Wichtungsinformationen anzeigt, braucht das Endgerät die verwendete lineare Kombination nicht zu schätzen, die auf die Matrix H im Sender angewendet wird. Die Schätzung könnte mit Hilfe von Pilot- oder Trainingssignalen in einer dedizierten Strahlenkeule erfolgen, wobei die dedizierte Strahlenkeule üblicherweise eine lineare Kombination der bevorzugten (dominanten) Strahlenkeulen ist. Stattdessen können, um Schätzungsfehler zu vermeiden, die langfristigen Strahlinformationen in einen dedizierten Rahmen t aufgenommen und für die Übertragung zu dem Endgerät codiert werden. Wenn das Endgerät diesen Rahmen decodiert hat, kann die neue langfristige Wichtung auf die zukünftigen Rahmen t + N, wobei N > 1, angewendet werden. Wenn sich dominante Strahlenkeulen ändern, werden neue Wichtungsinformationen an dem Transceiver berechnet und dann auf Endgerätanforderung, bei Entscheidung des Senders, mit vorbestimmten Rahmen oder einer Kombination davon in codiertem Format zu dem Endgerät übertragen.
In dem zweiten Konzept der Erfindung macht es die Übertragung der stationären Strukturkoeffizienten in Bursts möglich, das Signal als Nachricht zu senden, d.h. als ein Signal einer höheren Schicht oder einen Dienst anstelle eines Signals von Schicht 1 mit vorbestimmtem Informationsinhalt und vorbestimmter Rahmenstruktur. Dementsprechend wird das Problem des Definierens neuer Rahmenformate für Mehrantennensysteme vermieden und das Konzept kann leicht verwendet werden, ungeachtet der Antennenstruktur an der Basisstation.
Speziell können dominante Wichtungsvektoren als Strukturkoeffizienten und daher als langfristige Rückkopplungsinformationen übertragen werden. Zum Beispiel können, wenn dominante Eigenvektoren als dominante Wichtungsvektoren zu dem Sender übertragen werden, diese Eigenvektoren berechnet werden, z.B. wie in der oben angegebenen Druckschrift „Advanced closed loop Tx diversity concept (eigenbeamformer)" beschrieben. Das heißt, dass langfristige Kovarianzmatrizen räumlicher Signale zunächst aus empfangenen Vektoren räumlicher Kanalschätzung der n-ten zeitlichen Ableitung berechnet werden und dann eine Eigenanalyse für diese Matrizen durchgeführt wird, um die Eigenvektoren zu erhalten.
Alternativ können die Strukturkoeffizienten unter Verwendung einer unabhängigen Komponentenanalyse berechnet werden, wie sie z.B. von J. F. Cardoso und P. Comon in „Independent Component Analysis, a Survey of Some Algebraic methods", Proc. ISCAS Conference, Band 2, Seiten 93–96, Atlanta, Mai 1996, beschrieben wird, oder mit einer Eigenanalyseverallgemeinerung hoher Ordnung, die Strukturinformationen höherer Ordnung (zusätzlich zu Mittelwert- und Kovarianzinformationen) in dem empfangenen Signal nutzt und dominante Wichtungsvektoren bestimmt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des zweiten Konzepts der Erfindung werden die Strukturkoeffizienten vor der Übertragung codiert. Dies sichert dem Endgerät eine bessere Zuverlässigkeit, dass die Koeffizienten den Transceiver korrekt erreichen, da codierte Übertragungen eine bessere Fehlerrate ergeben als uncodierte Übertragungen. Ein Codieren der Strukturkoeffizienten ist möglich und wird bevorzugt, da sie als Bursts übertragen werden, nicht in verteilten Schlitzen, und da die Struktur in den langfristigen Strahlenkeulen sich nur langsam ändert, je nach der Geschwindigkeit des Endgeräts und des Umfelds. Die Zuverlässigkeit ist besonders gut, wenn die Koeffizienten zusammen mit anderen Daten codiert werden (z.B. andere Steuerinformationen oder Informationen umfassende), die im Uplink übertragen werden sollen. In diesem Fall ist der Codierungsblock länger und daher stärker. Alternativ kann für kurze Rahmen mit den langfristigen Rückkopplungsinformationen ein separater Codierer, z.B. ein Faltungs- oder Blockcodierer, verwendet werden. Im Grunde genommen kann die Codierungsstruktur im aktuellen Multiplexing- und Ratenanpassungskonzept verwendet werden, d.h. falls sie mit WCDMA verwendet wird, kann sie auch als spezieller Dienst im Ratenanpassungsalgorithmus des WCDMA-Systems mit erwünschten Dienstgüteanforderungen betrachtet werden. In einer Implementierung werden die Koeffizienten zusammen mit in der WCDMA-Beschreibung definierten TFCI-Bits (TFCI: Transport Format Control Indicator) codiert, die unter anderem die Datenübertragungsrateninformationen angeben.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des zweiten Konzepts der Erfindung wird ein für die Fehlererkennung geeignetes Signal zu den übertragenen Koeffizienten hinzugefügt oder in das übertragene codierte Signal eingeschlossen, z.B. CRC-Informationen (CRC: Cyclic Redundancy Check). Wenn der Transceiver erkennt, dass die Übertragung nicht fehlerfrei war, kann er vom Endgerät eine Übertragungswiederholung anfordern. Eine Fehlererkennung oder eine Bestätigung des Empfangs ist nicht notwendig, wenn das Messergebnis im Endgerät mit ausreichender Zuverlässigkeit codiert wird.
