DE10320325A1 - Verfahren zur Übertragung von Kommunikatioanssignalen über ein System mit mehreren Sende- und Empfangselementen - Google Patents
Verfahren zur Übertragung von Kommunikatioanssignalen über ein System mit mehreren Sende- und EmpfangselementenInfo
- Publication number
- DE10320325A1 DE10320325A1 DE10320325A DE10320325A DE10320325A1 DE 10320325 A1 DE10320325 A1 DE 10320325A1 DE 10320325 A DE10320325 A DE 10320325A DE 10320325 A DE10320325 A DE 10320325A DE 10320325 A1 DE10320325 A1 DE 10320325A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- transmission
- data stream
- matrix
- data streams
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 52
- 230000009466 transformation Effects 0.000 title claims abstract description 32
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims description 8
- 238000000844 transformation Methods 0.000 title description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 38
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 32
- 230000001629 suppression Effects 0.000 claims description 5
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000007476 Maximum Likelihood Methods 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005562 fading Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
- H04L1/004—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
- H04L1/0045—Arrangements at the receiver end
- H04L1/0047—Decoding adapted to other signal detection operation
- H04L1/005—Iterative decoding, including iteration between signal detection and decoding operation
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
- H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
- H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
- H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
- H04L1/02—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by diversity reception
- H04L1/06—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by diversity reception using space diversity
- H04L1/0618—Space-time coding
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
- H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
- H04L1/004—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
- H04L1/0056—Systems characterized by the type of code used
- H04L1/0071—Use of interleaving
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Radio Transmission System (AREA)
Abstract
Der Erfindung, die ein Verfahren zur Übertragung von Kommunikationssignalen über ein System mit mehreren Sende- und Empfangselementen betrifft, bei dem ein zu übertragender Gesamtdatenstrom in unabhängige Datenströme geteilt wird, daraus ein Sendesignal erzeugt und nach einer Modulation über mehrere Sendeelemente ausgestrahlt und von einem Empfänger über mehrere Empfangselemente als Empfangssignal empfangen wird, wonach das Empfangssignal einer Interferenzunterdrückung unterzogen wird und danach daraus Datenströme detektiert werden, liegt die Aufgabe zugrunde, ein Übertragungsverfahren für eine beliebige Antennenanzahl anzugeben, bei dem ein Ratenverlust für Systeme mit mehr als zwei Antennen vermieden wird. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Datenströme einer ersten und einer zweiten Orthogonaltransformation für jeden Datenstrom und durch eine zweite Orthogonaltransformation unterzogen und über alle Sendeelemente ausgestrahlt wird. Das Empfangssignal wird vor einer Detektion der empfängerseitigen Datenströme aus dem Empfangsvektor einer Multiplikation mit einer von einer Kanalübertragungsmatrix abhängigen Wichtungsmatrix unterzogen.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Kommunikationssignalen über ein System mit mehreren Sende- und Empfangselementen, bei dem ein zu übertragender Gesamtdatenstrom in unabhängige Datenströme geteilt wird, daraus ein Sendesignal erzeugt, nach einer Modulation über mehrere Sendeelemente ausgestrahlt und von einem Empfänger über mehrere Empfangselemente als Empfangssignal empfangen wird, wonach das Empfangssignal einer Interferenzunterdrückung unterzogen wird und danach daraus Datenströme detektiert werden.
- Eine wichtige Aufgabe zukünftiger Mobilfunksysteme ist die Bereitstellung von Diensten mit hohen Datenraten. Um diese Anforderungen zu erfüllen, ist eine bessere Auslastung der begrenzten Funkressourcen notwendig, als es in gegenwärtigen Mobilfunknetzen der Fall ist. Systeme mit mehreren Antennen sowohl am Sender als auch am Empfänger bieten die Möglichkeit einer Steigerung der spektralen Effizienz durch die Nutzung räumlicher Kanaleigenschaften. Daher wird gegenwärtig der Einsatz solcher sogenannter MIMO-Systeme (MIMO = Multiple-Input- Multiple-Output) in den Funknetzen der dritten Generation und in künftigen WLAN-Standards (WLAN = wireless local area network = drahtloses, lokales Netz) diskutiert.
