DE112005002433T5

DE112005002433T5 - Bestimmen der räumlichen Energiezuteilung und Bitladung für ein MIMO-OFDM-System ohne Rückführungsinformation über den Kanal

Info

Publication number: DE112005002433T5
Application number: DE112005002433T
Authority: DE
Inventors: Ada San Leandro Poon
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2007-08-16
Also published as: CN101036362B; US20060067428A1; HK1099969A1; TWI337815B; CN101036362A; TW200627830A; US7577209B2; WO2006039614A1; GB2432084A; GB2432084B; GB0701546D0

Abstract

Leistungszuteilungs- und Bitbeladungsverfahren zur Anwendung in einem Mehreingangs-Mehrausgangs-System (MIMO-System), umfassend:
Wählen eines Kanalmodells für eine ausgewählte Installationsumgebung;
Berechnen erwarteter Werte für die Raumkanalverstärkungen auf der Basis des Kanalmodells;
Ausführen der Water Filling-Leistungszuteilung über die erwarteten Verstärkungswerte, um Signal-Rausch-Verhältnisse (SNRs) für Raumkanäle zu bestimmen;
Ausführen der Bitbeladung auf der Basis der SNRs der Raumkanäle.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft allgemein die drahtlose Kommunikation und, spezieller, Verfahren zur Ausführung der Leistungszuteilung und Bitbeladung (bit loading) in MIMO-Systemen mit Rückführung.
STAND DER TECHNIK
Mehreingangs-Mehrausgangs-Verfahren (MIMO-Verfahren) stellen ein Funkverbindungsverfahren dar, bei dem sowohl ein Sender als auch ein Empfänger mehrere Antennen zur drahtlosen Kommunikation miteinander verwenden. Durch die Verwendung mehrerer Antennen beim Sender und Empfänger kann ein Vorteil aus der Raumdimension in einer Weise gezogen werden, die das Gesamtverhalten der drahtlosen Verbindung verbessert. MIMO kann als Verfahren entweder im offenen Kreis oder im geschlossenen Kreis ausgeführt werden. Beim offenen MIMO besitzt der Sender keine speziellen Informationen über den Zustand des Kanals, bevor Signale an einen Empfänger gesendet werden. Andererseits können beim geschlossenen MIMO kanalbezogene Informationen vom Empfänger zurück zum Sender geführt werden, damit der Sender die Sendesignale vorbereiten kann, bevor sie gesendet werden, damit sie besser an den aktuellen Kanalstatus angepaßt sind. Die Menge an Rückführungsinformationen, die von einem Empfänger an einen Sender in einem System unter Verwendung eines geschlossenen MIMO geliefert werden, kann sehr groß sein, besonders in Systemen, die eine Mehrträgerkommunikation verwenden. Es gibt einen allgemeinen Bedarf an Strategien, um die Rückführungsmenge, die in einem geschlossenen MIMO-System verwendet wird, zu reduzieren.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das eine als Beispiel dienende Frequenzmultiplex (OFDM)-Sendeanordnung mit orthogonalem Frequenzdivisions-Multiplexing (OFDM) illustriert.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine als Beispiel dienende drahtlose Kommunikationsverbindung in einem drahtlosen System auf MIMO-Basis gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
3 ist ein Flußdiagramm, das ein als Beispiel dienendes Verfahren zur deterministischen Ausführung einer Leistungszuteilung und Bitbeladung für einen MIMO-Sender gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
4 ist ein Blockdiagramm, das eine als Beispiel dienende Sendefunktionalität in einem Mehrträger-MIMO-Gerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen verwiesen, die zur Erläuterung die speziellen Ausführungsformen zeigen, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Diese Ausführungsformen werden in ausreichender Detailliertheit beschrieben, damit Fachleute auf dem Gebiet die Erfindung ausführen können. Es versteht sich, daß die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung, obwohl sie unterschiedlich sind, sich nicht notwendigerweise gegenseitig ausschließen. Zum Beispiel kann ein besonderes Merkmal, eine Struktur oder ein Charakteristikum, das hierin in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben wird, innerhalb anderer Ausführungsformen implementiert werden, ohne vom Geist und dem Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen. Außerdem versteht es sich, daß die Lage oder Anordnung einzelner Elemente innerhalb jeder offenbarten Ausführungsform geändert werden können, ohne vom Geist und dem Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung darf daher nicht als Beschränkung aufgefaßt werden, und der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung wird nur durch die angehängten Ansprüche, die geeignet ausgelegt werden, zusammen mit dem vollen Umfang der Äquivalente, zu dem die Ansprüche berechtigen, bestimmt. In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Zahlen in mehreren Ansichten auf dieselbe oder ähnliche Funktionalität.
