DE10032426A1 - Strahlformungsverfahren - Google Patents

Abstract

Zur Strahlformung in einem Funk-Kommunikationssystem mit Teilnehmerstationen und einer Basisstation (BS), die eine Antenneneinrichtung mit mehreren Antennenelementen aufweist, die ein Downlink-Signal jeweils gewichtet mit Koeffizienten eines Gewichtungsvektors abstrahlen, wird in einer Initialisierungsphase eine Mehrzahl von Gewichtungsvektoren an der Teilnehmerstation ermittelt (2), und die ermittelten Gewichtungsvektoren werden an die Basisstation übertragen (4). In einer darauffolgenden Arbeitsphase wählt die Teilnehmerstation unter den ermittelten Gewichtsvektoren einen dominierenden aus (6) und überträgt eine Bezeichnung des ausgewählten Gewichtsvektors an die Basisstation (7).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strahlformung in ei­ nem Funk-Kommunikationssystem mit einer Basisstation, deren zugeordnete Antenneneinrichtung mehrere Antennenelemente auf­ weist, so daß eine räumliche Auflösung bei der Strahlformung möglich ist.

In Funk-Kommunikationssystemen werden Nachrichten (Sprache, Bildinformation oder andere Daten) über Übertragungskanäle mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen (Funkschnittstelle) übertragen. Die Übertragung erfolgt sowohl in Abwärtsrichtung (downlink) von der Basisstation zu der Teilnehmerstation, als auch in Aufwärtsrichtung (uplink) von der Teilnehmerstation zur Basisstation.

Signale, die mit den elektromagnetischen Wellen übertragen werden, unterliegen bei ihrer Ausbreitung in einem Ausbrei­ tungsmedium u. a. Störungen durch Interferenzen. Störungen durch Rauschen können u. a. durch Rauschen der Eingangsstufe des Empfängers entstehen. Durch Beugungen und Reflexionen durchlaufen Signalkomponenten verschiedene Ausbreitungswege. Dies hat zum einen die Folge, daß ein Signal mehrfach, je­ weils aus unterschiedlichen Richtungen, mit unterschiedlichen Verzögerungen, Dämpfungen und Phasenlagen, am Empfänger an­ kommen kann, und zum anderen können sich Beiträge des Emp­ fangssignals kohärent mit wechselnden Phasenbeziehungen beim Empfänger überlagern und dort zu Auslöschungseffekten auf ei­ nem kurzfristigen Zeitmaßstab (fast fading) führen.

Aus DE 197 12 549 A1 ist bekannt, intelligente Antennen (smart antennas), d. h. Antennenanordnungen mit mehreren An­ tennenelementen, zu nutzen, um die Übertragungskapazität in Aufwärtsrichtung zu erhöhen. Diese ermöglichen eine gezielte Ausrichtung des Antennengains in eine Richtung, aus der das Aufwärtssignal kommt.

Aus A. J. Paulraj, C. B. Papadias, "Space-time processing for wi­ reless communications", IEEE Signal Processing Magazine, Nov. 1997, S. 49-83, sind verschiedene Verfahren zur räumlichen Si­ gnaltrennung für Auf- und Abwärtsrichtung bekannt.

Für die Abwärtsrichtung, also von Basisstation zur Teilneh­ merstation, treten besondere Schwierigkeiten auf, da die Strahlformung vor der Beeinflussung der übertragenen Signale durch den Funkkanal vorzunehmen ist. Aus R. Schmalenberger, J. J. Blanz, "A comparison of two different algorithms for multi antenna C/I balancing", Proc. 2^nd European Personal Mo­ bile Communications Conference (EPMCC), Bonn, Germany, Sept. 1997, S. 483-490, ist ein Algorithmus der Strahlformung in Ab­ wärtsrichtung bekannt, wobei ein direkter Ausbreitungspfad (Sichtverbindung) zwischen den Basisstationen und den Teil­ nehmerstationen und eine iterative Berechnung von Strahlfor­ mungsvektoren vorausgesetzt wird. Mit jeder Änderung der Ei­ genschaften des Übertragungskanals muß die gesamte aufwendige iterative Berechnung wiederholt werden.

Aus DE 198 03 188 A ist ein Verfahren bekannt, wobei eine räumliche Kovarianzmatrix für eine Verbindung von einer Ba­ sisstation zu einer Teilnehmerstation bestimmt wird. In der Basisstation wird ein Eigenvektor aus der Kovarianzmatrix be­ rechnet und für die Verbindung als ein Strahlformungsvektor verwendet. Die Sendesignale für die Verbindung werden mit dem Strahlformungsvektor gewichtet und Antennenelementen zur Ab­ strahlung zugeführt. Intrazell-Interferenzen werden aufgrund der Verwendung von Joint-Detection, beispielsweise in den Endgeräten, in die Strahlformung nicht einbezogen und eine Verfälschung der empfangenen Signale durch Interzell-Interfe­ renzen wird vernachlässigt.

Anschaulich gesprochen ermittelt dieses Verfahren in einer Umgebung mit Mehrwegausbreitung einen Ausbreitungsweg mit gu­ ten Übertragungseigenschaften und konzentriert die Sendelei­ stung der Basisstation räumlich auf diesen Ausbreitungsweg. Dadurch kann jedoch nicht verhindert werden, daß Interferen­ zen auf diesem Übertragungsweg kurzfristig zu Signalaus­ löschungen und somit zu Unterbrechungen der Übertragung füh­ ren können.

Die Empfehlungen des 3GPP (3^rd Generation Partnership Pro­ ject, http:/ / www.3gpp.org) sehen deshalb Verfahren vor, bei denen die Teilnehmerstation eine kurzfristige Kanalimpulsant­ wort hm des Kanals vom m-ten Antennenelement zur Teilnehmer­ station schätzt und Gewichtungsfaktoren w_m berechnet, mit de­ nen das Sendesignal vor Abstrahlung durch das m-te Anten­ nenelement gewichtet werden soll. Entsprechende Konzepte sind auch in M. Raitola, A. Hottinen und R. Wichmann, "Transmis­ sion diversity in wideband CDMA", erschienen in Proc. 49^th IEEE Vehicular Technology Conf. Spring (VTC '99 Spring), S. 1545-1549, Houston, Texas 1999, behandelt.

Ein schwerwiegendes Problem dieser Vorgehensweise ist, daß der von der Teilnehmerstation abgeschätzte Vektor der Gewich­ tungsfaktoren an die Basisstation übertragen werden muß, und daß hierfür gemäß den Empfehlungen des 3GPP nur eine geringe Bandbreite von einem Bit pro Zeitschlitz (slot) zur Verfügung steht. Die Vektoren können daher nur grob quantisiert über­ tragen werden. Wenn sich der Kanal schnell ändert und die Ge­ wichtungen von einem Zeitschlitz zum anderen aktualisiert werden müssen, sind lediglich zwei verschiedene relative Pha­ senlagen der Antennenelemente einstellbar. Wenn der Kanal sich langsamer ändert und z. B. vier Zeitschlitze zum Über­ tragen des Vektors zur Verfügung stehen, sind immerhin 16 verschiedene Werte des Vektors darstellbar.

Die bekannten Konzepte stoßen jedoch an ihre Grenzen, wenn die Zahl der Antennenelemente der Basisstation größer als zwei ist, denn die zum Übertragen des Vektors benötigte Band­ breite nimmt mit dessen Komponentenzahl, d. h. mit der Zahl der Antennenelemente zu. Das bedeutet: eine große Zahl von Antennenelementen wäre zwar einerseits wünschenswert, um den Sendestrahl möglichst genau ausrichten zu können, anderer­ seits kann infolge der begrenzten verfügbaren Bandbreite der Gewichtungsvektor nicht so oft aktualisiert werden, wie dies zur Anpassung an das schnelle Fading erforderlich wäre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Strahlformung anzugeben, das eine zuverlässi­ gere Formung des Downlink-Strahls erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Datenübertragung wird in einem Funk-Kommunikationssystem mit einer Basisstation und Teilnehmerstationen eingesetzt. Die Teilnehmerstationen sind beispielsweise Mobilstationen, so in einem Mobilfunknetz, oder Feststationen, so in sogenannten Teilnehmerzugangs-Net­ zen zum drahtlosen Teilnehmeranschluß. Die Basisstation weist eine Antenneneinrichtung (smart antenna) mit mehreren Anten­ nenelementen auf. Die Antennenelemente ermöglichen einen ge­ richteten Empfang bzw. eine gerichtete Sendung von Daten über die Funkschnittstelle.

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet zwischen einer Initialisierungsphase, die jeweils in größeren Zeitabständen entsprechend einer großen Zahl von Zeitschlitzen der betref­ fenden Teilnehmerstation durchgeführt wird, und einer Ar­ beitsphase, deren Schritte häufiger, z. B. bis zu einmal pro Zeitschlitz, durchgeführt werden. In der Initialisierungs­ phase wird eine Mehrzahl von sogenannten ersten Gewichtungs­ vektoren ermittelt, die in einer anschließenden Arbeitsphase des Funk-Kommunikationssystems herangezogen werden, um einen tatsächlich für die Strahlformung verwendeten aktuellen Ge­ wichtungsvektor jeweils für jeden Zyklus der Arbeitsphase neu festzulegen. Der mit der Ermittlung der Gewichtungsvektoren verbundene Verarbeitungsaufwand fällt daher nur relativ sel­ ten, in den Initialisierungsphasen, an; die Festlegung des aktuellen Gewichtungsvektors, die z. B. lediglich eine Auswahl oder das Bilden einer Linearkombination der ersten Gewich­ tungsvektoren erfordert, kann hingegen so häufig ausgeführt werden, wie erforderlich, um durch schnelles Fading verur­ sachte Übertragungsunterbrechungen zu kompensieren.