Wenn die langfristigen Informationen als codierte Bursts übertragen werden, kann das Endgerät die kurzfristige Rückkopplung berechnen, z.B. wie in den aktuellen Closed-Loop-Konzepten mit zwei Elementen. Das Endgerät kann annehmen, dass die langfristigen Strahlenkeulen an der Basisstation fehlerfrei in jedem Antennenelement angewendet werden, und anschließend kann das Endgerät den effektiven Kanal berechnen. Die vom Endgerät berechneten effektiven Kanäle erhält man jetzt mit h_eff(i) = H·e(i), wobei e(i) den i-ten dominanten Wichtungsvektor bezeichnet. Zum Beispiel kann bei zwei dominanten Wichtungsvektoren das Endgerät h_eff(1) und h_eff(2) anstelle von h1 und h2 verwenden, wie in der oben angegebenen Druckschrift „Closed-loop transmit diversity techniques for multi-element transceivers" vorgesehen (oder wie in dem aktuellen WCDMA-Zwei-Elemente-Closed-Loop-Konzept vorgesehen), um die kurzfristige Rückkopplung zu berechnen, die bestimmt, wie die bekannten langfristigen Strahlenkeulen im Transceiver zu kombinieren oder zu wichten sind. Es ist zu beachten, dass dies nicht praktisch ist, wenn das Endgerät nicht sicher sein kann, dass die dominanten Vektoren zuverlässig sind, da die effektiven Kanäle dann fehlerhaft wären. Stattdessen müsste dann ein dedizierter Pilotkanal oder ein Satz von Trainingssymbolen zu den langfristigen Strahlenkeulen übertragen werden. Dies würde zusätzliche Änderungen der WCDMA-Spezifikation erfordern, zu stark von Kanalschätzung abhängen und den Signalisierungsaufwand des Downlinks erhöhen.
Die Übertragung der langfristigen Rückkopplungsinformationen kann regelmäßig stattfinden oder auf Anforderung seitens des Endgeräts oder auf Anforderung seitens des Transceivers oder eine Kombination der drei.
Wenn M Antennenelemente von einem Transceiver verwendet werden und Eigenvektoren als Strukturkoeffizienten berechnet werden, wird pro Antennenelementen eine Wichtung ermittelt, z.B. durch Eigenanalyse im Endgerät für jeden Wichtungsvektor. Anstatt M Wichtungswerte für jeden Eigenvektor zu übertragen, müssen aber nur M–1 Wichtungswerte als Rückkopplung zum Transceiver übertragen werden, da die ermittelte Richtung der Strahlenkeulen von dieser Verringerung nicht beeinflusst wird.
Die Verfahren der ersten Konzepte der Erfindung können auch im Soft-Handover verwendet werden, wo es wenigstens zwei Transceiver gibt und wo wenigstens ein Transceiver mehrere Antennenelemente hat. Wenn das Verfahren nach dem ersten Konzept der Erfindung bei Soft-Handover verwendet wird, kann jede Basisstation die langfristigen Wichtungen dem Endgerät separat signalisieren.
Die zwei alternativen Verfahren nach dem dritten Konzept der Erfindung ermöglichen die Verwendung des Verfahrens nach dem zweiten Konzept in Soft-Handovers, außer dass die Übertragung der ermittelten Strukturkoeffizienten in Bursts fakultativ ist. Alle für das zweite Konzept der Erfindung vorgesehenen Ausgestaltungen können auch für die zwei alternativen Verfahren des dritten Konzepts der Erfindung verwendet werden.
Als Beispiel für das zweite Verfahren nach dem dritten Konzept der Erfindung, bei dem die selben langfristigen Wichtungsvektoren in beiden Transceivern angewendet werden, kann das Endgerät
berechnen. Dies definiert im Wesentlichen den größten Eigenvektor entsprechend der Korrelationsmatrix für langfristige Kanäle
über Basisstationen (Index k) und über mehrere Zeitinstanzen (t). Analog zu dem Fall mit einzelnem Transceiver bestehen mehrere Verfahren zum Berechnen von Diversity-Vektoren anhand dieser Korrelationsmatrix, z.B. unter Verwendung von Eigenwertzerlegung, unabhängiger Komponentenanalyse und so weiter. Des Weiteren bestehen verschiedene rekursive und rechnerisch effiziente Vorgehensweisen zum Aktualisieren der Korrelationsmatrix oder der entsprechenden Diversity-Vektoren. Wie in der Technik gut bekannt ist, können beim Berechnen der Diversity-Vektoren zusätzliche Informationen, wie z.B. geschätzte Informationen über die Rauschen-Kovarianzstruktur, eingebunden werden. Zum Beispiel berechnen wir, wenn R_I die Rauschen-Kovarianzstruktur in dem Signal bezeichnet, anstelle von Eigenwertzerlegung eine verallgemeinerte Eigenwertzerlegung des Matrizenpaares (R_I, R). Die Verwendung von Eigenwertzerlegung nimmt daher implizit an, dass die Rauschen-Kovarianz diagonal ist. Die in dieser Druckschrift beschriebenen Verfahren werden der Einfachheit halber unter dieser Annahme beschrieben.
Es ist wahrscheinlich, dass beim Soft-Handover die Verwendung von langfristigen Wichtungsvektoren ausreichend sein kann und die kurzfristige Rückkopplung überhaupt nicht benötigt wird. In Abwesenheit von kurzfristiger Rückkopplung kann die Basisstation unter Verwendung einer beliebigen Open-Loop-Sendediversitäts-Methode Informationen durch dominante Strahlenkeulen senden. Zum Beispiel können Raum-Zeit-codierte Signale durch die dominanten Strahlenkeulen übertragen werden, wie z.B. in der oben genannten Druckschrift „Closed-loop transmit diversity techniques for multi-element transceivers" gezeigt wird.
Alternativ kann ein SW-STTD-Konzept (SW-STTD: Soft-Weighted Space Time Transmit Diversity/Soft-gewichtete Raum-Zeit-Sendediversität) wie in der Druckschrift „Soft-Weighted Transmit Diversity for WCDMA" von A. Hottinen, R. Wichman und D. Rajan, Proceeding of Allerton Conference on Communications, Control, and Computing, Illinois, USA, September 1999, vorgeschlagen eingesetzt werden.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren des ersten und zweiten Konzepts für WCDMA, insbesondere in UMTS-Netzen (UMTS: Universal Mobile Telecom System) oder in UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) eingesetzt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen ausführlicher erläutert, wobei:
1a–c Multiplexing-Formate für langfristige und kurzfristige Rückkopplungsinformationen aus dem Stand der Technik zeigen;
2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens des ersten Konzepts zeigt und
3 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens des zweiten Konzepts zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1a–c wurden bereits mit Bezug auf den Stand der Technik erwähnt.
2 illustriert ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens nach dem ersten Konzept der Erfindung.
2 zeigt auf der linken Seite Komponenten einer Basisstation 1 als Transceiver und auf der rechten Seite eine Benutzereinrichtung 2 als Endgerät. Basisstation 1 und Benutzereinrichtung 2 sind Teil eines UMTS-Netzes mit WCDMA.