Mehrträgerkommunikation ist ein Verfahren zum Senden von Daten, das die Daten in mehrere Teile aufteilt und dann die Teile parallel über eine Reihe von relativ schmalbandigen Un terträgern (subcarrier) oder Tönen sendet. Ein Mehrträgerverfahren, das zunehmend populärer wird, ist das orthogonale Frequenzmultiplexing (OFDM), bei dem die verschiedenen Unterträger orthogonal zueinander sind. 1 ist ein Blockdiagramm, das eine als Beispiel dienende Frequenzmultiplex (OFDM)-Sendereinrichtung illustriert. Wie illustriert, kann die OFDM-Sendereinrichtung 10 einen oder mehrere Bitverschachteler 12, einen Kartierer (Mapper) 14, eine Einheit 16 für die inverse diskrete Fourier-Transformation, eine zyklische Präfixeinheit 18 und einen Hochfrequenz (HF)-Sender 24 umfassen. Der HF-Sender 24 kann mit einer oder mehreren Antennen 22 verbunden sein, um das Senden von Signalen in einen externen drahtlosen Kanal zu erleichtern. Der Bitverschachteler 12 bewirkt die Verteilung von Bits in einem Eingabestrom auf die verschiedenen Unterträger des OFDM-Systems. Jede der Ausgaben des Bitverschachtelers 12 kann einem der Unterträger des Systems entsprechen. Der Mapper 14 bildet dann das Bit/die Bits, die mit jedem Unterträger verbunden sind, auf ein entsprechendes Modulationsbit ab, das auf einer besonderen Modulationskonstellation, die verwendet wird, beruht. Die Modulationssymbole, die vom Mapper 14 ausgegeben werden und den Unterträgern des Systems entsprechen, werden den Eingängen des IDFT 16 zugeleitet, der die Symbole aus einer Frequenzbereichsdarstellung in eine Zeitbereichsdarstellung umwandelt. Es kann jede Art von IDFT verwendet werden (z.B. eine inverse schnelle Fourier-Transformation (IFFT) usw.).
Die zyklische Präfixeinheit 18 fügt der Zeitbereichsausgabe des IDFT 16 ein zyklisches Präfix hinzu, so daß ein OFDM-Symbol entsteht. Das zyklische Präfixsymbol wird dem Zeitbereichssignal hinzugefügt, um das Auftreten zum Beispiel der Nachbarzeichenstörung (ISI) und der Differenzträgerstörung (ICI) im System zu reduzieren. Der HF-Sender 20 kann u.a. das OFDM-Symbol aufwärts umsetzen und verstärken, bevor es von der/den Antenne(n) 22 abgestrahlt wird. Es ist zu erkennen, daß die OFDM-Sendereinrichtung 10 von 1 nur ein Beispiel für eine Art von Mehrträger-Senderarchitektur ist, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Andere Mehrträger-Senderarchitekturen können alternativ verwendet werden.