- Ein wichtiges Verfahren zur Verbesserung der Empfangsbedingungen und somit einer möglichen Steigerung der Datenrate einer Kommunikationsverbindung stellen Space-Time-Codes (STC) dar. Ziel dieses Verfahrens ist die Verbesserung der Kanaleigenschaften durch die gezielte Ausnutzung von räumlicher Diversität durch den Einsatz mehrerer Sendeantennen. Beim STC handelt es sich um ein Verfahren mit nur einem gleichzeitig übertragenen Datenstrom (Layer). Wirtschaftlich interessant ist der Einsatz von Space-Time-Codes z. B. im Downlink (Senden von der Basisstation zum mobilen Nutzer) eines Mobilfunksystems, da sich ein erhöhter Implementierungs-Aufwand nur auf die Basisstationen erstreckt und damit eine höhere Kapazität für den Downlink des zellularen Netzes erreicht werden kann.
- In der Familie der Space-Time-Codes werden zwei Ansätze unterschieden: Space-Time-Block-Codes (STBC) und Space-Time-Trellis- Codes (STTC).
- Space-Time-Block-Codes werden in Alamouti, S. M.: "A simple transmit diversity technique for wireless communications", "IEEE Journal on Selected Areas in Communication", 16(8): 1451-1458, 1998 beschrieben. Sie sind lineare Signalisierungsverfahren, welche gleichzeitig unterschiedliche Signale von mehreren Sendeantennen aussenden. Die dadurch entstehende Interferenz kann durch Hinzufügen von Redundanz, d. h. wiederholtes Aussenden der gleichen Signale nach einem bestimmten "Codierschema", und einer entsprechenden Decodierung am Empfänger vollständig unterdrückt werden. Durch STBC wird ausschließlich ein Diversitätsgewinn, basierend auf der im Kanal ggf. vorhandenen, räumlichen Senderdiversität, erreicht.
- Space-Time-Trellis-Codes (STTC), wie sie bei Tarokh, V., H. Jafarkhani, A. R. Calderbank: "Space-time codes from orthogonal designs", "IEEE Transactions on Information Theory", 45(5), 1456-1467, 1999 beschrieben sind, stellen eine räumliche Erweiterung von Trellis-Codes dar, welche vorhandene, räumliche Senderdiversität mittels Trelliscodierung erschließen. Durch STTC wird zusätzlich zu dem räumlichen Diversitätsgewinn ein Codiergewinn durch die Eigenschaften der Trelliscodierung erzielt.
- Aufgrund der festen Verknüpfung von Codier- und Diversitätsgewinn haben sich Space-Time-Trellis-Codes derzeit noch nicht überzeugend durchsetzen können. Alternativ wird häufig eine Verknüpfung eines beliebigen Codierverfahrens und anschließender Space-Time-Blockcodierung (STBC) angewandt, z. B. mit Turbo- Codes, wie dies bei Bauch, G.: "Turbo-Entzerrung und Sendeantennen-Diversity mit Space-Time-Codes im Mobilfunk", "Fortschritts- Berichte, VDI", Reihe 10, Nr. 660 2001 beschrieben ist.
- Ein STBC für 2 Sendeantennen wurde 1998 erstmals bei Alamouti (s.o.) vorgestellt. Diese einfache Form der Signalisierung ist allerdings auf 2 Sendeantennen beschränkt. Diese Idee wurde von Tarokh (s.o.) aufgegriffen und auf eine beliebige Anzahl von Sendeantennen erweitert. Gleichzeitig stellte sich allerdings heraus, dass für eine beliebige Anzahl (MTx > 2) von Sendeantennen ein Ratenverlust auftritt. D. h., zum vollständigen Unterdrücken der durch gleichzeitiges Senden verschiedener Sendesymbole entstehenden Interferenz zwischen den einzelnen Sendesignalen sind Ns > MTx Signalisierungszeitpunkte erforderlich. Das erste bekannte MIMO-Verfahren, bei dem eine parallele Übertragung mehrerer Datenströme erfolgt, wurde bei Foschini, G. J.: "Layered space-time architecture for wireless communication in a fading environment when using multi-element antennas", "Beil Labs Technical Journal", 1996 beschrieben. Die Nutzung mehrerer parallel abgestrahlter Datenströme ergibt eine erheblich größere Datenrate, verglichen mit dem Einsatz von STC. Aus diesem Ansatz wurde eine ganze Familie ähnlicher Algorithmen, sogenannter BLAST-Algorithmen (BLAST = Beil Laboratories Layered Space- Time) entwickelt.