Zum Empfangen und Verfügbarmachen von Signalen aus dem Netz umfasst die Basisstation 1 eine Datenzuführungseinheit 3. In der Datenzuführungseinheit 3 sind Signaleingänge für ein Pilotsignal, für eine Sendeleistungsregelung TPC und für Transportformatkontrollanzeiger-Bits TFCI direkt mit einem Multiplexer 31 verbunden. Ein Signaleingang für das Datensignal ist über einen Codierer 32 und eine Interleaving-Einheit 33 mit dem Multiplexer 31 verbunden. Die Multiplexer-Einheit 31 ist über eine Spreizeinheit 34 mit dem Ausgang der Datenzuführungseinheit 3 verbunden. Die Basisstation 1 umfasst ferner ein Antennenarray mit mehreren Sendeantennenelementen 4. Die Datenzuführungseinheit 3 ist über einen jeweiligen Multiplizierer 5, ein jeweiliges FIR-Filter 6 und eine jeweilige Modulationseinheit 7 mit jedem der Antennenelemente 4 verbunden. Die Basisstation 1 umfasst darüber hinaus eine Verarbeitungseinheit 8 mit Zugang zu den Multiplizierern 5. Die Verarbeitungseinheit 8 ist außerdem über eine Quantisierungsschaltung 9 und einen weiteren Codierer 10 mit der Multiplexer-Einheit 31 verbunden.
Von der Benutzereinrichtung 2 ist nur ein Antennenelement 11 und eine Verarbeitungseinheit 12 separat abgebildet.
Die Basisstation 1 erhält als Eingabe von dem UMTS-Netz Datensignale, ein Pilotsignal, TPC und TFCI, die alle zu der Benutzereinrichtung 2 zu übertragen sind. Das Datensignal wird zuerst im Codierer 32 codiert und in der Interleaving-Einheit 33 verschachtelt, bevor es mit den anderen Signalen im Multiplexer 31 gemultiplext wird. Das gemultiplexte Signal wird dann in der Spreizeinheit 34 zum Anlegen an die verschiedenen Antennenelemente 4 gespreizt. Die Antennenelemente 4 der Basisstation 1 werden zum Formen von Signale in verschiedenen Richtungen übertragenden Strahlenkeulen verwendet. Zu diesem Zweck wird das gespreizte Signal für jedes Antennenelement mit einer zugewiesenen Wichtung w₁ bis w_m in dem entsprechenden Multiplizierer 5 gewichtet. Dann wird das Signal für jedes Antennenelement in dem FIR-Filter 6 FIR-gefiltert und in der Modulationseinheit 7 RF-(Radiofrequenz-)moduliert, bevor es als RF-Signal ausgegeben wird. Jede erzeugte Strahlenkeule umfasst einen Satz von Vektoren mit komplexen Koeffizienten.
Das Pilotsignal, das von der Basisstation 1 über die Antennenelemente 4 parallel mit den empfangenen Datensignalen übertragen wird, hat eine vorbestimmte Wichtung und eine vorbestimmte Datensequenz.
Die Benutzereinrichtung 2 weiß, welches Pilotsignal verwendet wurde und wie das Signal in den verschiedenen Antennenelementen gewichtet war. In der Verarbeitungseinheit 12 der Benutzereinrichtung 2 können daher kurzfristige Variationswichtungen w(i) aus erhaltenen Kanalschätzungen h_l bis h_m für jedes der m Antennenelemente 4 der Basisstation 1 geschätzt werden. Die Wichtungen w(i) können in der Benutzereinrichtung, z.B. nach einem der in der oben genannten Druckschrift „Closed-loop transmit diversity techniques for multi-element transceivers" beschriebenen Verfahren oder analog zu der oben erwähnten WCDMA-Spezifikation, durch Maximieren der an der Benutzereinrichtung 2 empfangenen Leistung berechnet werden: P = wH·HH·H·w mit H = [h1 h2 ...] wobei h_n der Vektor räumlicher Kanalschätzung der n-ten zeitlichen Ableitung und w der aus Wichtungen w(i) zusammengesetzte kurzfristige Antennenwichtungsvektor ist. Die Wichtungen w(i) werden mit einer niedrigen Auflösung quantisiert, z.B. können sie 1 oder –1 sein. Diese Wichtungen w(i) werden einerseits in der Verarbeitungseinheit 12 der Benutzereinrichtung 2 zum Auswählen einer der empfangenen Strahlenkeulen als bevorzugte Strahlenkeule verwendet. Andererseits werden sie im Uplink-Kanal als Rückkopplungssignale zu der Basisstation 1 übertragen. i zeigt den Schlitz an, in dem eine Wichtung w(i) übertragen wird.
Der Vektor w wird mit hinzugefügtem Rauschen in der Verarbeitungseinheit 8 der Basisstation empfangen. Die Verarbeitungseinheit 8 filtert die empfangenen Werte (Soft-Befehle) mit einem Vergessensfaktor ρ und schätzt die Kovarianzmatrix langfristiger räumlicher Signale der n-ten dominanten zeitlichen Ableitung mit der folgenden Gleichung: Rn(i) = ρRn (i – 1) + (1 – ρ)wn(i)wn H(i)wobei i die Schlitznummer bezeichnet. Von den geschätzten Kovarianzmatrizen R_n ausgehend führt die Verarbeitungseinheit 8 der Basisstation 1 eine Eigenanalyse mit der folgenden Gleichung durch, um die Eigenvektoren zu erhalten: RnEn = Enθn
Matrizen θ_n umfassen die Eigenwerte von Matrizen R_n. Die erforderlichen Eigenvektoren sind Spalten der ermittelten Matrizen E_n. Die dominanten Eigenvektoren zeigen die langfristigen Wichtungsvektoren an, die am besten für die Übertragung verwendet werden. Zuverlässigkeitsinformationen können verwendet werden, um verschiedene Rückkopplungssymbole unterschiedlich zu wichten. Die Eigenwerte stellen nicht die mittleren Leistungen jeder Strahlenkeule dar, da die Rückkopplung keine Kanalleistungsinformationen enthält. Trotzdem definiert der dominante Eigenvektor den dominanten langfristigen Sendewichtungsvektor, da dies wahrscheinlich die einzige stationäre Struktur im Rückkopplungsignal ist.