Wenn hier von Initialisierungsphase und Arbeitsphase gespro­ chen wird, so darf dies nicht dahingehend verstanden werden, daß man es hier mit zwei zeitlich getrennten, nacheinander ablaufenden Vorgängen zu tun hätte. Es handelt sich vielmehr um zwei Teilprozesse des Verfahrens, die fortlaufend und zeitlich verschränkt ablaufen können. Zwar werden in der Ar­ beitsphase die Ergebnisse der Initialisierungsphase genutzt, doch laufen die Vorgänge der Initialisierungsphase zweckmäßi­ gerweise gleichzeitig mit denen der Arbeitsphase, damit der Arbeitsphase fortlaufend aktualisierte Werte der ersten Ge­ wichtungsvektoren zur Verfügung stehen.

In Anbetracht dessen, daß die Gewichtungsvektoren sich wäh­ rend des Bestehens einer Gesprächsverbindung zwischen Teil­ nehmerstation und Basisstation nur langsam oder gar nicht än­ dern, und daß die Kompensation von schnellem Fading durch Um­ schalten oder wechselndes Gewichten von Gewichtungsvektoren an der Basisstation in kurzen Zeitabständen erfolgen soll, kann die in der Initialisierungsphase an die Basisstation übertragene Information über die Komponenten der Gewichtungs­ vektoren auch als Langzeit-Rückkopplungsinformation und die in der Arbeitsphase übertragene als Kurzzeit-Rückkopplungs­ information bezeichnet werden.

In einem zeitlich frühen Stadium des Verfahrens, bevor die Initialisierungsphase erstmalig durchgeführt worden ist, könnte streng genommen die Arbeitsphase nicht ablaufen und es könnten somit noch keine Daten zwischen Endgerät und Basis­ station ausgetauscht werden. In dieser Situation kann man sich behelfen, indem man die Arbeitsphase zunächst unter Zu­ grundelegung von willkürlich vorgegebenen Werten der ersten Gewichtungsvektoren ausführt.

Der Einfachheit halber können als vorgegebene Gewichtungsvek­ toren solche Vektoren angenommen werden, die abgesehen von einer nichtverschwindenden Komponente, vorzugsweise mit dem Wert 1, nur Komponenten mit Wert 0 haben.

Eine erste bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß die ersten Gewichtungsvektoren anhand von Messungen der Downlink-Übertragung ermittelt werden. Diese Vorgehensweise ist insbesondere zweckmäßig bei Funk-Kommunikationssystemen, die unterschiedliche Frequenzen für Uplink und Downlink ver­ wenden, denn bei solchen Funk-Kommunikationssystemen ist der schnelle Signalschwund (fast fading) auf den unterschiedli­ chen Frequenzen nicht korreliert. Darüber hinaus müssen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens, die sowohl für die Ermittlung der ersten Gewichtungsvektoren in der Initialisie­ rungsphase als auch für die Neufestlegung der aktuellen Ge­ wichtungsvektoren in der Arbeitsphase ausgeführt werden, so­ mit nur an der Teilnehmerstation ausgeführt werden. So wird doppelter Verarbeitungsaufwand vermieden, und auch Schal­ tungskomponenten für die Durchführung der Verfahrensschritte müssen nur einmal, an der Teilnehmerstation, vorgesehen wer­ den.

Dabei werden zweckmäßigerweise in der Initialisierungsphase die an der Teilnehmerstation ermittelten ersten Gewichtungs­ vektoren an die Basisstation übertragen, und in der Arbeits­ phase erfolgt die Neufestlegung des aktuellen Gewichtungsvek­ tors dadurch, daß die Teilnehmerstation unter den ermittelten ersten Gewichtungsvektoren einen dominierenden auswählt und eine Bezeichnung des ausgewählten dominierenden Gewichtungs­ vektors an die Basisstation überträgt. Da diese Übertragung nicht in jedem einzelnen Zeitschlitz der Teilnehmerstation stattfinden muß, kann ihr zeitweilig ein eigener Kanal zuge­ ordnet werden, oder in einzelnen Zeitschlitzen kann die Über­ tragung von Nutzdaten wie Sprache von der Teilnehmerstation zur Basisstation unterbrochen oder eingeschränkt werden, um Übertragungsbandbreite für die Übertragung der Gewichtungs­ vektoren zu schaffen. Diese Gewichtungsvektoren können so mit einer wesentlich höheren Auflösung übertragen werden, als dies bei den herkömmlichen Verfahren mit der Übertragungs­ bandbreite von einem Bit pro Zeitschlitz möglich ist. Alter­ nativ kann die Übertragung der Gewichtungsvektoren auch im Zeitmultiplex mit den Bezeichnungen stattfinden. Dabei wird vorzugsweise das Verhältnis der Zahl der Zeitschlitze, in de­ nen Bezeichnungen der Gewichtungsvektoren übertragen werden, zu denen, in denen Information über neue bzw. veränderte Werte der Komponenten der Gewichtungsvektoren übertragen wird, dynamisch in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Teilnehmerstation festgelegt. So kann z. B. im Falle einer un­ bewegten Teilnehmerstation, bei der Fading keinen oder nur geringen Einfluß auf die Übertragungsqualität der einzelnen Ausbreitungswege hat, oder einer extrem schnell bewegten Teilnehmerstation, bei der sich die Übertragungsqualitäten der Übertragungswege so schnell ändern, daß die Strahlformung nicht schnell genug nachgeregelt werden kann, überwiegend oder ausschließlich Information über die Komponenten der Ei­ genvektoren übermittelt werden, während bei geringeren Ge­ schwindigkeiten überwiegend Bezeichnungen übertragen wer­ den. Die Gewichtungsvektoren entsprechen jeweils Abstrahlungs­ richtungen der Antenneneinrichtung der Basisstation. Zwar kann es durch schnelles Fading zu kurzfristigen Beeinträchti­ gungen der Übertragung auf einem solchen gerichteten Ausbrei­ tungsweg kommen: die Richtungen selber, in die das Downlink- Signal abgestrahlt werden muß, um die Teilnehmerstation gut zu erreichen, ändern sich aber auch bei einer bewegten Teil­ nehmerstation nur langsam, etwa in einem Zeitmaßstab von Se­ kunden bis Minuten. Deshalb sind die an die Basisstation übertragenen Gewichtungsvektoren über eine Zeitspanne von entsprechender Länge für die Strahlformung brauchbar, auch wenn nicht alle Gewichtungsvektoren zu jedem Zeitpunkt eine Übertragung mit guter Qualität erlauben. Wenn die Übertra­ gungsqualität eines zu einem gegebenen Zeitpunkt verwendeten Gewichtungsvektors nachläßt, muß die Basisstation kurzfristig auf einen anderen Gewichtungsvektor wechseln, der eine be­ friedigende bzw. die bestmögliche Übertragung erlaubt. Dieser Gewichtungsvektor wird hier als dominierender Gewichtungsvek­ tor bezeichnet. Da die einzelnen Koeffizienten dieses Gewich­ tungsvektors bereits an der Basisstation bekannt sind, müssen sie in der Arbeitsphase nicht mehr einzeln übertragen werden; es genügt, lediglich eine Bezeichnung zu übertragen, die es der Basisstation erlaubt, den von der Teilnehmerstation ge­ wünschten dominierenden Gewichtungsvektor unter den bei ihr gespeicherten auszuwählen und zur Übertragung zu verwenden. Die Informationsmenge, die zur Übertragung einer solchen Be­ zeichnung erforderlich ist, ist völlig unabhängig davon, mit welcher Auflösung die Koeffizienten der Gewichtungsvektoren in der Initialisierungsphase übertragen worden sind, und sie ist auch unabhängig von der Zahl der Koeffizienten jedes Vek­ tors, das heißt von der Zahl der Antennenelemente der Anten­ neneinrichtung der Basisstation. Diese Informationsmenge wächst lediglich logarithmisch mit der Zahl der an die Basis­ station übertragenen Gewichtungsvektoren. Auf diese Weise ist in der Arbeitsphase der Teilnehmerstation eine hochgenaue Strahlformung bei minimalem Bandbreitenbedarf für die Über­ tragung der Bezeichnung möglich.

Vorzugsweise wird in der Initialisierungsphase eine erste räumliche Kovarianzmatrix des empfangenen Downlink-Signals erzeugt, und es werden Eigenvektoren dieser ersten Kovarianz­ matrix ermittelt, die als Gewichtungsvektoren an die Basis­ station übertragen werden.

Diese erste Kovarianzmatrix kann für das gesamte von der Teilnehmerstation empfangene Downlink-Signal einheitlich er­ zeugt werden. Da die einzelnen Beiträge zum von der Teilneh­ merstation empfangenen Downlink-Signal sich jedoch nicht nur durch den zurückgelegten Weg, sondern auch durch die für die­ sen Weg benötigte Laufzeit unterscheiden, ist es aufschluß­ reicher, wenn die erste Kovarianzmatrix für jeden Tap des Downlink-Signals einzelnen erzeugt wird.

Vorzugsweise werden aus der Gesamtheit der Eigenvektoren der ersten Kovarianzmatrix bzw. -matrizen diejenigen Eigenvekto­ ren ermittelt, die die größten Eigenwerte aufweisen, denn diese entsprechen den Ausbreitungswegen mit der geringsten Dämpfung.

Um einen repräsentativen Aufschluß über die Qualität der ein­ zelnen Übertragungswege zu gewinnen, ist es ferner zweckmä­ ßig, daß jede erste Kovarianzmatrix über eine Vielzahl von Zeitschlitzen des Downlink-Signals gemittelt wird.

Um in der Arbeitsphase den jeweils zeitweilig am besten ge­ eigneten Gewichtungsvektor zu ermitteln, wird vorzugsweise eine zweite räumliche Kovarianzmatrix erzeugt, und als domi­ nierender Gewichtungsvektor wird derjenige unter den ermit­ telten Eigenvektoren ausgewählt, der mit der zweiten Kovari­ anzmatrix den größten Eigenwert aufweist. Diese zweite räum­ liche Kovarianzmatrix kann z. B. für jeden der Teilnehmersta­ tion zugeteilten Zeitschlitz von neuem erzeugt werden.