- Die Familie der BLAST-Algorithmen hat zum Ziel, die Datenrate einer Kommunikations-Verbindung durch den Einsatz von MIMO- Techniken zu erhöhen. Zwei der wichtigsten Vertreter der BLAST- Algorithmen sind der D-BLAST- und der V-BLAST-Algorithmus.
- Beim Diagonal-BLAST (D-BLAST) wird zunächst der Gesamtdatenstrom in 24 Datenströme, die sogenannten "Layer", aufgeteilt. Jeder dieser Layer wird unabhängig von allen anderen mit einem Fehlerschutzcode (z. B. einem Faltungscode) versehen. Die dadurch entstehenden, codierten Datenblöcke werden jeweils in MTx gleich große Subblöcke aufgeteilt. Jeder dieser Subblöcke wird nacheinander über jeweils eine andere Sendeantenne gesendet. Ein Kanal mit unabhängigem Schwund am Sender wird durch das Wechseln der Sendeantenne innerhalb des Codeworts in einen sich schnell ändernden Kanal transformiert. Diese Signalisierung in Verbindung mit der Decodierung ermöglicht die Nutzung der Senderdiversität am Empfänger.
- Die verbleibenden Layer werden ebenso über die einzelnen Antennen verteilt, nur in einer anderen Reihenfolge. Letztlich ergibt sich ein Bild von diagonal verlaufenden Subblöcken, die jeweils die codierten Daten eines Layers repräsentieren. Somit wird die Namensgebung dieses Verfahrens verständlich. Charakteristisch für das D-BLAST-Verfahren ist, dass sich der Gewinn durch Senderdiversität erst nach der Decodierung zeigt.
- Da sich die praktische Realisierung des D-BLAST-Verfahrens als sehr aufwendig erwiesen hat, wurde ein einfacheres BLAST- Verfahren bei Wolniansky, P. W., G. J. Foschini, G. D. Golden, R. A. Valenzuela: "V-BLAST: An architecture for realizing very high data rates over the rich-scattering wireless channel", International Symposium on Signals, Systems and Electronics ISSSE 98, 295-300, 1998 vorgeschlagen. Bei diesem Verfahren werden die Signalströme der einzelnen Datenströme direkt über die jeweiligen Antennen gleichzeitig gesendet. Die Datenströme werden unabhängig voneinander codiert. Das entstehende System kann auch als ein synchrones Mehrnutzer-System aufgefasst werden, bei dem jeder Nutzer (Datenstrom) einen anderen Kanal nutzt. Somit kann die vorhandene Senderdiversität nicht mehr für die einzelnen Datenströme genutzt werden, da jeder Strom nur über eine Kanalrealisierung übertragen wird. Das ist gleichzeitig der wichtigste Unterschied zum D-BLAST-Konzept. Die fehlende Senderdiversität hat eine entsprechend geringere Leistungsfähigkeit des Verfahrens zur Folge.
- Für die MIMO-Verfahren mit mehreren Datenströmen kann sich unter bestimmten Bedingungen die Notwendigkeit ergeben, eine entsprechend geringere Anzahl von Datenströmen parallel zu übertragen. Es liegt in der Charakteristik der BLAST-Verfahren begründet, dass die "Abschaltung" einzelner Datenströme gleichbedeutend mit dem Auslassen einer Sendeantenne (V-BLAST) ist, bzw. das zeitweise eine Antenne nicht zur Übertragung genutzt wird (D-BLAST). Das wiederum hat eine Verringerung der erzielbaren Senderdiversität zur Folge.