Verschiedene Unterträger in einem gesendeten Mehrträgersignal (z.B. OFDM-Signal usw.) können unterschiedliche Grade des Mehrwege-Fading im drahtlosen Kanal erfahren. Um solche Effekte zu kompensieren, können Leistungszuteilungs- und Bitladeverfahren im Mehrträgersystem implementiert werden. "Leistungszuteilung" bezeichnet Verfahren zum Auswählen von Sendeleistungswerten für Unterträger in einem Mehrträgersystem, das auf Wissen über die entsprechenden Kanäle beruht. Daher kann Unterträgern, die ein stärkeres Fading im Kanal erfahren, mehr Leistung zugeteilt werden, während Unterträgern, die weniger Fading im Kanal erfahren, weniger Leistung zugeteilt wird. "Bitbeladung" bezeichnet Verfahren, die für verschiedene Unterträger verschiedene Modulationsschemata (die verschiedene Zahlen von Bits involvieren) auf der Basis entsprechender Kanalinformationen (z.B. Kanalverstärkungen) verwenden. Daher kann ein Unterträger, der eine höhere Kanalverstärkung hat, ein Modulationsschema höherer Ordnung verwenden, um mehr Bits zu übertragen (z.B. 64-QAM), während ein Unterträger, der eine geringere Kanalverstärkung besitzt, ein Modulationsschema niedrigerer Ordnung verwenden kann, um weniger Bits zu übertragen (z.B. BPSK). In adaptiven Systemen können sich die Leistungszuteilungs- und Bitbeladungseinstellungen kontinuierlich in einem System ändern, das auf sich ändernden Kanalbedingungen beruht. Um eine adaptive Leistungszuteilung und Bitbeladung in einem Mehrträgersystem zu implementieren, müssen momentane kanalbezogene Rückführungsinformationen kontinuierlich von einem empfangenden Gerät an ein sendendes Gerät geliefert werden.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine als Beispiel dienende drahtlose Kommunikationsverbindung 30 in einem drahtlosen System auf MIMO-Basis gemäß einer Abtastfrequenz der vorliegenden Erfindung illustriert. Wie illustriert, kommuniziert ein drahtloser Sender 32 mit einem drahtlosen Empfänger 34 über einen drahtlosen Kanal. Der Sender 32 hat vier Sendeantennen 36, 38, 40, 42, und der Empfänger 34 hat vier Empfangsantennen 44, 46, 48, 50. Der drahtlose Kanal ist ein Mehreingangs-Mehrausgangs-(MIMO)-Kanal. In einem MIMO-System, das eine Mehrträgerkommunikation implementiert, kann jede der Sendeantennen 36, 38, 40, 42 einen entsprechenden Mehrträgersender haben, der damit verbunden ist (z.B. die OFDM-Sendereinrichtung von 1 usw.). Obwohl mit vier Sendeantennen 36, 38, 30 42 und vier Empfangsantennen 44, 46, 48, 50 in 2 illustriert, ist zu erkennen, daß eine Kommunikationsverbindung in einem MIMO-System jede beliebige Zahl (größer als 1) von Sendeantennen und jede beliebige Zahl (größer als 1) von Empfangsantennen umfassen kann.
Die drahtlose Verbindung 30 von 2 kann MIMO-Verfahren mit "geschlossener Schleife" nutzen. Das heißt, der Empfänger 34 kann kanalbezogene Rückführungsinformationen an den Sender 32 senden, damit der Sender 32 diese zur Bildung von Sendesignalen verwenden kann. Dieselben Antennen, die für die Verbindung in Vorwärtsrichtung verwendet werden, können für die Verbindung in umgekehrter Richtung verwendet werden (oder nicht). Durch die Nutzung von Wissen über den Kanal kann der Sender 32 das Sendesignal auf den Kanal in einer Weise zuschneiden, die die Verarbeitung beim Empfänger vereinfach und/oder die Leistung des Empfängers 34 verbessert. Empfänger 34 kann die kanalbezogenen Rückführungsinformationen zum Beispiel durch geeignete Verarbeitung von Trainingssignalen erzeugen, die vom Sender 32 erhalten wurden. Es kann jede Art von Antenne vom Sender 32 und Empfänger 34 verwendet werden, einschließlich zum Beispiel von Dipolen, Mikrostreifenleiterantennen, Wendelantennen, Anntennenfeldern und/oder anderen, einschließlich Kombinationen der oben genannten.