Um bei der Erzeugung der Kovarianzmatrizen die Beiträge der einzelnen Antennenelemente unterscheiden zu können, ist es zweckmäßig, daß jedes Antennenelement periodisch eine Trai­ ningssequenz ausstrahlt, die der Teilnehmerstation bekannt und zu den Trainingssequenzen der anderen Antennenelemente orthogonal ist, und daß die Gewichtungsvektoren anhand der von der Teilnehmerstation empfangenen Trainingssequenzen er­ mittelt werden.

Einer speziellen Ausgestaltung zufolge, kann die Zahl der er­ mittelten Gewichtungsvektoren zwei betragen; in diesem Fall genügt ein Bit zur Bezeichnung des jeweils dominierenden Ge­ wichtungsvektors in der Arbeitsphase, und dieses Bit kann in jedem der Teilnehmerstation zugeteilten Zeitschlitz übertra­ gen werden.

Es kann auch eine größere Zahl von Gewichtungsvektoren ermit­ telt werden, vorzugsweise eine Zweierpotenz 2ⁿ, wobei in die­ sem Fall n Bits zur Bezeichnung des dominierenden Gewich­ tungsvektors benötigt werden. Die Übertragung dieser Bezeich­ nung kann auf mehrere Zeitschlitze verteilt erfolgen; wenn in jedem Zeitschlitz a Bits für die Übertragung zur Verfügung stehen, werden n/a Zeitschlitze benötigt, und der durch die Bezeichnung spezifizierte Gewichtungsvektor wird in den n/a unmittelbar auf die vollständige Übertragung der Bezeichnung folgenden Zeitschlitzen eingesetzt.

Einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung zufolge werden die ersten Gewichtungsvektoren anhand von Messungen der Uplink- Übertragung ermittelt. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, daß die Übertragung der Koeffizienten der ersten Gewichtungs­ vektoren von der Teilnehmerstation zur Basisstation nicht er­ forderlich ist. Ein solches Verfahren ist daher besser kompa­ tibel mit existierenden Mobilfunksystemen, die eine solche Übertragung nicht vorsehen.

Zwar ist das schnelle Fading bei Mobilfunksystemen, die un­ terschiedliche Frequenzen für Uplink und Downlink anwenden, für die beiden Übertragungsrichtungen unterschiedlich, dies wirkt sich jedoch auf die Ermittlung der ersten Gewichtungs­ vektoren nicht störend aus, wenn letzere durch eine zeitliche Mittelung, insbesondere anhand einer gemittelten Kovarianzma­ trix, erhalten werden.

Auch hier ist es bevorzugt, wenn die ersten Gewichtungsvekto­ ren jeweils Eigenwerte einer Kovarianzmatrix sind, denn diese Eigenwerte entsprechen jeweils einem einzelnen Ausbreitungs­ weg des zwischen Basisstation und Teilnehmerstation auf mög­ licherweise mehreren verschiedenen Wegen gleichzeitig ausge­ tauschten Funksignals. Wenn zwischen der Teilnehmerstation und der Basisstation ein direkter Ausbreitungsweg (LOS, line of sight) besteht, was für die Basisstation anhand der Emp­ fangsstatistik des Uplink-Signals feststellbar ist, so genügt es, daß diese das Downlink-Signal mit einem einzigen, diesem Übertragungsweg entsprechenden Gewichtungsvektor gewichtet ausstrahlt. Auf diese Weise wird die Sendeleistung der Basis­ station gezielt auf den direkten Übertragungsweg ausgerich­ tet, andere Übertragungswege geringerer Güte werden nicht ge­ zielt mit Sendeleistung versorgt.

Falls ein direkter Übertragungsweg nicht gegeben ist, kann als aktueller Gewichtungsvektor eine Linearkombination von ersten Gewichtungsvektoren verwendet werden. Dies entspricht einer gezielten Aufteilung der Sendeleistung der Basisstation auf eine begrenzte Zahl von Ausbreitungswegen entsprechend der Zahl der in die Linearkombination eingehenden aktuellen Gewichtungsvektoren. Falls in einer solchen Situation einer der Übertragungswege durch schnelles Fading kurzfristig aus­ fällt, ist die Wahrscheinlichkeit groß, daß wenigstens ein anderer Gewichtungsvektor der Linearkombination einem Über­ tragungsweg mit brauchbarer Qualität entspricht. Dies gilt insbesondere dann, wenn es sich bei den ersten Gewichtungs­ vektoren um die Eigenvektoren der Kovarianzmatrix handelt, da bei diesen die Wahrscheinlichkeiten einer destruktiven Inter­ ferenz statistisch nicht korreliert sind.

Um bei einer solchen Übertragung unter Verwendung einer Line­ arkombination von Eigenvektoren einen möglichst guten Signal- Störabstand zu erzielen, können die Koeffizienten der Linear­ kombination für einen ersten Gewichtungsvektor um so größer gewählt werden, je größer dessen Eigenwert ist.

Falls die Verzögerung des Downlink-Signals auf zwei Übertra­ gungswegen identisch ist, ist die Teilnehmerstation nicht ohne weiteres in der Lage, die Anteile dieser zwei Übertra­ gungswege zu den von ihr empfangenem Signal auseinander zu halten. Es besteht daher die Möglichkeit, daß diese zwei Bei­ träge am Ort der Teilnehmerstation gegenphasig sind und sich gegenseitig auslöschen. Eine solche gegenseitige Auslöschung kann zuverlässig vermieden werden, wenn an der Basisstation aus einer für die Teilnehmerstation bestimmten Nutzdatenfolge mehrere Downlink-Signale erzeugt werden, die jeweils eine un­ terschiedliche Space-Time-Block-Kodierung aufweisen, und je­ des dieser Downlink-Signale mit einem anderen aktuellen Ge­ wichtungsvektor gewichtet ausgestrahlt wird. Auf diese Weise wird jedem Ausbreitungsweg eine charakteristische Space-Time- Block-Kodierung zugeordnet, die die Beiträge der verschiede­ nen Übertragungswege unter allen Umständen unterscheidbar macht.

Der aktuelle Gewichtungsvektor, mit dem die Basisstation ein Downlink-Signal gewichtet auf die Antennenelemente gibt, muß nicht notwendigerweise mit einem der ermittelten ersten Ge­ wichtungsvektoren identisch sein; es kann sich auch um eine Linearkombination mehrerer erster Gewichtungsvektoren han­ deln. Bei einem solchen Verfahren kann eine Strahlformung an­ hand von der Teilnehmerstation an die Basisstation übertrage­ ner Kurzzeit-Rückkopplungsinformation z. B. dadurch erfolgen, daß die Teilnehmerstation an die Basisstation anstelle der Bezeichnungen von zu verwendeten Eigenvektoren Informationen über die Gewichtungskoeffizienten der Linearkombination über­ trägt. Diese Information kann Angaben über den Betrag und insbesondere über die Phase der Gewichtungskoeffizienten be­ inhalten. Dies ermöglicht es einer Basisstation zwei oder mehrere erste Gewichtungsvektoren phasenmäßig und ggf. ampli­ tudenmäßig derart zu koordinieren, daß sich das SNR (Signal zu Rausch Abstand) am Teilnehmergerät maximiert.

Die von einer Teilnehmerstation ermittelten Gewichtungsvekto­ ren können an die Basisstation übertragen werden, indem je­ weils die Werte ihrer einzelnen Komponenten sukzessive an die Basisstation übermittelt werden. Die hierfür benötigte Daten­ menge und damit auch die Dauer der Übertragung hängt ab von der Auflösung, mit der die Gewichtungsvektoren ermittelt und übertragen werden. Eine solche komponentenweise Übertragung ist zweckmäßig, wenn in einer frühen Phase der Verbindung zwischen Teilnehmer- und Basisstation die von der Teilnehmer­ station ermittelten Vektoren erstmalig übermittelt werden müssen.

Wenn die Basisstation über einen Satz von Gewichtungsvektoren verfügt und die Initialisierungsphase wiederholt wird, um ak­ tuelle Werte der ersten Gewichtungsvektoren zu ermitteln (was sinnvollerweise turnusmäßig geschehen sollte), kann in erheb­ lichem Umfang Übertragungsbandbreite bei der Überrtagung der Langzeit-Rückkopplungsinformation eingespart werden, indem anstelle der Werte der Komponenten eines aktuell ermittelten ersten Gewichtungsvektors jeweils nur noch die Änderung der Komponenten gegenüber dem vorherigen Wert dieses Vektors von der Teilnehmerstation an die Basisstation übertragen wird und dort zu einem in der vorherigen Initialisierungsphase ermit­ telten Wert addiert wird. Der auf diese Weise an der Basis­ station wiedergewonnene aktuelle Wert des ersten Gewichtungs­ vektors kann eine wesentlich höhere Auflösung aufweisen, als der übertragenen Bitzahl entspricht.

Im Grenzfall kann sich die Differenzbildung darauf beschrän­ ken, daß für jede Komponente des ersten Gewichtungsvektors das Vorzeichen der Differenz zwischen dem in der aktuellen Initialisierungsphase ermittelten Wert und einem in einer vorherigen Initialisierungsphase ermittelten Wert gebildet wird, daß die Vorzeichen an die Basisstation übertragen wer­ den und jede Komponente des dort gespeicherten ersten Gewich­ tungsvektors entsprechend dem übertragenen Vorzeichen um eine Einheit inkrementiert bzw. dekrementiert wird.