- Die Grundidee der sogenannten Multi-Stratum-Verfahren ist die vollständige Erschließung der Sendediversität für alle Datenströme. Dadurch ergibt sich insgesamt eine höhere Leistungsfähigkeit. Die Ausnutzung der vollen Sendediversität macht diesen Ansatz gleichzeitig robust in sich zeitlich ändernden Kanalszenarien. Dies ist in Wachsmann, U., J. Thielecke, H. Schotten: "Capacity-achieving coding for MIMO-channels: multi-stratum space-time coding", IEEE Proc. Vehicular Technology Conference, 2001 aber auch in der EP 1195 937 A1 und der EP 1195 937 A1 beschrieben.
- Ein Multi-Stratum-Space-Time-Code, als ein Vertreter der Multi- Stratum-Verfahren nutzt die bekannten Space-Time-Block-Codes (STBC) und erweitert deren Anwendung auf MIMO-Systeme mit mehreren parallel abgestrahlten Datenströmen. Das Ziel ist es, die einzelnen Datenströme Raum-Zeit-codiert zu übertragen. Dadurch wird sichergestellt, dass jeder Datenstrom von allen Antennen gleichzeitig ausgesendet wird. Der eingesetzte STBC ermöglicht die vollständige Erschließung der vorhandenen Senderdiversität. Die parallel gesendeten Datenströme werden durch eine kanalunabhängige, zeitliche Orthogonaltransformation an den einzelnen Antennen zusammengefasst. Somit lässt sich das Signalgemisch aus zeitgleich ausgesendeten Signalen am Empfänger wieder trennen. Ein gravierender Nachteil der Multi-Stratum-Space-Time- Code-Systeme stellt die Tatsache dar, dass die verwendeten Space-Time-Block-Codes für mehr als 2 Sendeantennen einen Ratenverlust aufweisen. Dieser Ratenverlust führt zu einer Verringerung der Leistungsfähigkeit.
- Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Übertragungsverfahren für eine beliebige Antennenanzahl anzugeben, bei dem ein Ratenverlust für Systeme mit mehr als zwei Antennen vermieden wird.
- Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Gesamtdatenstrom zunächst in M unabhängige Datenströme mit 1 ≤ M ≤ MTx geteilt wird. Diese Datenströme, die auch Strata genannt werden, können unabhängig codiert und zeitlich interleaved werden.
- Nach dem Symbolmapping wird der Sendesignalvektor s durch eine erste Orthogonaltransformation für jeden Datenstrom, mittels der das Signal über alle MTx Sendeelemente gespreizt wird und durch eine zweite Orthogonaltransformation, welche die mit der ersten Orthogonaltransformation transformierten M Datenströme für die einzelnen Sendeelemente zusammenfasst, erzeugt und über alle MTx Sendeelemente ausgestrahlt wird. Der Sendesignalvektor s(n) umfasst die Sendesignale für jedes Sendeelement von NS aufeinander folgenden Sendezeitpunkten. Das Verfahren ist im allgemeinen für die Ausstrahlung durch Sendeelemente beschrieben, die insbesondere Sendeantennen darstellen.
- Empfängerseitig werden die Signale durch Empfangselemente, insbesondere Empfangsantennen aufgenommen. Das Empfangssignal wird als Empfangsvektor r(n) vor einer Detektion der M Datenströme aus dem Empfangsvektor einer Multiplikation mit einer von einer Kanalübertragungsmatrix abhängigen Wichtungsmatrix unterzogen.
- Somit entsteht eine zweidimensionale Orthogonaltransformation entlang der Sendeelemente sowie entlang der Zeitbasis. Der Vorteil einer solchen allgemeinen Definition der Multi-Stratum- Codes ist die Flexibilität in der Anzahl der Sendeantennen und der Anzahl der zu übertragenen Datenströme. Für die Anzahl der Datenströme gelte: M ≤ min (MTx, MRx). Dieses Übertragungsverfahren kann auf eine beliebige Anzahl Sendeantennen verallgemeinert werden. Im Vergleich mit den Stand der Technik beschriebenen Verfahren wird der durch die Verwendung der Space-Time- Block-Codes resultierende Ratenverlust vermieden und somit die Kanalkapazität besser erschlossen. Dieser Vorteil zeigt sich bei der Verwendung von mehr als zwei Sendeantennen.