Verschiedene Verfahren zur Bildung von kanalbezogenen Rückführungsinformationen sind im Fachgebiet bekannt. Ein Verfahren zur Bildung von kanalbezogenen Rückführungsinformationen nutzt ein mathematisches Verfahren, das als Singulärwertzerlegung (SVD) bekannt ist. Wenn SVD in Systemen auf MIMO-Basis verwendet wird, kann das gesamte Verfahren als SVD-MIMO bezeichnet werden. In einem System auf MIMO-Basis kann der drahtlose Kanal unter Verwendung einer n_RX × n_TX-Kanalmatrix H beschrieben werden, wobei n_RX die Zahl der Empfangsantennen und n_TX die Zahl der Sendeantennen ist. Unter Verwendung von SVD kann die Kanalmatrix H folgendermaßen zerlegt werden: H = UΣVH dabei sind U und V unitäre Matrizen (d.h. Matrizen mit orthogonalen Spalten und Einheitsamplitude), Σ ist eine diagonale Matrix mit positiven Elementen und V^H ist die Hermitesche Matrix von Matrix V. In dem Kanalmatrixzerlegungsausdruck, der oben dargestellt ist, kann die Matrix V als die strahlbildende Matrix oder Strahlbildungsmatrix (Vorcodierer) bezeichnet werden. Diese Strahlbildungsmatrix V kann im Empfänger 34 bestimmt werden, indem zuerst die Kanalmatrix H (unter Verwendung zum Beispiel der empfangenen Trainingssignale) bestimmt wird und dann die Matrix unter Verwendung der SVD-Verfahren (oder anderer ähnlicher Verfahren) zerlegt wird. Die Strahlbildungsmatrix V kann dann zum Sender 32 zurückgesendet werden, damit sie bei der Erzeugung eines anschließenden Sendesignals verwendet werden kann. In einem Mehrträgersystem kann eine separate Matrix V für jeden Unterträger im System benötigt werden.
Die Elemente der diagonalen Matrix Σ in der zerlegten Kanalmatrix sind als Singulärwerte (oder Eigenwerte) der Kanalmatrix H bekannt. Aktuelle adaptive Leistungszuordnungs- und Bitbeladungssysteme zur Anwendung in MIMO-Systemen bestimmen das Leistungsniveau und die Bitbeladung in jedem Raumkanal auf der Basis der momentanen Matrix Σ für jeden Unterträger. Da die Informationen in einer Σ-Matrix vom Empfänger an den Sender für jeden Unterträger jedes Raumkanals geliefert werden müssen, kann die Gesamtmenge der Rückführungsinformationen für die Ausführung dieser adaptiven Systeme ziemlich groß sein. Inter Verwendung dieses Ansatzes kann für jeden Unterträger jedes Raumkanals im Sender ein anderes Leistungsniveau und eine andere Bitbeladung entwickelt werden. Um die Gesamtmenge an Rückführung zu reduzieren, die zur Ausführung der Leistungszuweisung und der Bitbeladung benötigt wird, kann ein durchschnittliches Σ für jeden der Raumkanäle über alle Unterträger entwickelt werden, und das Leistungsniveau und die Bitbeladung können dann über die Durchschnitte bestimmt werden. Das Leistungsniveau und die Bitbeladung können zum Beispiel bestimmt werden über:
dabei ist K die Zahl der Unterträger. Bei einem solchen Ansatz sind Leistungsniveau und Bitbeladung über alle Töne in jedem Raumkanal dieselben. Das Leistungsniveau und die Bitbeladung können jedoch über die Raumkanäle schwanken. Wenn K groß ist, ähnelt der oben beschrieben Ansatz der Durchführung eines Leistungs-Water Filling und Bitbeladung über den erwarteten Wert von Σ²(k), die Kanalstatistik erster Ordnung (dabei ist k der Unterträgerindex). Daher wird bei einer Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung ein deterministischer Ansatz ergriffen, bei dem die Kanalzuweisung und Bitbeladung a priori in einem System auf MIMO-Basis bestimmt werden, das auf der Statistik des Kanals beruht. Die Verwendung eines solchen Ansatzes entbindet von der Notwendigkeit einer sofortigen Rückkopplung, um die Leistungszuteilung und Bitbeladung auszuführen, wie dies in adaptiven Systemen erforderlich ist. Das heißt, sobald Leistungszuteilung und Bitbeladung für eine bestimmte Kanalumgebung bestimmt sind, ändern sie sich nicht mehr. Da die Bitbeladung sich nicht mit der Zeit ändert, ist die Datenrate für einen bestimmten Raumkanal von Paket zu Paket unveränderlich, was die Konstruktion und Implementierung anderer Elemente innerhalb der Transceiver-Kette, insbesondere den Raum-Frequenz-Verschachteler, vereinfacht.