Nach dem Berechnen des/der dominanten Eigenstrahl(en) entscheidet die Verarbeitungseinheit 8 der Basisstation 1, wie es sie zur Übertragung von Datensignalen verwenden wird, und weist jedem der Multiplizierer 5 eine entsprechende Wichtung v₁ bis v_m zu. Zum Beispiel kann, wenn zwei dominante langfristige Strahlenkeulen geformt werden sollen, ein m-dimensionaler Vektor v = w₁·e₁ + w₂·e₂ berechnet werden, wobei die Wichtungen v_l bis v_m in Vektor v = (v_l, ..., v_m) zum Wichten der Datensignale in den m Antennenelementen angewendet werden können.
Wenn nur eine Strahlenkeule am Endgerät ermittelt werden kann, kann die Basisstation 1 entscheiden, die Leistung nur dem dominanten Eigenstrahl e(i) oder dem Eigenstrahl e(i) und der sofortigen Strahlenkeule w(i) zuzuordnen, der gemäß den kurzfristigen Fading-Informationen geschaffen wurde. Alternativ können mehrere Diversitystrahlen an der Basisstation berechnet und nachfolgend von der Basisstation 1 zu der Benutzereinrichtung 2 übertragen werden, wobei das Datensignal gemäß mehreren langfristigen Wichtungsvektoren auf die verschiedenen Antennenelemente 4 verteilt wird. Die Benutzereinrichtung 2 muss für eine effiziente Signalerkennung und -decodierung die für die Diversitystrahlen verwendeten Koeffizienten kennen. Es ist möglich, die dominanten Strahlkoeffizienten aus den empfangenen Daten zu entnehmen. Um aber eine Schätzung in der Benutzereinrichtung 2 zu vermeiden, überträgt die Basisstation 1 Wichtungsinformationen e(1), e(2), die die Wichtungen in Antennenelementen, die zum Übertragen des langfristigen Signals zu der Benutzereinrichtung 2 verwendet werden, anzeigt. Zu diesem Zweck werden die in der Verarbeitungseinheit 8 ermittelten Eigenvektoren e(i) zum Quantisieren an die Quantisierungsschaltung 9 und danach zum Codieren an den zweiten Codierer 10 ausgegeben. Die so verarbeiteten Eigenvektoren werden an einen Eingang des Multiplexers 31 angelegt, wo sie mit den anderen Signalen, die zu der Benutzereinrichtung 2 übertragen werden sollen, gemultiplext werden.
Die Verarbeitungseinheit 8 kann gleichzeitig für ein DPCCH-Decodieren (DPCCH: dedicated physical control channel) verwendet werden, das in Uplink-Rahmen übertragene Daten decodiert.
Für das Pilotsignal können zwei orthogonale, dedizierte Pilotkanäle verwendet werden, einer mit einer langfristigen Strahlenkeule und einer mit einer sofortigen Strahlenkeule ausgerichtet. Die Benutzereinrichtung 2 signalisiert dann, welcher für einen bestimmten Schlitz zu benutzen ist. Die Verwendung von SW-STTD (Soft-Weighted Space Time Transmit Diversity), wie z.B. in der oben genannten „Soft-Weighted Transmit Diversity for WCDMA" beschrieben, ist auch möglich. In diesem Fall ergibt die momentane Strahlenkeule in relativ langsam variierenden Kanälen wahrscheinlich bessere Gewinne, während der dominante Eigenstrahl und die momentane Strahlenkeule in sehr langsamen Kanälen beide ungefähr in die gleiche Richtung zeigen.
Im einfachsten Fall können, wenn nur ein Wichtungsvektor in dem Transceiver verwendet wird, Modus-2-dedizierte Pilotkanäle verwendet werden. Die Basisstation 1 überträgt nur eine Strahlenkeule, die eine lineare Kombination aus momentaner Strahlenkeule und langfristiger Strahlenkeule sein kann. Zur Übertragung von Informationen in dem Downlink kann auch Modus 1 benutzt werden.
Als Nächstes wird ein in 3 illustriertes Ausführungsbeispiel nach dem zweiten Konzept der Erfindung beschrieben.
3 zeigt wie 2 eine Basisstation 1 und eine Benutzereinrichtung 2 eines UMTS-Netzes mit WCDMA. Die entsprechenden Komponenten sind mit den gleichen Bezugsnummern wie in 2 bezeichnet. In dem Teil von 3 mit der Basisstation 1 fehlt aber die Verbindung der Verarbeitungseinheit 8 mit dem Multiplexer 31 über Quantisierungsschaltung 9 und Codierer 10. Stattdessen ist eine Multiplexier- und Codiereinheit 13 abgebildet, die Teil der Benutzereinrichtung 2 bildet und mit dem Ausgang der Verarbeitungseinheit 12 der Benutzereinrichtung verbunden ist. Darüber hinaus weist in 3 die Verarbeitungseinheit 8 der Basisstation 1 kein Mittel zum Schätzen von Eigenvektoren auf. In diesem Ausführungsbeispiel sind derartige Mittel in der Verarbeitungseinheit 12 der Benutzereinrichtung 2 enthalten.
Die Zuführung von Signalen, die von der Datenzuführungseinheit 3 der Basisstation 1 von dem Netz empfangen wurden, an die Antennenelemente 4 der Basisstation 1 ist wie die in Bezug auf 2 beschriebene.
Die Verarbeitung in der Verarbeitungseinheit 8 der Basisstation 1 und in der Benutzereinrichtung 2 und die Übertragung zwischen ihnen ist aber anders.