Dabei ist es ohne Belang, ob komplexwertige Komponenten der ersten Gewichtungsvektoren intern in der Teilnehmerstation und der Basisstation in einer kartesischen oder einer polaren Darstellung gehandhabt werden. Obwohl die Differenz zweier komplexer Werte in polarer Darstellung im allgemeinen nicht dem durch die Differenzen von Betrags- und Phasenanteil ge­ bildeten Zahlenpaar entspricht, kann bei der hier betrachte­ ten Anwendung die Aktualisierung des Gewichtungsvektors an der Basisstation auch durch Übertragung dieses Zahlenpaars und seine komponentenweise Addition zu einem polar darge­ stellten Gewichtungsvektor an der Basisstation erfolgen.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Mobilfunknetzes

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Basisstation;

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Teilnehmerstation und

Fig. 4 ein Flußdiagramm des Verfahrens gemäß einer ersten Ausgestaltung;

Fig. 5 ein Flußdiagramm des Verfahrens gemäß einer zweiten Ausgestaltung;

Fig. 6A, B und C Multiplexformate für die Übertragung von Kurzzeit- und Langzeit-Rückkopplungsinformation;

Fig. 7 ein Blockschaltbild eines Teils einer Sende/Emp­ fangseinrichtung einer Basisstation; und

Fig. 8A, B die zeitliche Entwicklung einer Komponente ei­ nes Gewichtungsvektors an einer Basisstation für zwei verschiedene Verfahren zur Rückkopplung von Information über die Komponenten des Gewichtungs­ vektors an die Basisstation.

Fig. 1 zeigt die Struktur eines Funk-Kommunikationssystems, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar ist. Es be­ steht aus einer Vielzahl von Mobilvermittlungsstellen MSC, die untereinander vernetzt sind bzw. den Zugang zu einem Festnetz PSTN herstellen. Weiterhin sind diese Mobilvermitt­ lungsstellen MSC mit jeweils zumindest einem Basisstati­ onscontroller BSC verbunden. Jeder Basisstationscontroller BSC ermöglicht wiederum eine Verbindung zu zumindest einer Basisstation BS. Eine solche Basisstation BS kann über eine Funkschnittstelle eine Nachrichtenverbindung zu Teilnehmer­ stationen MS aufbauen. Hierfür sind wenigstens einzelne der Basisstationen BS mit Antenneneinrichtungen AE ausgerüstet, die mehrere Antennenelemente (A₁ - A_M) aufweisen.

In Fig. 1 sind beispielhaft Verbindungen V1, V2, Vk zur Über­ tragung von Nutzinformationen und Signalisierungsinformatio­ nen zwischen Teilnehmerstationen MS1, MS2, MSk, MSn und einer Basisstation BS dargestellt. Ein Operations- und Wartungs­ zentrum OMC realisiert Kontroll- und Wartungsfunktionen für das Mobilfunknetz bzw. für Teile davon. Die Funktionalität dieser Struktur ist auf andere Funk-Kommunikationssysteme übertragbar, in denen die Erfindung zum Einsatz kommen kann, insbesondere für Teilnehmerzugangsnetze mit drahtlosem Teil­ nehmeranschluß.

Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau einer Basisstation BS. Eine Signalerzeugungseinrichtung SA stellt das für die Teil­ nehmerstation MSk bestimmte Sendesignal in Funkblöcken zusam­ men und ordnet es einem Frequenzkanal TCH zu. Eine Sende/Emp­ fangseinrichtung TX/RX empfängt das Sendesignal s_k(t) von der Signalerzeugungseinrichtung SA. Die Sende/Empfangseinrichtung TX/RX umfaßt ein Strahlformungsnetzwerk, in dem das Sende­ signal s_k(t) für die Teilnehmerstation MSk mit Sendesignalen s₁(t), s₂(t), . . . verknüpft wird, die für andere Teilnehmer­ stationen bestimmt sind, denen die gleiche Sendefrequenz zu­ geordnet ist. Das Strahlformungsnetzwerk umfaßt für jedes Teilnehmersignal und jedes Antennenelement einen Multipli­ zierer M, der das Sendesignal s_k(t) mit einer Komponente w_m ^(k) eines Gewichtungsvektors w^(k) multipliziert, der der empfan­ genden Teilnehmerstation MSk zugeordnet ist. Die Ausgangs­ signale der jeweils einem Antennenelement A_m, m = 1, . . ., M zugeordneten Multiplizierer M werden von einem Addierer AD_m, m = 1, 2, . . ., M addiert, von einem Digitalanalogwandler DAC analogisiert, auf die Sendefrequenz umgesetzt (HF) und in einem Leistungsverstärker PA verstärkt, bevor sie das An­ tennenelement A₁, . . ., A_M erreichen. Eine zu dem beschrie­ benen Strahlformungsnetz analoge Struktur, die in der Figur nicht eigens dargestellt ist, ist zwischen den Antennenele­ menten A₁, A₂, . . ., A_M und einem digitalen Signalprozessor DSP angeordnet, um das empfangene Gemisch von Uplink-Signalen in die Beiträge der einzelnen Teilnehmerstationen zu zerlegen und diese getrennt dem DSP zuzuführen.

Eine Speichereinrichtung SE enthält zu jeder Teilnehmersta­ tion MSk einen Satz von Gewichtungsvektoren w^(k,1), w^(k,2), . . ., unter denen der von den Multiplizierern M verwendete Gewich­ tungsvektor w^(k) ausgewählt ist.

Fig. 3 zeigt schematisch den Aufbau einer Teilnehmerstation MSk zur Durchführung einer ersten Ausgestaltung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens. Die Teilnehmerstation MSk umfaßt eine einzige Antenne A, die das von der Basisstation BS aus­ gestrahlte Downlink-Signal empfängt. Das ins Basisband umge­ setzte Empfangssignal von der Antenne A wird einem sogenann­ ten Rake Searcher RS zugeführt, der dazu dient, Laufzeitun­ terschiede von Beiträgen des Downlink-Signals zu messen, die die Antenne A auf unterschiedlichen Ausbreitungswegen er­ reicht haben. Das Empfangssignal liegt ferner an einem Rake- Verstärker RA an, der eine Mehrzahl von Rake-Fingern umfaßt, von denen drei in der Figur dargestellt sind, und die jeweils ein Verzögerungsglied DEL und einen Entspreizer-Entscrambler EE aufweisen. Die Verzögerungsglieder DEL verzögern das Emp­ fangssignal jeweils um einen vom Rake-Searcher RS gelieferten Verzögerungswert τ₁, τ₂, τ₃ . . . Die Entspreizer-Entscram­ bler EE liefern an ihren Ausgängen jeweils eine Folge von ab­ geschätzten Symbolen, wobei die Ergebnisse der Abschätzung für die einzelnen Entscrambler aufgrund unterschiedlicher Phasenlagen des Downlink-Signals zu Entscrambling- und Spreizcode in den einzelnen Fingern des Rake-Verstärkers un­ terschiedlich sein können.

In den von den Entspreizern-Entscramblern EE gelieferten Sym­ bolfolgen sind auch die Ergebnisse der Abschätzung von Trai­ ningssequenzen enthalten, die von der Basisstation ausge­ strahlt werden, und die für jedes Antennenelement der Basis­ station quasi-orthogonal und charakteristisch sind. Ein Si­ gnalprozessor SP dient zum Vergleich der Ergebnisse der Ab­ schätzung dieser Trainingssequenzen mit den der Teilnehmer­ station bekannten, tatsächlich in den Trainingssequenzen ent­ haltenen Symbole. Anhand dieses Vergleichs kann die Im­ pulsantwort des Übertragungskanals zwischen Basisstation BS und Teilnehmerstation MSk für jeden einzelnen Finger oder Tap ermittelt werden. An die Ausgänge der Entspreizer-Entscram­ bler EE ist auch ein Maximum Ratio Combiner MRC angeschlos­ sen, der die einzelnen abgeschätzten Symbolfolgen zu einer kombinierten Symbolfolge mit bestmöglichen Signalrauschver­ hältnis zusammenfügt und diese an eine Sprachsignalverarbei­ tungseinheit 55 V liefert. Die Arbeitsweise dieser Einheit SSV, die die empfangene Symbolfolge in ein für einen Benutzer hörbares Signal umwandelt bzw. empfangene Töne in eine Sende­ symbolfolge umsetzt, ist hinlänglich bekannt und braucht hier nicht beschrieben zu werden.

Der Signalprozessor SP ermittelt für jeden Tap einzeln die Impulsantworten eines jeden Antennenelements AE₁, . . ., AE_M und fügt diese Impulsantworten in der z. B. aus der zitierten DE 198 03 188 bekannten Weise zu einer räumlichen Kovarianz­ matrix R_xx zusammen. Diese räumlichen Kovarianzmatrizen wer­ den an eine Recheneinheit RE geliefert, deren Arbeitsweise anhand des Flußdiagramms aus Fig. 4 beschrieben wird.

In einer Initialisierungsphase 1 summiert die Recheneinheit RE eine große Zahl von gelieferten Kovarianzmatrizen R_xx für jeden Tap getrennt auf und bildet einen Mittelwert der Kovarianzmatrizen. Eine Analyse der Eigenwerte und Eigenvek­ toren der für die verschiedenen Taps erhaltenen gemittelten Kovarianzmatrizen schließt sich an (Schritt 2).

Die Analyse kann sich auf sämtliche Eigenvektoren und -werte der Kovarianzmatrix erstrecken, in dem hier betrachteten Fall ermittelt eine Kontrolleinheit KE unter den bei der Ana­ lyse gefundenen Eigenvektoren eine begrenzte Zahl, z. B. 2 oder 4, die die Eigenwerte mit den höchsten Beträgen aufwei­ sen, und die folglich den Übertragungswegen mit der gering­ sten Dämpfung entsprechen. Alternativ kann ein Verfahren zur Eigenvektorananlyse eingesetzt werden, das die Eigenvektoren der Kovarianzmatrix in der Reihenfolge abnehmender Be­ träge der Eigenwerte liefert, und das abgebrochen wird, wenn die begrenzte Zahl von Eigenvektoren ermittelt ist.

Die Koeffizienten der ermittelten Eigenvektoren w^(k,1), w^(k,2) _, . . . werden mit dem von der Sprachverarbeitungseinheit SSV kommenden Nutzdatenstrom kombiniert und über die Antenne A an die Basisstation übertragen (Schritt 4). Die Basisstation speichert sie in ihrer Speichereinheit SE zur Verwendung als Koeffizienten für die Multiplizierer M des Strahlformungsnet­ zes.

Nun geht die Recheneinheit RE in eine Arbeitsphase über, in der sie diese Kovarianzmatrizen R_xx jeweils auf einen einzel­ nen Zeitschlitz der Teilnehmerstation bezogen von dem Signal­ prozessor SP empfängt (Schritt 5) und mit jedem der in der Speichereinheit gespeicherten, an die Basisstation übertrage­ nen Eigenvektoren multipliziert, um die Eigenwerte dieser Vektoren für die betreffende Kovarianzmatrix R_xx zu ermitteln (Schritt 6). Die Nummer des Eigenvektors, der den größeren Eigenwert aufweist, wird im Schritt 7 über die Kontrollein­ heit KE an die Basisstation übermittelt. Dieser Eigenvektor wird als der dominierende Eigenvektor bezeichnet, denn er liefert den stärksten und in der Regel besten Beitrag zum Empfangssignal. Wenn lediglich zwei ermittelte Eigenvektoren im Speicherelement SE gespeichert sind und an die Basissta­ tion übertragen worden sind, genügt ein Bit, um den Eigenvek­ tor mit dem jeweils größeren Eigenwert zu bezeichnen. Folg­ lich kann, wenn pro Zeitschlitz ein Bit für die Rückmeldung der Empfangseigenschaften an die Basisstation zur Verfügung steht, der von der Basisstation zur Strahlformung verwendete Vektor in jedem Zeitschlitz aktualisiert und für die Strahl­ formung im darauffolgenden Zeitschlitz verwendet werden.

Wenn vier Eigenwerte an die Basisstation übermittelt worden sind, sind zwei Bits zur Bezeichnung des jeweils dominieren­ den Eigenvektors erforderlich. Wenn ein Bit pro Zeitschlitz für die Rückübertragung der Empfangseigenschaften zur Verfü­ gung steht, sind daher zwei Zeitschlitze erforderlich, um die vollständige Bezeichnung des dominierenden Vektors zu über­ tragen. Dieser wird folglich für die zwei auf seiner Übertra­ gung folgenden Zeitschlitze für die Strahlformung genutzt; im Laufe dieser zwei Schlitze wird die anschließend zu verwen­ dete Bezeichnung übertragen.

Die Schritte der Arbeitsphase können viele Male zyklisch wie­ derholt werden, bevor die Initialisierungsphase erneut durch­ geführt werden muß, um die Koeffizienten der Eigenvektoren zu aktualisieren.

Der einfacheren Verständlichkeit wegen wurde oben zwischen Initialisierungsphase und Arbeitsphase unterschieden. Dies bedeutet jedoch nicht, daß beide Phasen zeitlich von einander getrennt ablaufen müssen. Es ist z. B. möglich und zweckmäßig, beide Phasen miteinander zu verschränken, indem die Rechen­ einheit RE mit einer empfangenen Kovarianzmatrix R_xx zum ei­ nen die Eigenwertbestimmung des Schritts 6 ausführt, und zum anderen diese Matrix zur Bildung eines laufenden Mittelwerts der Kovarianzmatrizen in Schritt 1 heranzieht. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß jederzeit eine aktuelle gemit­ telte Kovarianzmatrix zur Verfügung steht, an der die Eigenwertanalyse des Schritts 2 durchgeführt werden kann.

Die Berechnung der gemittelten Kovarianzmatrix erfolgt zweckmäßigerweise über eine gleitende Mittelwertbildung gemäß folgender Formel:

()_i = ρ()_i-1 + (1-ρ)R_xxi,

wobei ()_i jeweils die i-te gemittelte Kovarianzmatrix be­ zeichnet, (R_xx)_i die i-te aktuelle Kovarianzmatrix bezeichnet und ρ ein Maß für die Zeitkonstante der Mittelwertbildung mit einem Wert zwischen 0 und 1 darstellt.

Wenn zu Beginn einer Übertragungsverbindung zwischen Teilneh­ merstation MSk und Basisstation BS noch keine gemittelte Ko­ varianzmatrix zur Verfügung steht, an der eine Eigen­ wertanalyse vorgenommen werden könnte, so sind dennoch be­ reits Daten zu übertragen. In dieser frühen Phase der Über­ tragungsverbindung werden anstelle von ermittelten Eigenvek­ toren vorab festgelegte erste Gewichtungsvektoren zum Gewich­ ten des Downlink-Signals verwendet. Die Zahl dieser vorab festgelegten ersten Gewichtungsvektoren ist gleich der Zahl der später ermittelten Eigenvektoren und nicht größer als die der Zahl der Antennenelemente der Basisstation. Die vorab festgelegten ersten Gewichtungsvektoren bilden einen ortho­ normales System, insbesondere kann es sich um einen Satz von Vektoren der Form (1,0, 0, . . .) (0,1, 0, . . .), (0,0, 1,0, . . .), handeln. Eine solche Wahl der vorab festgelegten Gewich­ tungsvektoren bedeutet, daß jeder vorab festgelegte Gewich­ tungsvektor der Beaufschlagung eines einzigen Antennenelemen­ tes mit dem Downlink-Signal entspricht. Durch Übertragen ei­ ner Bezeichnung eines Gewichtungsvektors an die Basisstation hat die Teilnehmerstation somit die Möglichkeit, zu bestim­ men, welches der mehreren Antennenelemente zum Ausstrahlen des für sie bestimmten Downlink-Signals verwendet wird.

Wenn die Zahl der ermittelten und an die Basisstation über­ tragenen Eigenvektoren zwei beträgt, so genügt ein einziges von der Teilnehmerstation an die Basisstation übertragenes Bit, um zu spezifizieren, welcher dieser Eigenvektoren von der Basisstation zum Senden verwendet werden soll. Dieses Bit kann auch aufgefaßt werden als eine Angabe über die Koeffizi­ enten einer Linearkombination der zwei Eigenvektoren, die je nach Wert dieses Bits entweder (0,1) oder (1,0) betragen. Denkbar ist aber auch, daß die Basisstation fortlaufend mit beiden Gewichtungsvektoren gewichtete Downlink-Signale aus­ strahlt, und daß die relative Phasenlage der zwei Gewich­ tungsvektoren anhand der von der Teilnehmerstation übertrage­ nen Kurzzeit-Rückkopplungsinformation eingestellt wird. Selbstverständlich kann die von der Teilnehmerstation über­ tragene Linearkombinationskoeffizienten- und/oder -Phaseninformation auch jeweils mehr als ein Bit umfassen, so daß auch Zwischenwerte der Koeffizienten oder der Phasenverschiebung eingestellt werden können, und sie kann gegebenenfalls auf mehrere Zeitschlitze verteilt übertragen werden.

Das Verfahren ist ohne weiteres auf mehr als zwei Eigenvekto­ ren verallgemeinerbar; in diesem Fall kann die Kurzzeit-Rück­ kopplungsinformation über Betrag und/oder Phase der einzelnen Eigenvektoren in einer vorgegebenen Reihenfolge übertragen werden, die der Basisstation die Zuordnung der Amplituden- und/oder Phasenwerte zu einem Eigenvektor ermöglicht, oder es können die zwei oben vorgestellten Konzepte kombiniert wer­ den, in dem jeweils eine Bezeichnung eines Eigenvektors im Zusammenhang mit Betrags- und/oder Phaseninformation an die Basisstation übertragen wird.

Die Übertragung der Langzeit-Rückkopplungsinformation, die die Koeffizienten der einzelnen Eigenvektoren angibt, an die Basisstation kann über einen eigenen Signalisierungskanal er­ folgen. Bevorzugt, weil mit den bestehenden Normen besser kompatibel, ist jedoch eine Übertragung im Zeitmultiplex mit der Kurzzeit-Rückkopplungsinformation innerhalb der Nutzlast- Datenpakte.

Fig. 6A, B und C zeigen unterschiedliche Formate für die Multiplexübertragung von Kurzzeit- und Langzeit-Rückkopp­ lungsinformation im Rahmen eines WCDMA-Systems. Beim WCDMA- Standard umfaßt jeder Übertragungsrahmen 15 Zeitschlitze. Beim Multiplexformat von Fig. 6A wird bei jeweils 14 der Zeitschlitze eines solchen Rahmens das zur Verfügung stehende Rückkopplungsbit zur Übertragung von Kurzzeit-Rückkopplungs­ information, d. h. von Bezeichnungen von zu verwendenden Ei­ genvektoren oder von relativen Amplituden und Phasen der den einzelnen Eigenvektoren entsprechenden Downlink-Signale, übertragen. Im fünfzehnten Rahmen wird ein Langzeit-Rückkopp­ lungsbit übertragen, welches Information über die Komponenten der von der Teilnehmerstation ermittelten Eigenvektoren bein­ haltet. Man erkennt, daß in diesem Format die Übertragung der Komponenten eines einzigen Eigenvektors eine Vielzahl von Rahmen in Anspruch nehmen muß, daß aber in dieser Zeit viele Male eine Bezeichnung eines Eigenvektors übertragen werden kann. Ein solches Format ist geeignet für den Dauerbetrieb einer Verbindung zu einer mäßig schnell bewegten Teilnehmer­ station, die schnellem Fading ausgesetzt ist, deren Eigenvek­ toren sich jedoch nur langsam ändern.

Fig. 6B zeigt ein zweites Multiplex-Format, bei dem sich je­ weils vier Zeitschlitze, in denen Kurzzeit-Rückkopplungsin­ formation übertragen wird, mit einem Zeitschlitz für Lang­ zeitzeit-Rückkopplungsinformation abwechseln. Dieses Format ist geeignet, falls eine schnelle Bewegung der Teilnehmersta­ tion eine häufigere Aktualisierung der Eigenvektoren erfor­ dert, es ist aber auch zweckmäßig für die Anfangsphase einer Verbindung, in der es wünschenswert ist, nach erstmaliger Be­ rechnung eines Satzes von Eigenvektoren diese möglichst zügig zur Basisstation übertragen zu können. Alternativ könnte auch ein Format zum Einsatz kommen, bei dem auf je zwei Zeit­ schlitze, in denen Kurzzeit-Rückkopplungsinformation übertra­ gen wird, einer für Langzeit-Rückkopplungsinformation folgt. Beide Formate haben gegenüber anderen Zahlenverhältnissen von Zeitschlitzen für Kurzzeit- bzw. Langzeit-Rückkopplungsinfor­ mation den Vorteil, daß die Perioden dieser Formate von 5 bzw. 3 Bits genau in einen Zeitrahmen passen.