3 ist ein Flußdiagramm, das ein als Beispiel dienendes Verfahren 60 zur deterministischen Ausführung einer Leistungszuteilung und Bitbeladung für einen MIMO-Sender gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Zuerst wird ein Kanalmodell für eine ausgewählte Installationsumgebung gewählt (Block 62). Erwartete Werte der Raum kanalverstärkungen können dann auf der Basis des gewählten Kanalmodells berechnet werden (Block 64). Dann wird die Water Filling-Leistungszuteilung über die erwarteten Verstärkungen ausgeführt, um die Signal-Rausch-Verhältnisse (SNRs) der Raumkanäle zu bestimmen (Block 66). Dann kann die Bitbeladung auf der Basis der SNRs der Raumkanäle durchgeführt werden (Block 68). In der Diskussion, die folgt, wird Verfahren 60 detaillierter besprochen.
Die Umgebung, in der ein drahtloses Netz implementiert werden soll, hat normalerweise bestimmte Charakteristika, die diesen Bereich von anderen unterscheiden. In Block 62 von Verfahren 60 kann ein Kanalmodell ausgewählt werden, das die vorgesehenen Umgebung approximiert. Für dichte Umgebungen (Büros, Hotspots usw.) ist zum Beispiel bekannt, daß der unabhängige und identisch verteilte (i.i.d. (independent and identically distributed)) Fading-Kanal ein genaues Modell liefert. Andere mögliche Kanalmodelle umfassen die IEEE P802.11 TGn-Kanalmodelle A-F usw. Auf der Grundlage des gewählten Kanalmodells für die vorgesehene Umgebung werden die erwarteten Werte der Raumkanalverstärkungen berechnet (d.h. E[Σ²(k)]. Für das i.i.d. Fading-Kanalmodell zum Beispiel ist die Gesamtdichte für die Elemente von Σ²(k):
dabei ist λ₁ > λ₂ > ... > λ_{min(m, N)}, λ_i bezeichnet das i-te Diagonalelement von Σ²(k), C ist eine Normalisierungskonstante, M ist die Zahl der Sendeantennen und N ist die Zahl der Empfangsantennen. Integrieren über alle λ_j (außer λ_i) in einer geordneten Weise ergibt die Verteilung der Verstärkung des i-ten Kanals als:
Daher ist der erwartete Verstärkung des i-ten Raumkanals:
Die erwarteten Verstärkungen für das i.i.d. Fading-Kanalmodell für 2 × 2-, 3 × 3- und 4 × 4-Systeme sind vorab berechnet worden und sind in Tabelle 1 unten gezeigt.
TABELLE 1
Eine Water Filling-Leistungszuteilung wird als Nächstes über die erwarteten Verstärkungen ausgeführt. Nehmen wir an, daß P und N₀ die Signal- bzw. Rauschleistung sind. Dann kann die Leistung, die dem i-ten Raumkanal zugeteilt wird, angegeben werden als:
wobei μ folgendes erfüllt:
Wenn zum Beispiel P/N₀ 20 dB beträgt, kann das SNR des i-ten Raumkanals wie in Tabelle 2 gezeigt sein.
TABELLE 2
Als Nächstes kann die Bitbeladung auf der Basis der berechneten SNRs der individuellen Raumkanäle durchgeführt werden. Wenn SNR_n das geforderte SNR für die n-te Bitbeladungskonfiguration ist und SNR₁ < SNR₂ < ... ist, dann erfüllt die Bitbeladungskonfiguration für den i-ten Raumkanal, n_i, folgendes:
Wenn die verfügbaren Modulationsschemata zum Beispiel BPSK, QPSK, 16-QAM und 64-QAM sind, dann sind die geforderten SNRs für des jeweilige Modulationsschema (Bitbeladungskonfiguration) zum Erreichen von P_b = 10^–3 in der nachfolgenden Tabelle 3 zu sehen.