- In zwei Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens ist entweder vorgesehen, dass der Gesamtdatenstrom demultiplext und anschließend einer Bit-Interleaved Coded Modulation (BICM) unterzogen wird oder dass der Gesamtdatenstrom einer Bit-Interleaved Coded Modulation (BICM) unterzogen und anschließend demultiplext wird.
- Dabei werden die zu übertragenden, binären Daten in die M Datenströme unterteilt, die unabhängig voneinander codiert und interleaved werden. Vorher oder anschließend wird eine entsprechende Anzahl von Datenbits zu einem komplexen Datensymbol zusammengefasst. Die Coderaten der einzelnen Datenströme können unterschiedlich oder gleich gewählt werden. Sind Informationen über den MIMO-Kanal am Sender verfügbar, ist eine entsprechende Ratenadaption möglich und sinnvoll.
- Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zu einem Zeitpunkt n das Sendesignal s(n) mit einem Datensymbolvektor xm(n) des m-ten Datenstromes und der Transformationsmatrix Mm erzeugt wird mit:
wobei die Transformationsmatrix Mm durch die erste und die zweite Orthogonaltransformation erzeugt ist und der Datensymbolvektor xm(n) des m-ten Datenstromes Ks aufeinander folgende Datensymbole umfasst. - Im Folgenden wird auf die Konstruktion der entsprechenden Transformationsmatrizen Mm eingegangen.
- Eine allgemeine, lineare Orthogonaltransformation von MTx Signalwerten sei durch eine Transformationsmatrix D(M Tx) repräsentiert:
- Weiterhin sei Dm eine Diagonalmatrix, welche den m-ten Spaltenvektor der Transformationsmatrix D(M Tx) als Hauptdiagonal besitzt:
- Der Operator (Dm) ↓ n beschreibe eine einfache Matrizenoperation, bei der die Zeilen der Matrix Dm so verschoben werden, dass sie um m Positionen nach unten verrückt werden und die unten aus der Matrix "herausfallenden" Zeilen oberhalb der ersten Zeile eingefügt werden, wie am Beispiel einer Verschiebung um 2 durch (Dm) ↓ 2 veranschaulicht werden soll:
- Diese horizontale Rotation der Matrix um m Positionen dient als mathematisches Hilfsmittel zur Beschreibung der Vorschrift, dass innerhalb eines Transformationsblocks mit MTx Signalwerten alle Signale eines Datenstroms über jede der Sendeantennen genau einmal übertragen werden. Die Transformationsmatrix Mm des m-ten Datenstroms erhält man durch die Kombination der schon beschriebenen zwei Orthogonaltransformationen:
- Die Matrizen (Dm) ↓ n repräsentieren die räumliche Orthogonaltransformation, wobei die angewandte Matrixrotation (•) ↓ n die Permutation der Signale des Datenstroms über alle Sendeelemente zur Folge hat. Diese Permutation stellt somit sicher, dass die Diversität des Kanals durch das erfindungsgemäße Verfahren ausgenutzt werden kann. Die Multiplikation mit den Koeffizienten dnm wiederum ist Teil der zweiten Orthogonaltransformation der Datenströme untereinander. Diese Transformation ermöglicht eine spätere Trennung der unterschiedlichen Datenströme am Empfänger. Prinzipiell können alle bekannten Orthogonaltransformationen verwendet werden.
- In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass mit einer erweiterten Kanalübertragungsmatrix ≙, die sich aus:
ergibt, wobei H eine Kanalübertragungsmatrix darstellt, die sich aus einzelnen Kanalübertragungsparametern h zusammensetzt mit:
die Kanalmatrix C1 erzeugt wird mit C1 = ≙M1. - Diese Kanalmatrix C1 mit der Dimension [MRxNs × Ks] enthält die Charakteristika der Orthogonaltransformationen des Datenstromes sowie des Übertragungskanals.
- In einer weiteren, bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Wichtungsmatrix das Kriterium eines minimalen, quadratischen Fehlers (MMSE-Kriterium) erfüllt.