Parallel zum Übertragen von Datensignalen wird eine orthogonale Pilotsequenz von jedem Basisstations-Antennenelement 4 als Signal zu dem Antennenelement 11 der Benutzereinrichtung 2 übertragen. Mit den empfangenen Signalen kann die Verarbeitungseinheit 12 der Benutzereinrichtung 2 die langfristigen räumlichen Kovarianzmatrizen der dominanten zeitlichen Ableitungen schätzen. Die langfristigen Kanaleigenschaften ändern sich mit der Zeit langsam, weshalb ein Vergessensfaktor ρ mit der folgenden Gleichung auf die langfristige räumliche Kovarianzmatrix der n-ten dominanten zeitlichen Ableitung angewendet wird: Rn(i) = ρRn(i – 1) + (1 – ρ)hn(i)hn H(i)wobei i die Schlitznummer und h_n den Vektor räumlicher Kanalschätzung der n-ten zeitlichen Ableitung bezeichnet. Zum Beispiel wird zum Ermitteln der Eigenvektoren e(i) der Matrizen und dadurch der erforderlichen Wichtungskoeffizienten eine wie mit Bezug auf 2 beschriebene Eigenanalyse oder eine unabhängige Komponentenanalyse eingesetzt. Um die Berechnung der Korrelationsmatrix zu vermeiden, können Einzelwertzerlegung und Unterraum-Tracking unter Verwendung der Kanalschätzungen h(i) direkt angewendet werden.
Jede langfristige Strahlenkeule (Diversity-Strahl) ist ein Vektor e(i) komplexer Zahlen. Bei M Antennenelementen müssen zum Ermitteln der gewünschen Richtung der Strahlenkeulen nur M – 1 Wichtungen für jeden ausgewählten Eigenstrahl übertragen werden. Daher ist die Größe des Vektors gleich der Zahl der Antennenelemente minus 1. Reale und imaginäre Teile jedes Vektorelements werden mit N_quant Bits quantisiert. Daher sind für die Übertragung einer Strahlenkeule N = (M – 1)·2·N_quant Bits erforderlich. Hier sind bei M = 4 und N_quant = 4, N = 3·2·4 = 24 Bits erforderlich. Daher braucht die Rückkopplung von zwei langfristigen Diversitystrahlen 48 Rückkopplungsbits. Es kann eigentlich jede beliebige Quantisierungs- und Signalisierungsmethode verwendet werden, z.B. die derzeit in Modus 1 und Modus 2 Closed-Loop-Sendediversitäts-Konzepten verwendeten.
Relevante Informationen in den Diversity-Vektoren e(i), die zu den ausgewählten Diversitystrahlen gehören, werden als Bursts zu der Basisstation 1 übertragen. CRC-Informationen werden hinzugefügt. Jeder Burst wird mit Hilfe der WCDMA-Multiplexing- und Codierungskette mit anderen von dem Benutzer der Benutzereinrichtung 2 eingegebenen und zu der Basisstation 1 zu übertragenden Datensignalen gemultiplext. Aus den gemultiplexten Daten werden turbo- oder faltungscodierte Rahmen erzeugt, wodurch der Codierungsgewinn für die langfristigen Rückkopplungsinformationen maximiert wird. Multiplexing und Codieren werden in der Multiplexer- und Codiereinheit 13 der Benutzereinrichtung 2 durchgeführt.
Die codierten Rahmen werden von der Multiplexier- und Codiereinheit 12 der Benutzereinrichtung 2 zu der Basisstation 1 übertragen, wo sie in der Verarbeitungseinheit 8 decodiert und gedemultiplext werden. Zum Decodieren wird ein DPCCH-Decodieren (DPCCH: dedizierter physikalischer Steuerkanal) durchgeführt, das den Uplink-Rahmen decodiert, um u.a. die langfristigen Informationen e(i) zu erhalten. Wenn in der Verarbeitungseinheit 8 durch Evaluieren der CRC- Informationen ein Fehler entdeckt wird, fordert die Basisstation 1 neue Messung und Signalisierung von der Benutzereinrichtung 2 an, bevor sie die neuen Wichtungen v_l bis v_m auf die Multiplizierer 5 anwendet. Mit diesem Ansatz ist kein neues Rahmenformat im Uplink notwendig und die langfristigen Informationen werden für die Benutzereinrichtung 2 ausreichend zuverlässig gemacht, um Schätzungsprobleme beim Empfangen des dedizierten Kanals zu vermeiden. Darüber hinaus verwendet das Konzept die bereits in Endgeräten eingebundenen Signalverarbeitungsmethoden, die die Zwei-Elemente-Rückkopplungsmodus-Sendediversitätsmethoden unterstützen.
Wenn kein Fehler erkannt wurde, werden die decodierten Diversity-Vektor-Informationen e(i) in der Basisstation 1 zum Formen von Strahlenkeulen in den gewünschten Richtungen verwendet, indem den Multiplizierern 5 entsprechende Wichtungen v₁ bis v_m zum Übertragen eines Datensignals von den Antennenelementen 4 zugewiesen werden.
Die codierten langfristigen Rückkopplungssignale können nur dann erzeugt und übertragen werden, wenn vom Netz angefordert. Zu diesem Zweck wird eine jeweilige Messungsanforderung von der Basisstation 1 über einen Downlink-Signalisierungskanal (dedizierter oder gemeinsamer Kanal) zu der Benutzereinrichtung 2 übertragen. Infolgedessen werden die entweder durch Offline-Verarbeitung vor der Anforderung oder nach der Anforderung erhaltenen Messergebnisse dann wie oben beschrieben der Basisstation 1 gemeldet. Die Signalverarbeitungs- und Signalisierungsanforderungen sind ähnlich den für Handover benötigten. Der Downlink-Signalisierungskanal kann mit dem existierenden Dienst-Multiplexing- und -Ratenanpassungskonzept von WCDMA-Systemen implementiert werden.
Die Benutzereinrichtung 2 kann außerdem den räumlichen Kanalschätzungsvektor h_n der n-ten zeitlichen Ableitung zum Schätzen des kurzfristigen Antennenwichtungs/Strahlformungsvektors w(i), wie z.B. in der oben genannten Druckschrift „Closed-loop transmit diversity techniques for multi-element transceivers" beschrieben, verwenden. Insbesondere können die übertragenen langfristigen Rückkopplungsinformationen e(i), von denen angenommen wird, dass sie richtig in der Basisstation 1 empfangen und angewendet wurden, als zusätzliche Informationen für die Berechnung kurzfristiger Wichtungsvektoren w(i) verwendet werden, sobald die Signale mit Wichtung gemäß den genannten langfristigen Informationen empfangen wurden. Die kurzfristigen Rückkopplungsinformationen w(i) für Strahlenwichtung werden als Signal der Schicht 1 übertragen, können aber gleichermaßen auch zusammen mit den langfristigen Rückkopplungsinformationen e(i) in codierten Rahmen übertragen werden.
Nach Empfangen des/der dominanten Eigenstrahls oder -strahlen vom Endgerät entscheidet die Basisstation 1, wie sie sie zur Übertragung von Datensignalen verwenden wird, und weist jedem der Multiplizierer 5 eine entsprechende Wichtung v₁ bis v_m zu. Wenn zum Beispiel zwei dominante langfristige Strahlenkeulen durch Rückkopplung geformt werden sollen und wenn kurzfristige Rückkopplung w₁ und/oder w₂ von dem Endgerät empfangen wird, kann ein m-dimensionaler Vektor v = w₁·e₁ + w₂·e₂ am Transceiver berechnet werden und die Wichtungen v₁ bis v_m in Vektor v = (v₁, ..., v_m) können zum Wichten der Datensignale in den m Antennenelementen angewendet werden.
Der Einfachheit halber haben wir Zeitindex nicht erläutert. Es versteht sich aber, dass das Endgerät beim Ermitteln der Rückkopplungsinformationen Signalisierung- und Decodierungsverzögerungen (falls zutreffend) berücksichtigt. Wenn zum Beispiel sowohl kurz- als auch langfristige Informationen in Rahmen t gesendet werden und wenn es eine Decodierungsverzögerung von einem Rahmen für langfristige Informationen gibt, können die in Rahmen t gesendeten kurzfristigen Informationen auf der Basis der langfristigen Wichtungen in Rahmen t – 1 berechnet werden.
Wenn keine kurzfristigen Rückkopplungsinformationen w(i) verfügbar sind, kann die Basisstation 1 Datensignale unter Verwendung einer beliebigen Zahl von Diversitystrahlen an die Benutzereinrichtung 2 übertragen. Zum Beispiel können die Informationen mit Hilfe von Raum-Zeit-Codierung wie STTD oder einer anderen geeigneten Codierung an die Strahlenkeulen verteilt werden. Wenn sowohl codierte langfristige Rückkopplung als auch kurzfristige Rückkopplung vorliegen, kann die Benutzereinrichtung 2 den optimalen komplexen Koeffizienten für das Wichten der Diversitystrahlen ermitteln. Bei zuverlässiger langfristiger Rückkopplung kann dieser Koeffizient unter Verwendung gemeinsamer Kanäle berechnet werden und die Wichtungsverifizierung kann unter Verwendung strahlenspezifischer Pilotsignale auf den komplexen Koeffizienten angewandt werden.

Claims

Verfahren zum Steuern des Wichtens eines Datensignals (Daten) in den wenigstens zwei Antennenelementen (4) eines Mehrelemente-Transceivers (1) eines Telekommunikationsnetzes, wobei das Datensignal (Daten) von wenigstens einem Wichtungsvektor von dem genannten Transceiver (1) zu einem Endgerät (2) zu übertragen ist und wobei die Antennenelemente (4) wenigstens zwei Übertragungswege zu dem Endgerät ausbilden, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: – Empfangen von von dem Transceiver (1) über jeden Übertragungsweg übertragenen Signalen an dem Endgerät (2); – Ermitteln, an dem Endgerät, eines Wertes (w(i)) für jeden Übertragungsweg, der für die kurzfristigen Variationen der Signale bezeichnend ist; – Quantisieren und Übertragen der genannten Werte (w(i)) zu dem Transceiver (1); – Schätzen, auf der Basis der empfangenen Werte (w(i)), von Koeffizienten (e(i)), die für die stationäre Struktur der an dem Endgerät empfangenen Signale bezeichend sind; – Wichten des Datensignals (Daten) in den Antennenelementen mit den genannten Koeffizienten (e(i)).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die für die kurzfristigen Schwankungen bezeichnenden Werte (w(i)) Wichtungsvektoren sind, die auf im Wesentlichen momentanen Kanalmessungen basieren.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Schätzen von für die stationäre Struktur in dem übertragenen Signal bezeichnenden Koeffizienten (e(i)) Folgendes umfasst: – Schätzen von Kovarianzmatrizen räumlicher Sigale aus den empfangenen Werten (w(i)) unter Verwendung von wenigstens zwei empfangenen Samples für jeden Übertragungsweg und – Berechnen der Diversity-Vektoren (e(i)) aus den genannten Kovarianzmatrizen räumlicher Signale, wobei die genannten Diversity-Vektoren (e(i)) die Koeffizienten bilden, die zum Steuern des Wichtens des Datensignals (Daten) in den Antennenelementen, der Antenne oder dem Transceiver (1) verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die genannten Diversity-Vektoren (e(i)) durch Eigenanalyse der genannten Kovarianzmatrizen räumlicher Signale berechnete Eigenvektoren sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem das Schätzen von für die stationäre Struktur in dem übertragenen Signal bezeichnenden Koeffizienten (e(i)) ein Filtern mit einem Filter mit endlicher Impulsantwort (FIR) oder mit einem Filter mit unendlicher Impulsantwort (IIR) umfasst, das auf die empfangenen Sample (w(i)) oder auf aus den empfangenen Werten (w(i)) geschätzte jeweilige Kovarianzmatrizen räumlicher Signale angewendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zum Schätzen der Koeffizienten (e(i)) verwendeten empfangenen Werte kurzfristige Wichtungsvektoren (w(i)) und/oder Signalstatistiken aufweisen, wobei die geschätzten Koeffizienten (e(i)) zu dem Endgerät (2) übertragen werden und wobei das Endgerät (2) kurzfristige Rückkopplung zum Wichten oder Verteilen der übertragenen Informationen in/auf wenigstens zwei kurzfristige Wichtungsvektoren verwendet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dem/den in dem Transceiver (1) verwendeten stationären Wichtungsvektor(en) entsprechenden Wichtungen zu dem Endgerät (2) übertragen werden und wobei das Endgerät (2) die signalisierten Wichtungen und die Kanalschätzungen (h₁...h_n) der Übertragungswege zwischen den sendenden Antennenelementen (4) des Transceivers (1) und den empfangenden Antennenelementen (11) des Endgeräts (2) zum Berechnen der effektiven empfangenen Kanäle verwendet.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die effektiven empfangenen Kanäle in dem Endgerät (2) zum Berechnen kurzfristiger Rückkopplung verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem für ein Soft-Handover eines Endgeräts von einem ersten Transceiver zu einem zweiten Transceiver jeder der Transceiver die genannten Koeffizienten ermittelt zum Wichten von Datensignalen in den Antennenelementen des jeweiligen Transceivers mit Wichtungen, die den genannten Koeffizienten entsprechen, und wobei jeder der Transceiver dem Endgerät die den Koeffizienten entsprechenden Wichtungen signalisiert.
Verfahren zum Steuern des Wichtens eines Datensignals (Daten) in den wenigstens zwei Antennenelementen (4) eines Mehrelemente-Transceivers (1) eines Telekommunikationsnetzes, wobei das Datensignal (Daten) von wenigstens einem Wichtungsvektor von dem genannten Transceiver (1) zu einem Endgerät (2) zu übertragen ist und wobei die Antennenelemente (4) wenigstens zwei Übertragungswege zu dem Endgerät ausbilden, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: – Empfangen von von dem Transceiver (1) über jeden Übertragungsweg übertragenen Signalen an dem Endgerät (2); – Ermitteln eines Satzes von Koeffizienten (e(i)) für jeden Übertragungsweg, der für die dominante stationäre Struktur in den empfangenen Signalen bezeichnend ist; – Übertragen des genannten Satzes von Strukturkoeffizienten (e(i)) zu dem Transceiver (1) in einem Burst; und – Steuern des Wichtens eines Datensignals (Daten) in den Antennenelementen des Transceivers (1) mit den genannten Strukturkoeffizienten (e(i)).
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die genannten übertragenen Strukturkoeffizienten (e(i)) dominante Diversity-Vektoren von geschätzten Kovarianzmatrizen langfristiger räumlicher Signale bilden.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die genannten dominanten Diversity-Vektoren Eigenvektoren (e(i)) der genannten Kovarianzmatrizen langfristiger räumlicher Signale sind.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die genannten Strukturkoeffizienten (e(i)) unter Verwendung einer unabhängigen Komponentenanalyse berechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die genannten Strukturkoeffizienten (e(i)) mit einer Eigenanalyseverallgemeinerung hoher Ordnung berechnet werden, die Mittelwert- und Kovarianzinformationen in dem empfangenen Signal nutzt und dominante Wichtungsvektoren bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, bei dem die genannten Strukturkoeffizienten (e(i)) vor der Übertragung codiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei dem die genannten Strukturkoeffizienten (e(i)) mit anderen zu dem Transceiver zu übertragenden Signalen gemultiplext werden, wobei das gemultiplexte Signal vor der Übertragung codiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, bei dem ein Fehlererkennungssignal zusammen mit den Strukturkoeffizienten (e(i)) von dem Endgerät (2) zu dem Transceiver (1) übertragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, bei dem in dem Endgerät (2) die ermittelten Strukturkoeffizienten (e(i)) zusammen mit den Kanalschätzungen (h₁...h_n) der Übertragungswege zwischen den sendenden Antennenelementen (4) des Transceivers (1) und den empfangenden Antennenelementen (11) des Endgeräts (2) zum Berechnen der effektiven empfangenen Kanäle verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die effektiven Kanäle in dem Endgerät (2) zum Berechnen der für die kurzfristigen Kanalschwankungen bezeichnenden Werte verwendet werden, wobei das Endgerät (2) dem Transceiver (1) die berechneten kurzfristigen Werte signalisiert und wobei der Transceiver (1) die Datensignale in den Antennenelementen (4) des Transceivers (1) mit einer Kombination aus den empfangenen Strukturkoeffizienten (e(i)) und den kurzfristigen Werten wichtet.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem in dem Fall, dass sich das Endgerät in einem Soft-Handover mit dem genannten Transceiver und wenigstens einem zweiten Transceiver befindet und das Datensignal von wenigstens einem der Transceiver zu dem Endgerät zu übertragen ist, – der genannte Schritt des Empfangens von Signalen das Empfangen von von dem genannten Transceiver und wenigstens dem zweiten Transceiver über jeden Übertragungsweg übertragenen Signalen an dem Endgerät umfasst; – der genannte Schritt des Ermittelns eines Satzes von Koeffizienten das Ermitteln, in dem Endgerät, für jeden Transceiver separat, eines Satzes von Koeffizienten für jeden Übertragungsweg von dem jeweiligen Transceiver, der für die dominante stationäre Struktur in von dem jeweiligen Transceiver empfangenen Signalen bezeichnend ist, umfasst; – der genannte Schritt des Übertragens der genannten Strukturkoeffizienten zu dem genannten Transceiver das Übertragen der separat ermittelten Strukturkoeffizienten separat zu dem jeweiligen Transceiver umfasst und – der genannte Schritt des Steuerns des Wichtens eines Datensignals das Steuern des Wichtens eines Datensignals in den Antennenelementen der Transceiver mit den jeweils empfangenen Strukturkoeffizienten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem in dem Fall, dass sich das Endgerät in einem Soft-Handover mit dem genannten Transceiver und wenigstens einem zweiten Transceiver befindet und das Datensignal von beiden Transceivern zu dem Endgerät zu übertragen ist, – der genannte Schritt des Empfangens von Signalen das Empfangen von von dem genannten Transceiver und wenigstens dem zweiten Transceiver über jeden Übertragungsweg übertragenen Signalen an dem Endgerät umfasst; – der genannte Schritt des Ermittelns eines Satzes von Koeffizienten das Ermitteln, in dem Endgerät, eines Satzes von Koeffizienten für jeden der Übertragungswege von beiden Transceivern, der für die dominante stationäre Struktur in den von beiden Transceivern empfangenen Signalen bezeichnend ist, umfasst; – der genannte Schritt des Übertragens der genannten Strukturkoeffizienten zu dem genannten Transceiver das Übertragen derselben ermittelten Sätze von Strukturkoeffizienten zu beiden Transceivern umfasst und – der genannte Schritt des Steuerns des Wichtens eines Datensignals das Steuern des Wichtens eines Datensignals in den Antennenelementen der Transceiver mit denselben empfangenen Strukturkoeffizienten umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 und 21, bei dem die Strukturkoeffizienten in Bursts an die Transceiver übertragen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, bei dem die genannten übertragenen Strukturkoeffizienten dominante Diversity-Vektoren von geschätzten Kovarianzmatrizen langfristiger räumlicher Signale bilden.