TABELLE 3
Die sich ergebende Bitbeladung bei P/N₀ = 20 dB wird in Tabelle 4 unten gezeigt:
TABELLE 4
In mindestens einer Implementierung kann Verfahren 60 zu der Zeit der Erstinstallation eines drahtlosen Netzes an einem bestimmten Ort ausgeführt werden. Wenn ein Gerät erstmals eingesetzt wird, kann eine Beurteilung der Einsatzumgebung vorgenommen werden, und es kann ein Kanalmodell ausgewählt werden, das die Umgebung gut approximiert. Dann können Einstellungen für die Leistungszuteilung und Bitbeladung für das Gerät oder Systeme bestimmt werden, wie oben beschrieben. Bei einem weiteren Ansatz kann ein drahtloses Gerät bereitgestellt werden, das die Leistungszuteilungs- und Bitbeladungsinformationen für mehrere verschiedene Arten von vorgesehenen Umgebungen speichert. Diese Werte können im voraus unter Verwendung der oben beschriebenen Verfahren berechnet worden sein. Wenn das Gerät eingesetzt wird, wird eine Beurteilung bezüglich der Einsatzumgebung vorgenommen, und die entsprechenden Leistungszuteilungs- und Bitbeladungsinformationen können dann abgerufen und zum Konfigurieren des Gerätes verwendet werden. Sobald die Leistungszuteilung und Bitbeladung für ein bestimmtes Gerät eingestellt sind, können die Einstellwerte während der Lebensdauer der Netzwerkvorrichtung dieselben bleiben. Das heißt, die Werte passen sich während des Betriebs nicht auf Grund sich ändernder Kanalbedingungen an (obwohl neue Einstellwerte erzeugt werden können, wenn das Gerät an einen Ort verlagert wird, der eine andere Kanalstatistik aufweist).
In einem anderen möglichen Szenario können Geräte mit einer speziellen Art von vorgesehener Umgebung im Hinterkopf hergestellt werden. Es kann zum Beispiel festgelegt werden, daß ein Gerät immer in einem Büro oder in einer büroähnlichen Umgebung verwendet wird. Auf der Grundlage dieser Annahme kann ein entsprechendes Kanalmodell ausgewählt werden (z.B. das i.i.d. Fading-Kanalmodell usw.), und die oben beschriebene Prozedur kann ausgefürt werden, um die geeigneten Einstellwerte für Leistungszuteilung und Bitbeladung zu bestimmen. Diese Einstellwerte können dann in das Gerät einprogrammiert werden, bevor das Gerät an die Öffentlichkeit verkauft wird. Wie oben beschrieben, kann die Verwendung der erfindungsgemäßen Verfahren von der Notwendigkeit entbinden, für eine sofortige Rückmeldung für Leistungszuteilungs- und Bitbeladungszwecke zu sorgen.
4 ist ein Blockdiagramm, das eine Sendefunktionalität in einem Mehrträger-MIMO-Gerät 70 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Wie gezeigt, kann das Mehrträger-MIMO-Gerät 70 mehrere Mehrträgersender 72, 74, 76 umfassen, die jeweils einer Sendeantenne 78, 84, 82 des Gerätes entsprechen. Die Mehrträgersender 72, 74, 76 können zum Beispiel die Architektur der OFDM-Sendereinrichtung 10 von 1 oder eine andere Mehrträgersenderarchitektur verwenden. Nachdem Leistungszuteilung und Bitbeladung bestimmt worden sind, können die verschiedenen Sender 72, 74, 76 mit den entsprechenden Leistungsniveaus P₁, P₂, ..., P_M und den entsprechenden Modulationsschemata MOD₁, MOD₂, ..., MOD_M eingerichtet werden. Wenn zum Beispiel die OFDM-Senderarchitektur von 1 verwendet wird, kann der Mapper 14 in jedem Sender zu dieser Zeit so konfiguriert werden, daß er mit einem entsprechenden Modulationsschema arbeitet. Es können auch Geräte mit variabler Verstärkung (z.B. Verstärker mit variabler Verstärkung usw.) in jedem Sender vorhanden sein, damit das Leistungsniveau des zugehörigen Raumkanals geändert werden kann. Wenn zum Beispiel die OFDM-Senderarchitektur von 1 verwendet wird, kann der HF-Sender 24 in jedem Mehrträgersender eine Leistungsverstärkung mit variabler Verstärkung umfassen. Es können andere Ansätze alternativ verwendet werden.