- Dabei kann die Wichtungsmatrix Wm für Signale mit einer Sendeleistung Ps mit:
eingesetzt werden. - Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die Wichtungsmatrix Wm unter Berücksichtigung einer Rauschleistung σ 2|n und der Sendeleistung Ps mit:
eingesetzt wird. - Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt:
- Fig. 1 das Prinzip einer erfindungsgemäßen Multi-Stratum- Permutation-Codierung;
- Fig. 2 das Prinzip der zweifachen Orthogonaltransformation zweier Datenströme für zwei Sendeantennen unter Verwendung der Hadamard-Transformation als Orthogonalitätstransformation und
- Fig. 3 den prinzipiellen Aufbau eines MTMO-Empfängers für das erfindungsgemäße Verfahrens.
- Wie in den Zeichnungen dargestellt, ist in dem Ausführungsbeispiel ein System mit 2 Sende- und 2 Empfangsantennen als Sende- und Empfangselemente angegeben. Es können in diesem Fall maximal 2 Datenströme x0, x1 übertragen werden. Für beide Orthogonaltransformationen wird in diesem Beispiel eine Hadamard- Transformation verwendet. Somit ergibt sich:
- Der Sendesignalvektor s(n) kann nun wie folgt ausgedrückt werden:
- In Fig. 2 ist das Prinzip der zweifachen Orthogonaltransformation der beiden Datenströme anschaulich dargestellt.
- Das in Fig. 3 dargestellte Empfängerkonzept für das hier beschriebene MIMO-Verfahren ist denen von Mehrnutzerempfängern und den BLAST-Systemen sehr ähnlich. Im Prinzip ist das Problem der Detektion unterschiedlicher Datenströme mit dem Problem der Detektion unterschiedlicher Nutzer vergleichbar.
- Da sich alle gesendeten Datensignale die gleiche physikalische Ressource teilen und keine Information über die Kanalmatrix am Sender vorhanden ist, entstehen zwangsläufig Interferenzen zwischen den einzelnen Datenströmen. Die Empfängerkonzepte müssen daher entsprechende Möglichkeiten nutzen, um diese Interferenz zu unterdrücken. Dies kann z. B. mit Hilfe eines sogenannten Empfängers mit sukzessiver Interferenzunterdrückung erreicht werden. Dabei werden die unterschiedlichen Datenströme nacheinander decodiert. Die Symbolentscheidungen bereits detektierter Datenströme werden dann aus dem Empfangssignal subtrahiert, womit sich (bei korrekter Entscheidung) eine Verringerung der Interferenz ergibt.
- Die Wirkung dieses Algorithmus beruht allerdings auf der Unterschiedlichkeit der Sicherheiten der verschiedenen Symbolentscheidungen. Dies kann durch die Verwendung unterschiedlich starker Fehlerschutzcodierung der einzelnen Datenströmen erreicht werden. Man beginnt dann am Empfänger mit dem Datenstrom, welcher die geringste Coderate aufweist und somit vom Fehlerschutz am meisten profitiert. Dieser Datenstrom kann am sichersten entschieden werden. Nun wird die sukzessive Interferenzunterdrückung für die folgenden Datenströme zu einer schrittweisen Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses führen. Daher können die Nettodatenraten für jeden sukzessiv detektierten Datenstrom ansteigen.
- Vor der Detektion eines Datenstroms kann eine lineare Interferenzunterdrückung vorgenommen werden. Dies geschieht durch eine Multiplikation mit einer Wichtungsmatrix Wm, welche das Kriterium eines minimalen, quadratischen Fehlers erfüllt.
- Fig. 3 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Empfängers mit sukzessiver Interferenzunterdrückung. Alternativ sind auch andere, bekannte Empfängeralgorithmen, wie z. B. ein Maximum-Likelihood- Empfänger, möglich.