Des weiteren haben die oben beschriebenen Formate den Vor­ teil, daß sie eine gerade Zahl von Bits von Kurzzeit-Rück­ kopplungsinformation in jedem WCDMA-Rahmen übertragen. Wenn die Zahl der ermittelten und an die Basisstation übertragenen Eigenvektoren zwei beträgt, die Bezeichnung eines Eigenvek­ tors also nur ein Bit umfaßt, hat dies keine Auswirkungen. In dem praktisch bedeutsamen Fall jedoch, daß jeweils vier Ei­ genvektoren an die Basisstation übertragen werden und die zu ihrer Auswahl von der Teilnehmerstation an die Basisstation übertragene Bezeichnung zwei Bit lang ist, paßt so immer eine ganze Zahl von Bezeichnungen in einen Rahmen, und ein Zusam­ menfügen von in verschiedenen Rahmen übertragenen Bits zu ei­ ner Bezeichnung ist nicht erforderlich.

Fig. 6C zeigt ein Multiplexformat in einem erweiterten Sinne, bei dem die Übertragung von Kurzzeit-Rückkopplungs­ informationen völlig unterbleibt. Ein solches Format ist für zwei verschiedene Anwendungssituationen besonders sinnvoll:
Zum einen eignet es sich für eine völlig unbewegte Teilneh­ merstation, die keinem schnellen Fading ausgesetzt ist, d. h., eine Teilnehmerstation, deren aktuelle Kovarianzmatrizen R_xx im wesentlichen konstant sind. Für eine solche Teilnehmersta­ tion wird keine Kurzzeit-Rückkopplungsinformation benötigt; es ist lediglich wünschenswert, die für die Ausstrahlung des Downlink-Signals zu verwendenden Eigenvektoren möglichst schnell an der Basisstation zur Verfügung zu haben.

Die zweite Anwendungssituation ist die einer extrem schnell bewegten Teilnehmerstation, bei der die Empfangsqualitäten einzelner Übertragungswege so schnell variieren, daß die von der Teilnehmerstation gelieferte Kurzzeit-Rückkopplungsinfor­ mation zu der Zeit, wo sie von der Basisstation angewendet werden kann, bereits veraltet ist. Bei einer solchen Station ist es daher sinnvoller, die Eigenvektoren so schnell wie möglich zu aktualisieren. Zum Ausstrahlen des Downlink-Si­ gnals kann z. B. immer der jeweils beste Eigenvektor verwendet werden, in der Annahme, daß Empfangsunterbrechungen durch schnelles Fading aufgrund der großen Geschwindigkeit der Teilnehmerstation nie so lang anhalten werden, daß die Unter­ brechnung nicht durch Interpolation überbrückbar ist, oder es können mehrere Eigenvektoren gleichzeitig verwendet werden.

Fig. 8A und 8B zeigen die zeitliche Entwicklung einer Kompo­ nente c eines von der Basisstation BS verwendeten ersten Ge­ wichtungsvektors für zwei verschiedene Methoden zur Übertra­ gung der Langzeit-Rückkopplungsinformation von der Teilneh­ merstation MSk zur Basisstation BS. Dabei bezeichnet eine dünne durchgezogene Linie c_mess den zeitlichen Verlauf des von der Teilnehmerstation gemessenen Werts der Komponente c, und eine fette durchgezogene Linie c_steu zeigt die Entwicklung des Werts von c, der von der Basisstation tatsächlich für die Strahlformung eingesetzt wird. Die Komponente c kann eine realwertige Komponente eines ersten Gewichtungsvektors, ein Real- oder Imaginärteil einer komplexwertigen Komponente oder auch ein Betrags- oder Winkelanteil sein.

Aufgrund der bei der Übertragung im Zeitmultiplex mit der Kurzzeit-Rückkopplungsinformation sehr begrenzten Bandbreite für die Übertragung der Werte von c kann die Basisstation BS den von der Teilnehmerstation MSk ermittelten Werten jeweils nur mit einer nichtverschwindenden Verzögerung folgen, die mehrere Zeitschlitze betragen kann und unter anderem von der Auflösung der übertragenen Langzeit-Rückkopplungsinformation bestimmt ist. Diese Verzögerung ist allerdings in der Dar­ stellung der Fig. 8A und 8B vernachlässigt, um den Ver­ gleich der zwei Methoden nicht unnötig zu verkomplizieren.

Als Beispiel wird angenommen, daß die Komponente c wird mit einer Auflösung von vier Bit gemessen und verarbeitet wird. Im Falle der Fig. 8A beginnt die Komponente c zum Zeitpunkt t = 0 mit dem Wert 3. Initialisierungsphasen, in denen die Ba­ sisstation jeweils den aktuellen Wert von c mißt, finden in regelmäßigen Zeitabständen zu Zeitpunkten t = 1, 2, . . . statt. Zum Zeitpunkt t = 1 hat c_mess den Wert 7 erreicht. Die Teilneh­ merstation überträgt die Differenz +4 zwischen den zwei Meß­ werten an die Basisstation, die daraufhin c_steu = 7 setzt. Zur Übertragung der Differenz werden drei Bits verwendet, die die Werte -3, -2, -1, 0, 1, . . ., 4 darstellen können. Eines von vier Bits wird eingespart. Die Einsparung könnte ausgeprägter sein, wenn der Zeitabstand zwischen zwei Messungen von c kür­ zer, die zu übertragende Differenz dementsprechend kleiner und die zu ihrer Übertragung benötigte Bitzahl geringer wäre. Welche Zeitabstände zwischen zwei Messungen die größtmögliche Einsparung an Übertragungsbandbreite gegenüber der Übertra­ gung der kompletten Zahlenwerte von c erlaubt, hängt von den lokalen Gegebenheiten des Funk-Kommunikationsnetzes ab, in dem die Erfindung eingesetzt wird; er kann ggf. dynamisch festgelegt werden, z. B. durch Umschalten zwischen verschie­ denen der mit Bezug auf Fig. 6A bis 6C beschriebenen Multi­ plexformate.

Zum Zeitpunkt t = 2 wird eine Differenz von +3 übertragen und so c_steu = 10 gesetzt. Bei t = 3 ist c_mess praktisch unverändert geblieben und die Differenz 0 wird übertragen; auch c_steu bleibt unverändert. Auch bei t = 6, 7,8 wird jeweils die Diffe­ renz 0 übertragen.

Bei der in Fig. 8B gezeigten Methode mißt die Teilnehmersta­ tion in jeder Initialisierungsphase den aktuellen Wert von c (c_mess) und vergleicht ihn mit dem in der vorhergehenden In­ itialisierungsphase ermittelten und gespeicherten Wert. Zum Zeitpunkt t = 0 hat c ungefähr den Wert 5,4. Die Teilnehmersta­ tion speichert dafür den quantisierten Wert 5. Zum Zeitpunkt t = 1 mißt sie c_mess ≈ 5,5. Dieser ist größer als der gespei­ cherte Wert; sie inkrementiert deshalb den gespeicherten Wert um 1 und überträgt eine Differenz +1 an die Basisstation, die daraufhin den von ihr verwendeten Wert c_steu der Komponente c ebenfalls um 1 erhöht.

Zum Zeitpunkt t = 2 beträgt c_mess ca. 5,4; der Vergleich mit dem an der Teilnehmerstation gespeicherten Wert, der nun 6 be­ trägt, ergibt eine Verringerung. Infolgedessen dekrementiert die Teilnehmerstation den gespeicherten Wert von c und über­ trägt -1 an die Basisstation, die c_steu ebenfalls dekremen­ tiert. Der in der Teilnehmerstation gespeicherte Wert und c_steu sind somit immer gleich.

Zum Zeitpunkt t = 3 ist c_mess auf 5,2 gefallen. Da der gespei­ cherte Wert 5 ist, wird dennoch eine Zunahme erkannt, und c_steu wird auf 6 inkrementiert.

Man erkennt, daß bei dieser zweiten Methode c_steu immer um c_mess oszilliert, wenn c_mess sich nur unwesentlich ändert. Der Vorteil der Methode liegt darin, daß in jeder Initialisie­ rungsphase nur ein Bit zur Übertragung der Änderung von c_steu benötigt wird, dessen Wert je nach Vorzeichen der festge­ stellten Änderung 0 oder 1 beträgt. Im Gegensatz dazu sind bei der ersten Methode, bei der auch eine Änderung von 0 übertragen werden kann, mindestens zwei Bits erforderlich, um eine Zunahme, das Gleichbleiben oder eine Abnahme von c_steu zu übertragen.

Ab t = 6 beginnt c_mess, schnell anzuwachsen und hat bei t = 7 etwa den Wert 8 erreicht. Zum gleichen Zeitpunkt kann c_steu nur auf den Wert 6 inkrementiert werden, es kommt also zu einer deut­ lichen Abweichung zwischen den zwei Werten. Um einem Ausein­ anderdriften von c_mess und c_steu im Falle einer schnellen Ände­ rung von c_mess entgegenzuwirken, ist vorgesehen, daß die Teil­ nehmerstation die Differenz der zwei Werte überwacht und bei Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwerts die Zeitabstände zwischen zwei Initialisierungsphasen verkürzt. Dies ist im Beispiel der Fig. 8B im Anschluß an den Zeitpunkt t = 7 der Fall. c_steu wird in kurzen Zeitabständen inkrementiert, bis zum Zeitpunkt 7 ₅ c_steu c_mess überholt hat.

Aus der Dekrementierung von c_steu zum Zeitpunkt t = 7₆ = 8 fol­ gert die Teilnehmerstation, daß die Phase des schnellen An­ stiegs von c_mess vorüber ist und erhöht den Zeitabstand zwi­ schen zwei Initialisierungsphasen auf den ursprünglichen Wert.

Eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mit Bezug auf Fig. 5 beschrieben. Bei dieser Ausgestal­ tung werden die ersten Gewichtungsvektoren anhand von Messun­ gen der Uplink-Übertragung von einer Teilnehmerstation MSk zur Basisstation BS ermittelt. Die Basisstation BS ist zu diesem Zweck mit Komponenten analog zu dem mit Bezug auf Fig. 3 für die Teilnehmerstation beschriebenen Rake-Searcher RS, Rake-Verstärker RA, Signalprozessor SP, Recheneinheit RE, Speicherelement SE etc. ausgestattet.

In Schritt 1 des Verfahrens bildet die Recheneinheit RE eine gemittelte Kovarianzmatrix für jeden einzelnen Tap des Uplink-Signals und ermittelt die Eigenvektoren und Eigenwerte der so erhaltenen Kovarianzmatrix. Diese Eigenwerte entspre­ chen jeweils einem Übertragungsweg und enthalten die Informa­ tion über die relativen Phasenlagen des entsprechenden Bei­ trags des Uplink-Signals an den einzelnen Antennenelementen und damit über die Richtung, aus der der Beitrag empfangen wird. Wenn die Frequenzen von Uplink und Downlink bei dem be­ trachteten Funk-Kommunikationssystem gleich sind, können die in dem Eigenvektor enthaltenen Phaseninformationen direkt für die Gewichtung des Downlink-Signals genutzt werden. Falls die Frequenzen von Uplink und Downlink unterschiedlich sind, so ist es erforderlich, die in dem Eigenvektor enthaltene Pha­ seninformation unter Zugrundelegung der Uplink-Frequenz in eine entsprechende Richtung und diese Richtung anhand der Downlink-Frequenz wieder in Phaseninformation umzurechnen, um für die Strahlformung im Downlink geeignete Eigenvektoren zu erhalten.

Die Analyse des Schritts 2 umfaßt auch die Bestimmung der Ei­ genwerte der Eigenvektoren. Der Betrag des Eigenwerts ist ein Maß für die Qualität jedes einzelnen Übertragungsweges; für die spätere Verwendung wird daher eine gegebene Zahl von z. B. 2 oder 4 Eigenvektoren ausgewählt und in Schritt 3 gespei­ chert, die unter den gefundenen Eigenvektoren die Eigenwerte mit dem höchsten Betrag aufweisen.

In der sich anschließenden Arbeitsphase empfängt die Rechen­ einheit zyklisch Kovarianzmatrizen von dem Signalprozessor, wobei jede Kovarianzmatrix jeweils auf ein einzelnes Tap des Uplink-Signals bezogen ist. Die in der Speichereinheit SE ge­ speicherten Eigenvektoren entsprechen ihrerseits jeweils ei­ nem bestimmten Tap. Die Recheneinheit bestimmt in Schritt 6 für jeden gespeicherten Eigenvektor dessen aktuellen Eigen­ wert bei Multiplikation mit der in Schritt S gelieferten, dem gleichen Tap wie der Eigenvektor entsprechenden Kovarianzma­ trix. Der erhaltene Eigenwert liefert ein Maß für die Über­ tragungsqualität auf dem dem Eigenvektor entsprechenden Über­ tragungweg mit einer zeitlichen Auflösung, die der Rate der Erzeugung der Kovarianzmatrizen in der Arbeitsphase ent­ spricht. In dieser Phase werden die Kovarianzmatrizen von dem Signalprozessor jeweils für jeden der Teilnehmerstation zuge­ teilten Zeitschlitz aktuell erzeugt; der Eigenwert ist daher ein Maß für die Übertragungsqualität des Übertragungsweges unter Berücksichtigung des schnellen Fadings.

Bei einer ersten, einfachen Variante des Verfahrens schließt sich ein Schritt 8 an, in dem ein aktueller Gewichtungsvektor w^(k) berechnet wird, indem eine Linearkombination der gespei­ cherten Eigenvektoren w^(k,1), w^(k,2), . . . gebildet wird, wobei jeder der Eigenvektoren w^(k,1), w^(k,2), . . . in die Linearkombi­ nation multipliziert mit seinem in Schritt 6 erhaltenen Ei­ genwert oder dessen Betrag eingeht. Eine Normierung der Line­ arkombination ist möglich. Durch diese Gewichtung bei der Bildung der Linearkombination ist gewährleistet, daß diejeni­ gen Übertragungswege, die kurzfristig die besten Übertra­ gungseigenschaften aufweisen, das von der Basisstation abge­ strahlte Downlink-Signal dominieren. Die anderen in den aktu­ ellen Gewichtungsvektor w^(k) eingehenden Eigenvektoren dienen der Absicherung, daß auch in dem Falle, daß der am höchsten gewichtete Übertragungsweg von einem Zeitschlitz auf den nächsten ausfällt, ein brauchbares Signal bei der Teilnehmer­ station ankommt.

Falls einer der Übertragungswege zwischen Basisstation und Teilnehmerstation eine Direktverbindung ist, so ist dies für die Basisstation darin erkennbar, daß der entsprechende Bei­ trag an dem empfangenen Uplink-Signal relativ geringe Phasen­ fluktuation und zumeist auch geringe Dämpfung aufweist. Wenn ein solcher direkter Übertragungsweg existiert, kann der zu­ geordnete Eigenvektor unmittelbar als aktueller Gewichtungs­ vektor w^(k) verwendet werden, mit anderen Worten alle anderen Eigenvektoren gehen mit Koeffizienten 0 in die Bildung der Linearkombination ein.

Eine weiterentwickelte Variante der mit Bezug auf Fig. 4 bzw. 5 beschriebenen Ausgestaltungen des Verfahrens setzt eine Ba­ sisstation mit einer mehrere Antennenelemente umfassende An­ tenneneinrichtung voraus, die in der Lage ist, unter Verwen­ dung von Space-Time-Block-Codes auszustrahlen. Solche Codes sind z. B. aus Tarokh et al., Space-Time Block Codes from Or­ thogonal Designs, IEEE Trans. on Information Theory, Bd. 45 Nr. 5, Juli 1999, bekannt. Ein Ausschnitt der Sende/Empfangs­ einrichtung Tx/Rx einer solchen Basisstation ist in Fig. 7 gezeigt. In dieser Sende/Empfangseinrichtung wird eine für die Teilnehmerstation MSk bestimmte komplexwertige Symbol­ folge in zwei Stränge aufgeteilt, von denen einer einen Space-Time-Block-Encoder STBE enthält, der hier zwei aufein­ anderfolgende Symbole der Symbolfolge s_k(t) in ihrer Reihen­ folge vertauscht, konjugiert und das Vorzeichen eines Symbols umkehrt. Die auf diese Weise erhaltenen zwei unterschied­ lichen Symbolfolgen mit gleichem Informationsgehalt werden in einem Strahlformungsnetzwerk, dessen Aufbau analog zu dem mit Bezug auf Fig. 2 beschriebenen ist und deshalb hier nicht wieder eingehend behandelt wird, mit zwei unterschiedlichen Eigenvektoren w^(k,a), w^(k,b) aus dem Satz der Eigenvektoren w^(k,1), w^(k,2), . . . w^(k,a), = (w₁ ^(k,a), w₂ ^(k,a), . . ., w_M ^(k,a) gewichtet, additiv überlagert und ausgestrahlt. Die einzelnen Antennen­ elemente A₁, . . . A_M sind somit in der Lage, ein Gemisch von Signalen auszustrahlen, die eine unterschiedliche Space-Time- Block-Kodierung aufweisen. Die Kodierung ist somit nicht für ein einzelnes Antennenelement spezifisch sondern für einen Ausbreitungsweg a bzw. b, der dem zur Gewichtung verwendeten Eigenvektor w^(k,a) bzw. w^(k,b) entspricht. Dadurch ist gewähr­ leistet, daß Signale, die die Teilnehmerstation MSk auf diesen zwei verschiedenen Übertragungswegen a, b erreichen, niemals destruktiv interferieren können, auch wenn ihre relative Verzögerung verschwindet.

Bei der mit Hilfe dieser Sende/Empfangseinrichtung ausgeführ­ ten Variante der zweiten Ausgestaltung des Verfahrens ist der Schritt 8 des Bildens einer Linearkombination somit durch die Space-Time-Block-Kodierung ersetzt. Ansonsten entsprechen sich die Verfahrensschritte; insbesondere besteht bei beiden Varianten die Möglichkeit, diejenigen unter den gespeicherten Eigenvektoren, die in die Linearkombination eingehen, bzw. zur Gewichtung der Space-Time-Block-kodierten Signale einge­ setzt werden, von einem Zyklus der Arbeitsphase zum nächsten auszutauschen.

Space-Time Block Codes können auch bei einer Basisstation eingesetzt werden, die ein Downlinksignal auf drei oder mehr jeweils einem Eigenvektor entsprechenden Übertragungswegen abstrahlt. Eine erste Möglichkeit dafür ist die Verwendung von an sich bekannten Space-Time Block Codes, die die Erzeu­ gung von drei oder mehr nicht destruktiv interferierenden Symbolfolgen aus einer Symbolfolge ermöglichen. Eine zweite, bevorzugte Möglichkeit ergibt sich daraus, daß es nur selten vorkommt, daß drei oder mehr Übertragungswege exakt gleiche Laufzeiten aufweisen. Nur wenn die Laufzeiten dieser Übertra­ gungswege gleich sind, sind die (nicht zeitverschobenen) Trainingssequenzen der auf diesen Wegen übertragenen Signale orthogonal. Space-Time-Block-Codierung wird daher im allge­ meinen nur zeitweilig und nur für jeweils zwei der Übertra­ gungswege benötigt. Die Teilnehmerstation kann daher durch Überwachung der Orthogonalität der auf diesen Übertragungswe­ gen empfangenen Downlinksignale Zeitgleichheit erkennen und - ggf. im Rahmen der Kurzzeit-Rückkopplungsinformation - der Basisstation jeweils Paare von Eigenvektoren bezeichnen, auf die Space-Time-Block-Codierung angewendet werden soll.