Die Verfahren und Strukturen der vorliegenden Erfindung können in jeder der unterschiedlichen Formen implementiert werden. Zum Beispiel können Merkmale der Erfindung in Laptop-, Palmtop-, Desktop- und Tablet-PCs, die drahtlos betrieben werden können; PDAs, die drahtlos betrieben werden können, drahtlose Netzschnittstellenkarten (NICs) und andere Netzschnittstellenstrukturen; Mobiltelefonen und anderen tragbaren drahtlosen Kommunikationsgeräten; Pagern, Satelliten-Kommunikationsgeräten; Kameras und anderen optischen Geräten, die drahtlos betrieben werden können: Audio-/Videogeräten, die drahtlos betrieben werden können; integrierten Schaltungen; als Befehle und/oder Datenstrukturen, die auf maschinenlesbaren Medien und/oder in anderen Formaten gespeichert sind, verkörpert sein. Beispiele für verschiedene Arten von maschinenlesbaren Medien, die verwendet werden können, umfassen Disketten, Festplatten, optische Platten, Kompakt-Disk-Nur-Lese-Speicher (CD-ROMs), magnetooptische Platten, Nur-Lese-Speicher (ROMs), Direktzugriffsspeicher (RAMs), löschbare programmierbare ROMs (EPROMs), elektrisch löschbare programmierbare ROMs (EEPROMs), magnetische oder optische Karten, Flash-Speicher und/oder andere Arten von Medien, die zum Speichern elektronischer Befehle oder Daten geeignet sind. In mindestens einer Form wird die Erfindung als Satz von Befehlen verkörpert, die auf eine Trägerwelle zur Übertragung über ein Übertragungsmedium aufmoduliert werden.
Es ist zu erkennen, daß die einzelnen Blöcke, die in den Blockdiagrammen hierin dargestellt sind, funktioneller Natur sind und nicht notwendigerweise diskreten Hardware-Elementen entsprechen. Zum Beispiel können zwei oder mehr der Blöcke in einem Blockdiagramm in einem einzigen digitalen Verarbeitungsgerät implementiert werden. Das digitale Verarbeitungsgerät kann zum Beispiel einen Universal-Mikroprozessor, einen digitalen Signalprozessor (DSP), einen Computer mit reduziertem Befehlssatz (RISC), einen Computer mit komplexem Befehlssatz (CISC), eine feldprogrammierbare Gatteranordnung (FPGA), einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) und/oder andere umfassen. Es können Hardware-, Software-, Firmware- und Hybrid-Implementierungen verwendet werden.
In der vorhergehenden ausführlichen Beschreibung sind verschiedene Merkmale der Erfindung in einer oder mehreren Ausführungsformen für den Zweck der straffen Darstellung der Offenbarung zusammengefaßt. Dieses Verfahren der Offenbarung darf nicht als Widerspiegelung der Absicht ausgelegt werden, daß die beanspruchte Erfindung mehr Merkmale erfordert, als ausdrücklich in jedem Anspruch angegeben werden. Vielmehr können, wie die folgenden Ansprüche widerspiegeln, die erfindungsgemäßen Aspekte in weniger als allen Merkmalen jeder offenbarten Ausführungsform liegen.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit bestimmten Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich, daß von Änderungen und Abwandlungen Gebrauch gemacht werden kann, ohne vom Geist und Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen, wie Fachleute auf dem Gebiet ohne weiteres erkennen werden. Solche Änderungen und Abwandlungen werden als innerhalb des Anwendungsbereichs und Geltungsbereichs der Erfindung und der angehängten Ansprüche angesehen.