Claims (8)
1. Verfahren zur Übertragung von Kommunikationssignalen über
ein System mit mehreren Sende- und Empfangselementen, bei
dem ein zu übertragender Gesamtdatenstrom in unabhängige
Datenströme geteilt wird, daraus ein Sendesignal erzeugt und
nach einer Modulation über mehrere Sendeelemente
ausgestrahlt und von einem Empfänger über mehrere
Empfangselemente als Empfangssignal empfangen wird, wonach das
Empfangssignal einer Interferenzunterdrückung unterzogen wird und
danach daraus Datenströme detektiert werden, dadurch
gekennzeichnet,
dass der Gesamtdatenstrom in M unabhängige Datenströme mit 1 ≤ M ≤ MTx geteilt wird,
dass der Sendesignalvektor s durch eine erste Orthogonaltransformation für jeden Datenstrom, mittels der das Signal über alle Sendeelemente gespreizt wird und durch eine zweite Orthogonaltransformation, die die mit der ersten Orthogonaltransformation transformierten Datenströme für die einzelnen Sendeelemente zusammenfasst, erzeugt wird und über alle MTx Sendeelemente ausgestrahlt wird,
dass das Empfangssignal als Empfangsvektor r(n) vor einer Detektion der M empfängerseitigen Datenströme aus dem Empfangsvektor einer Multiplikation mit einer von einer Kanalübertragungsmatrix abhängigen Wichtungsmatrix unterzogen wird.
dass der Gesamtdatenstrom in M unabhängige Datenströme mit 1 ≤ M ≤ MTx geteilt wird,
dass der Sendesignalvektor s durch eine erste Orthogonaltransformation für jeden Datenstrom, mittels der das Signal über alle Sendeelemente gespreizt wird und durch eine zweite Orthogonaltransformation, die die mit der ersten Orthogonaltransformation transformierten Datenströme für die einzelnen Sendeelemente zusammenfasst, erzeugt wird und über alle MTx Sendeelemente ausgestrahlt wird,
dass das Empfangssignal als Empfangsvektor r(n) vor einer Detektion der M empfängerseitigen Datenströme aus dem Empfangsvektor einer Multiplikation mit einer von einer Kanalübertragungsmatrix abhängigen Wichtungsmatrix unterzogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass der Gesamtdatenstrom
demultiplext und anschließend einer Bit-Interleaved Coded
Modulation (BICM) unterzogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass der Gesamtdatenstrom einer Bit-
Interleaved Coded Modulation (BICM) unterzogen und
anschließend demultiplext wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass zu einem Zeitpunkt n das
Sendesignal s(n) mit einem Datensymbol xm(n) des m-ten
Datenstromes und der Transformationsmatrix Mm erzeugt wird mit:
wobei die Transformationsmatrix Mm durch die erste und die zweite Orthogonaltransformation erzeugt ist.
wobei die Transformationsmatrix Mm durch die erste und die zweite Orthogonaltransformation erzeugt ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, dass mit einer erweiterten
Kanalübertragungsmatrix ≙, die sich aus:
ergibt, wobei H eine Kanalübertragungsmatrix darstellt, die sich auch einzelnen Kanalübertragungsparametern h zusammensetzt mit:
die Kanalmatrix C1 erzeugt wird mit C1 = ≙M1.
ergibt, wobei H eine Kanalübertragungsmatrix darstellt, die sich auch einzelnen Kanalübertragungsparametern h zusammensetzt mit:
die Kanalmatrix C1 erzeugt wird mit C1 = ≙M1.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die Wichtungsmatrix das
Kriterium eines minimalen, quadrischen Fehlers (MMSE-
Kriterium) erfüllt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, dass die Wichtungsmatrix Wm bei
Signalen mit einer Sendeleistung Ps mit:
eingesetzt wird.
eingesetzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, dass die Wichtungsmatrix Wm unter
Berücksichtigung einer Rauschleistung σ
2|n mit einer
Sendeleistung Ps mit:
eingesetzt wird.