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem die genannten dominanten Diversity-Vektoren Eigenvektoren der genannten Kovarianzmatrizen langfristiger räumlicher Signale sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 und 21, bei dem die genannten Strukturkoeffizienten unter Verwendung einer unabhängigen Komponentenanalyse berechnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 und 21, bei dem die genannten Strukturkoeffizienten mit einer Eigenanalyseverallgemeinerung hoher Ordnung berechnet werden, die Mittelwert- und Kovarianzinformationen in dem empfangenen Signal nutzt und dominante Wichtungsvektoren bestimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 26, bei dem die genannten Strukturkoeffizienten vor der Übertragung codiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 27, bei dem die genannten Strukturkoeffizienten mit anderen in dem Uplink zu übertragenden Signalen gemultiplext werden, wobei das gemultiplexte Signal vor der Übertragung codiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 28, bei dem ein Fehlererkennungssignal zusammen mit den Strukturkoeffizienten von dem Endgerät zu den Transceivern übertragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 29, bei dem in dem Endgerät die ermittelten Strukturkoeffizienten zusammen mit den Kanalschätzungen der Übertragungswege zwischen den sendenden Antennenelementen des Transceivers und den empfangenden Antennenelementen des Endgeräts zum Berechnen der effektiven empfangenen Kanäle verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 30, bei dem die effektiven Kanäle in dem Endgerät zum Berechnen der für die kurzfristigen Kanalschwankungen bezeichnenden Werte verwendet werden, wobei das Endgerät den Transceivern die berechneten kurzfristigen Werte signalisiert und wobei die Transceiver die Datensignale in den Antennenelementen des Transceivers mit einer Kombination aus den empfangenen Strukturkoeffizienten und den kurzfristigen Werten wichten.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem – der genannte Schritt des Empfangens von Signalen das Empfangen, an dem genannten Endgerät (2), von von dem genannten Transceiver (1) über jeden Übertragungsweg übertragenen Signalen zusammen mit Informationen über langfristige Strahlenkeulen (Beams), die derzeit von dem genannten Transceiver (1) zum Übertragen der genannten Signale verwendet werden, umfasst; – der genannte Schritt des Ermittelns eines für die kurzfristigen Schwankungen bezeichnenden Werts das Ermitteln, in dem genannten Endgerät (2), kurzfristiger Koeffizienten für jeden Übertragungsweg umfasst, basierend auf den effektiven Kanälen, die von langfristigen Strahlenkeulenkoeffizienten entsprechend den genannten empfangenen Informationen über langfristige Strahlenkeulen gebildet wurden, und auf Kanalmessungen; – der genannte Schritt des Quantisierens und Übertragens von Werten zu dem genannten Transceiver das Übertragen der genannten ermittelten kurzfristigen Koeffizienten zu dem genannten Transceiver (1) umfasst; – der genannte Schritt des Schätzens das Schätzen in dem genannten Transceiver (1) von langfristigen Koeffizienten auf der Basis der empfangenen kurzfristigen Koeffizienten umfasst, die für die stationäre Struktur der an dem genannten Endgerät (2) empfangenen Signale bezeichend sind; und – der genannte Schritt des Wichtens das Formen einer Strahlenkeule in dem genannten Transceiver (1) als eine Kombination aus einer momentanen Strahlenkeule und einem Eigenstrahl (Eigenbeam) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 32, bei dem die genannte Strahlenkeule von dem genannten Transceiver (1) als lineare Kombination aus den genannten kurzfristigen Koeffizienten und den genannten langfristigen Koeffizienten geformt wird.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 33 in einem WCDMA-System.
Transceiver (1) für ein Telekommunikationsnetz, der Folgendes umfasst: – wenigstens zwei Antennenelemente (4), die wenigstens zwei Übertragungswege zu einem Endgerät (2) ausbilden; – Mittel ausgeformt zum Übertragen von Signalen über jeden Übertragungsweg zu dem genannten Endgerät (2); – Mittel ausgeformt zum Empfangen eines für die kurzfristigen Schwankungen der an dem Endgerät (2) empfangenen Signale bezeichnenden quantisierten Wertes (w(i)) von dem genannten Endgerät (2) für jeden Übertragungsweg; – Mittel ausgeformt zum Schätzen von für die stationäre Struktur der an dem Endgerät empfangenen Signale bezeichnenden Koeffizienten (e(i)) auf der Basis der empfangenen Werte (w(i)), und – Mittel ausgeformt zum Wichten des Datensignals (Daten) in den Antennenelementen mit den genannten Koeffizienten (e(i)).
Transceiver (1) nach Anspruch 35, bei dem der genannte Transceiver eine Basisstation ist.
Telekommunikationsnetz, das einen Transceiver nach Anspruch 35 oder Anspruch 36 umfasst.
Drahtloses Kommunikationssystem, das ein Endgerät (2) und einen Transceiver (1) nach Anspruch 35 oder Anspruch 36 umfasst.
Transceiver (1) für ein Telekommunikationsnetz, der Folgendes umfasst: – wenigstens zwei Antennenelemente (4), die wenigstens zwei Übertragungswege zu einem Endgerät (2) ausbilden; – Mittel ausgeformt zum Übertragen eines Signals über jeden Übertragungsweg zu dem genannten Endgerät (2); – Mittel ausgeformt zum Empfangen eines Satzes von Koeffizienten (e(i)), der für die dominante stationäre Struktur in den an dem Endgerät (2) empfangenen Signalen bezeichnend ist, in einem Burst von dem genannten Endgerät (2) für jeden Übertragungsweg; – Mittel ausgeformt zum Steuern des Wichtens eines Datensignals (Daten) in den Antennenelementen mit den genannten Strukturkoeffizienten (e(i)).
Transceiver (1) nach Anspruch 39, wobei der genannte Transceiver eine Basisstation ist.
Telekommunikationsnetz, das einen Transceiver (1) nach Anspruch 39 oder Anspruch 40 umfasst.
Drahtloses Kommunikationssystem, das ein Endgerät (2) und einen Transceiver (1) nach Anspruch 39 oder Anspruch 40 umfasst.