Die Anwendung von Space-Time Block Codes ist gerade in Kombi­ nation mit der hier vorgeschlagenen Verwendung von Eigenvek­ toren der Kovarianzmatrix als Gewichtungsvektoren besonders attraktiv. Da durch die Eigenvektorzerlegung das schnelle Fa­ ding/der schnelle Schwund der jeweils einem Eigenvektor ent­ sprechenden Downlink-Strahlen unkorreliert ist, erlaubt es erst diese Zerlegung, den durch die Space-Time Block Codes theoretisch möglichen Diversitätsgewinn auch in der Praxis voll auszuschöpfen.

Abwandlungen der hier beschriebenen Ausgestaltungen liegen anhand der hier gegebenen Offenbarung im Rahmen des fachmän­ nischen Könnens. Insbesondere ist eine Variante denkbar, bei der eine Ermittlung der Eigenvektoren am Uplink-Signal vorge­ nommen wird, so wie mit Bezug auf die zweite Ausgestaltung beschrieben, und bei der die ermittelten Eigenwerte von der Basisstation an die Teilnehmerstation ermittelt werden, so daß die Teilnehmerstation die Verfahrensschritte 5 bis 7, so­ wie mit Bezug auf Fig. 4 für die erste Ausgestaltung des Verfahrens beschrieben, ausführen kann.

Claims (33)

1. Verfahren zur Strahlformung in einem Funk-Kommunikations­ system mit Teilnehmerstationen (MSk, MS1 bis MSn) und einer Basisstation (BS), die eine Antenneneinrichtung (AE) mit mehreren Antennenelementen (A₁ bis A_M) aufweist, die ein Downlinksignal jeweils gewichtet mit Koeffizienten w_i, i = 1, . . ., M eines aktuellen Gewichtungsvektors w abstrah­ len, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) in einer Initialisierungsphase eine Mehrzahl von ersten Gewichtungsvektoren w^(j) ermittelt werden, und
• b) in einer Arbeitsphase der für die Ausstrahlung ei­ nes Zeitschlitzes des für die Teilnehmerstation (MSk) bestimmten Downlinksignals verwendete aktu­ elle Gewichtungsvektor w anhand der ermittelten er­ sten Gewichtungsvektoren zyklisch neu festgelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Gewichtungsvektoren anhand von Messungen der Down­ link-Übertragung ermittelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) in der Initialisierungsphase die ersten Gewich­ tungsvektoren w^(j) an der Teilnehmerstation ermittelt wer­ den, und die ermittelten ersten Gewichtungsvektoren an die Basisstation übertragen werden; und daß
• b) in der Betriebsphase die Teilnehmerstation unter den ermittelten ersten Gewichtungsvektoren einen dominie­ renden auswählt und eine Bezeichnung des dominierenden Ge­ wichtungsvektors an die Basisstation überträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung eines ersten Gewichtungsvektors an die Basis­ station an der Teilnehmerstation die Differenz zwischen dem in der aktuellen Initialisierungsphase ermittelten Wert und dem in einer vorherigen Initialisierungsphase er­ mittelten Wert gebildet wird, diese Differenz an die Ba­ sisstation übertragen wird und dort zu einem in der vorhe­ rigen Phase ermittelten Wert addiert wird, um den aktuel­ len Wert des ersten Gewichtungsvektors wiederzugewinnen.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung eines ersten Gewichtungsvektors an die Basis­ station an der Teilnehmerstation das Vorzeichen der Diffe­ renz zwischen dem in der aktuellen Initialisierungsphase ermittelten Wert und dem in einer vorherigen Initialisie­ rungsphase ermittelten Wert gebildet wird, die Vorzeichen an die Basisstation übertragen werden und jede Komponente des dort gespeicherten ersten Gewichtungsvektors entspre­ chend dem übertragenen Vorzeichen um eine Einheit inkre­ mentiert bzw. dekrementiert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Initialisierungsphase eine erste räumliche Kovarianzmatrix des empfangenen Downlinksignals erzeugt wird, daß Eigenvektoren der ersten Kovarianzmatrix ermittelt werden und daß die Eigenvektoren als erste Ge­ wichtungsvektoren übertragen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kovarianzmatrix für jeden Tap des Downlinksignals einzeln erzeugt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten ersten Eigenvektoren diejenigen aus der Gesamtheit der Eigenvektoren der ersten Kovarianzma­ trix oder -matrizen sind, die die größten Eigenwerte auf­ weisen.

9. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die erste Kovarianzmatrix über eine Vielzahl von Zeitschlitzen des Downlinksignals gemittelt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Betriebsphase zyklisch eine zweite räumliche Kovarianzmatrix erzeugt wird, und daß als dominierender Gewichtungsvektor derjenige unter den ermit­ telten Eigenvektoren ausgewählt wird, der mit der zweiten Kovarianzmatrix den größten Eigenwert aufweist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jedes Antennenelement periodisch eine Trainingssequenz ausstrahlt, die zu den Trainingssequenzen der anderen Antennenelemente orthogonal ist, und daß die ersten Gewichtungsvektoren anhand der von der Teilnehmer­ station empfangenen Trainingssequenzen ermittelt werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zahl der ermittelten ersten Gewich­ tungsvektoren zwei beträgt, und daß die Bezeichnung des dominanten Gewichtungsvektors in jedem der Teilnehmersta­ tion zugeteilten Zeitschlitz übertragen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezeichnung zur Strahlformung in dem unmittelbar auf ihre Übertragung folgenden Zeitschlitz eingesetzt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zahl der ermittelten ersten Gewich­ tungsvektoren 2 ⁿ, n = 2, 3, . . . beträgt, und daß die n Bit umfassende Bezeichnung des dominanten Gewichtungsvektors in Portionen von a Bits, a = 1, . . ., n in jedem der Teilneh­ merstation zugeteilten Zeitschlitz übertragen wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezeichnung zur Strahlformung in den n/a unmittelbar auf ihre Übertragung folgenden Zeitschlitzen eingesetzt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in bestimmten Zeitschlitzen anstelle der Bezeichnung des dominierenden Gewichtungsvektors Informa­ tion über die Komponenten eines Gewichtungsvektors über­ tragen wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Zahl von Zeitschlitzen, in denen eine Bezeichnung eines Gewichtungsvektors übertragen wird, oder der Zeitschlitze, in denen Information über die Komponen­ ten eines Gewichtungsvektors übertragen wird, in Abhängig­ keit von der Bewegungsgeschwindigkeit der Teilnehmersta­ tion variabel ist.

18. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die ersten Gewichtungsvektoren anhand von Messun­ gen der Uplink-Übertragung ermittelt werden.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß in der Initialisierungsphase eine erste räumliche Kovari­ anzmatrix des empfangenen Uplinksignals erzeugt wird, daß Eigenvektoren der ersten Kovarianzmatrix ermittelt werden und daß die Eigenvektoren als erste Gewichtungsvektoren verwendet werden.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kovarianzmatrix für jeden Tap des Uplinksignals einzeln erzeugt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeich­ net, daß die ermittelten Eigenvektoren diejenigen aus der Gesamtheit der Eigenvektoren der ersten Kovarianzmatrix oder -matrizen sind, die die größten Eigenwerte aufweisen.

22. Verfahren nach Anspruch 19, 20 oder 21, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Kovarianzmatrix über eine Vielzahl von Zeitschlitzen des Uplinksignals gemittelt wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß in der Betriebsphase zyklisch eine zweite räumliche Kovarianzmatrix erzeugt wird, und daß als dominierender Gewichtungsvektor derjenige unter den ermit­ telten Eigenvektoren ausgewählt wird, der mit der zweiten Kovarianzmatrix den größten Eigenwert aufweist.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jede Teilnehmerstation periodisch eine Trainingssequenz ausstrahlt, und daß die ersten Gewich­ tungsvektoren anhand der von der Basisstation empfangenen Trainingssequenzen ermittelt werden.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 16 bis 24, da­ durch gekennzeichnet, daß der aktuelle Gewichtungsvektor eine Linearkombination der ersten Gewichtungsvektoren ist.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilnehmerstation in der Betriebsphase Information über die Koeffizienten der Linearkombination an die Basis­ station überträgt.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Information eine Phase und/oder einen Betrag eines Koeffizienten der Linearkombination angibt.

28. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zahl der ersten Gewichtungsvektoren 2 ist.

29. Verfahren nach Anspruch 19 und Anspruch 25, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Koeffizienten der Linearkombination für einen ersten Gewichtungsvektor um so größer gewählt werden, je größer dessen Eigenwert ist.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 16 bis 22, da­ durch gekennzeichnet, daß aus einer für die Teilnehmersta­ tion (MSk) bestimmten Symbolfolge mehrere Downlink-Signale erzeugt werden, die jeweils eine unterschiedliche Space- Time-Block-Codierung aufweisen, und daß jedes der Down­ linksignale mit einem anderen aktuellen Gewichtungsvektor gewichtet ausgestrahlt wird.

31. Verfahren nach Anspruch 25 oder 29, dadurch gekennzeich­ net, daß der aktuelle Gewichtungsvektor aus den ersten Ge­ wichtungsvektoren ausgewählt wird, wenn ein LOS-Übertra­ gungsweg zwischen Basisstation und Teilnehmerstation exi­ stiert.

32. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß vor Abschluß der Ermittlung der Mehrzahl von ersten Gewichtungsvektoren w^(j) die Festle­ gung des für die Ausstrahlung eines Zeitschlitzes des für die Teilnehmerstation (MSk) bestimmten Downlinksignals verwendeten aktuellen Gewichtungsvektors w anhand von vorab festgelegten Gewichtungsvektoren erfolgt.

33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die vorab festgelegten Gewichtungsvektoren jeweils genau eine nichtverschwindende Komponente haben.