eingesetzt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10320325A DE10320325B4 (de) | 2002-05-08 | 2003-05-06 | Verfahren zur Übertragung von Kommunikatioanssignalen über ein System mit mehreren Sende- und Empfangselementen |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10221821.8 | 2002-05-08 | ||
DE10221821 | 2002-05-08 | ||
DE10320325A DE10320325B4 (de) | 2002-05-08 | 2003-05-06 | Verfahren zur Übertragung von Kommunikatioanssignalen über ein System mit mehreren Sende- und Empfangselementen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10320325A1 true DE10320325A1 (de) | 2003-11-27 |
DE10320325B4 DE10320325B4 (de) | 2009-09-10 |
Family
ID=29285472
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE10320325A Expired - Fee Related DE10320325B4 (de) | 2002-05-08 | 2003-05-06 | Verfahren zur Übertragung von Kommunikatioanssignalen über ein System mit mehreren Sende- und Empfangselementen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10320325B4 (de) |
-
2003
- 2003-05-06 DE DE10320325A patent/DE10320325B4/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE10320325B4 (de) | 2009-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69833780T2 (de) | Maximal-wahrscheinlichkeitsdetektion von verketteten raum/zeit kodes für schnurlose anwendungen mit sender-diversity | |
DE60035439T2 (de) | Differenzielle raum-zeitblockcodierung | |
DE60017836T2 (de) | Drahtloses System mit Mehrfachsendeantennenanordnung mit Kombination van Sende-Diversity mit offenem Regelkreis und mit geschlossenem Regelkreis | |
DE60224672T2 (de) | Übertragungsverfahren und einrichtung in einem funkkommunikationsnetz | |
DE60033320T2 (de) | Verkettete raum-zeit-kodierung | |
DE60219435T2 (de) | Verfahren und system zum iterativen kodieren/dekodieren eines stroms von durch raumzeitkodierte kombinierungen digitaler daten, für mehrfaches senden und empfangen | |
DE602004013462T2 (de) | Broadcast-übertragung mit räumlicher spreizung in einem mehrantennen-kommunikationssystem | |
DE60225263T2 (de) | Funkkommunikationssystem | |
DE10237868B4 (de) | Einrichtung und Verfahren zum Senden und Empfangen von Daten unter Verwendung einer Antennengruppe in einem Mobilkommunikationssystem | |
DE10254384B4 (de) | Bidirektionales Signalverarbeitungsverfahren für ein MIMO-System mit einer rangadaptiven Anpassung der Datenübertragungsrate | |
DE69929788T2 (de) | Verfahren und vorrichtung zur diversitätsübertragung | |
DE60106970T2 (de) | Einfache raum-zeit block-sendediversität mit mehreren spreizcodes | |
DE202008018331U1 (de) | Vorrichtung zum Ermöglichen einer schnellen Decodierung von Übertragungen mit mehreren Codeblöcken | |
DE60312325T2 (de) | Verfahren zum Senden von Daten in einem Telekommunikationssystem mit wenigstens einem Sender und wenigstens einem Empfänger mit wenigstens einer Empfangsantenne | |
DE69936044T2 (de) | Dekodierung von raum-zeit-kodierten signalen für drahtlose kommunikation | |
DE602004001576T2 (de) | Verfahren zum Übertragen von Daten in einem Telekommunikationssystem mit wenigstens einem Sender | |
DE60037759T2 (de) | Verfahren zur Raum-Zeit-Kodierung sowie entsprechender Sender | |
DE60318291T2 (de) | Vorrichtung und Verfahren zum Senden und Empfangen von kodierten Signalen mit mehreren Antennen in Mobilkommunikationssystemen | |
DE102006002696B4 (de) | Verfahren zur Codierung von Datensymbolen | |
DE60311247T2 (de) | Diagonalgeschichtete mehrfachantennenübertragung für frequenzselektive kanäle | |
DE10320325B4 (de) | Verfahren zur Übertragung von Kommunikatioanssignalen über ein System mit mehreren Sende- und Empfangselementen | |
EP1917752B1 (de) | Verfahren und sendevorrichtung zum kodieren von daten mit einem differenziellen raum-zeit-blockcode | |
DE60320250T2 (de) | Verfahren zum Übertragen von Daten in einem Telekommunikationssystem | |
DE10142404B4 (de) | Verfahren zur Funkübertragung von digitalen Nachrichtensignalen | |
DE102005053714B4 (de) | Interleaver sowie Deinterleaver für MIMO-Mehrfachantennensysteme |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: SIGNALION GMBH, 01099 DRESDEN, DE |
|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |