DE10032426A1 - Strahlformungsverfahren - Google Patents
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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. 2nd 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 (3rd 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 wm 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. 49th
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 - AM) 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 sk(t) von der
Signalerzeugungseinrichtung SA. Die Sende/Empfangseinrichtung
TX/RX umfaßt ein Strahlformungsnetzwerk, in dem das Sende
signal sk(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 sk(t) mit einer Komponente wm (k)
eines Gewichtungsvektors w(k) multipliziert, der der empfan
genden Teilnehmerstation MSk zugeordnet ist. Die Ausgangs
signale der jeweils einem Antennenelement Am, m = 1, . . ., M
zugeordneten Multiplizierer M werden von einem Addierer ADm,
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, . . ., AM erreichen. Eine zu dem beschrie
benen Strahlformungsnetz analoge Struktur, die in der Figur
nicht eigens dargestellt ist, ist zwischen den Antennenele
menten A1, A2, . . ., AM 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, . . ., AEM
und fügt diese Impulsantworten in der z. B. aus der zitierten
DE 198 03 188 bekannten Weise zu einer räumlichen Kovarianz
matrix Rxx 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 Rxx 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 Rxx 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 Rxx 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 Rxx 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)Rxxi,
wobei ()i jeweils die i-te gemittelte Kovarianzmatrix be
zeichnet, (Rxx)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 Rxx 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.
Zum einen eignet es sich für eine völlig unbewegte Teilneh merstation, die keinem schnellen Fading ausgesetzt ist, d. h., eine Teilnehmerstation, deren aktuelle Kovarianzmatrizen Rxx 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 cmess den zeitlichen Verlauf des von
der Teilnehmerstation gemessenen Werts der Komponente c, und
eine fette durchgezogene Linie csteu 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 cmess den Wert 7 erreicht. Die Teilneh
merstation überträgt die Differenz +4 zwischen den zwei Meß
werten an die Basisstation, die daraufhin csteu = 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 csteu = 10 gesetzt. Bei t = 3 ist cmess praktisch unverändert
geblieben und die Differenz 0 wird übertragen; auch csteu
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
(cmess) 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 cmess ≈ 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 csteu der Komponente c
ebenfalls um 1 erhöht.
Zum Zeitpunkt t = 2 beträgt cmess 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 csteu ebenfalls dekremen
tiert. Der in der Teilnehmerstation gespeicherte Wert und
csteu sind somit immer gleich.
Zum Zeitpunkt t = 3 ist cmess auf 5,2 gefallen. Da der gespei
cherte Wert 5 ist, wird dennoch eine Zunahme erkannt, und
csteu wird auf 6 inkrementiert.
Man erkennt, daß bei dieser zweiten Methode csteu immer um
cmess oszilliert, wenn cmess sich nur unwesentlich ändert. Der
Vorteil der Methode liegt darin, daß in jeder Initialisie
rungsphase nur ein Bit zur Übertragung der Änderung von csteu
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 csteu zu
übertragen.
Ab t = 6 beginnt cmess, schnell anzuwachsen und hat bei t = 7 etwa
den Wert 8 erreicht. Zum gleichen Zeitpunkt kann csteu nur auf
den Wert 6 inkrementiert werden, es kommt also zu einer deut
lichen Abweichung zwischen den zwei Werten. Um einem Ausein
anderdriften von cmess und csteu im Falle einer schnellen Ände
rung von cmess 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. csteu wird in kurzen Zeitabständen inkrementiert, bis
zum Zeitpunkt 7 5 csteu cmess überholt hat.
Aus der Dekrementierung von csteu zum Zeitpunkt t = 76 = 8 fol
gert die Teilnehmerstation, daß die Phase des schnellen An
stiegs von cmess 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 sk(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), . . ., wM (k,a) gewichtet,
additiv überlagert und ausgestrahlt. Die einzelnen Antennen
elemente A1, . . . AM 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 AM) aufweist, die ein
Downlinksignal jeweils gewichtet mit Koeffizienten wi,
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.
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