Zusammenfassung
Die räumliche Energiezuteilung und die Bitladung eines MIMO-Systems werden auf der Basis von vorherbestimmten, erwarteten Werten von räumlichen Kanalverstärkungen und SNRs der Raumkanäle (entsprechen verschiedenen Antennen) vorgenommen. Die erwarteten Werte der Raumkanäle werden auf der Basis eines ausgewählten Kanalmodells (62) berechnet (64). Die SNRs der Raumkanäle werden dann auf der Basis der Wasserfüllenergiezuteilung (66) berechnet. Daher sind keine Rückführungsinformationen vom Empfänger über die Raumkanäle notwendig.

Claims

Leistungszuteilungs- und Bitbeladungsverfahren zur Anwendung in einem Mehreingangs-Mehrausgangs-System (MIMO-System), umfassend: Wählen eines Kanalmodells für eine ausgewählte Installationsumgebung; Berechnen erwarteter Werte für die Raumkanalverstärkungen auf der Basis des Kanalmodells; Ausführen der Water Filling-Leistungszuteilung über die erwarteten Verstärkungswerte, um Signal-Rausch-Verhältnisse (SNRs) für Raumkanäle zu bestimmen; Ausführen der Bitbeladung auf der Basis der SNRs der Raumkanäle.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: das Ausführen der Water Filling-Leistungszuteilung das Auswerten des folgenden Ausdrucks umfaßt:
wobei P_i die Leistung des i-ten Raumkanals, N₀ die Rauschleistung, λ_i die Verstärkung des i-ten Raumkanals ist und μ die Bedingung erfüllt
wobei P die Gesamtsignalleistung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: das Ausführen der Bitbeladung auf der Basis der SNRs der Raumkanäle das Auswählen eines Modulationsschemas für jeden Raumkanal auf der Basis der SNRs umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Konfigurieren eines MIMO-Gerätes auf der Basis von Ergebnissen der Ausführung der Water Filling-Leistungszuteilung und der Ausführung der Bitbeladung.
Vorrichtung, umfassend: einen ersten drahtlosen Mehrträgersender, der einen Betrieb über mehrere Unterträger aufweist, wobei der erste drahtlose Mehrträgersender auf einem ersten Leistungsniveau für jeden Unterträger unter den Unterträgern arbeiten soll und ein erstes Modulationsschema über mehrere der Unterträger verwendet; und einen zweiten drahtlosen Mehrträgersender, der einen Betrieb über die Unterträger aufweist, wobei der zweite drahtlose Mehrträgersender so ausgelegt ist, daß er auf einem zweiten Leistungsniveau für jeden Unterträger unter den Unterträgern arbeitet und ein zweites Modulationsschema über die Unterträger verwendet; wobei das erste und zweite Leistungsniveau und das erste und zweite Modulationsschema auf der Basis einer Statistik erster Ordnung eines zugehörigen Mehreingangs-Mehrausgangs-Kanals (MIMO-Kanals) ausgewählt sind und sich ändernden Kanalbedingungen während des Betriebs der Vorrichtung nicht anpassen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, ferner umfassend: mindestens einen anderen drahtlosen Mehrträgersender, der einen Betrieb über die Unterträger aufweist, wobei der mindestens eine andere drahtlose Mehrträgersender dafür ausgelegt ist, auf einem entsprechenden Leistungsniveau für jeden Unterträger unter den Unterträgern zu arbeiten, und ein entsprechendes Modulationsschema über die Unterträger verwendet, wobei das entsprechende Leistungsniveau und das entsprechende Modulationsschema auf der Basis einer Statistik erster Ordnung des zugehörigen MIMO-Kanals ausgewählt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das erste und das zweite Leistungsniveau sich voneinander unterscheiden.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das erste und das zweite Modulationsschema sich voneinander unterscheiden.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei: der erste und zweite drahtlose Mehrträgersender orthogonale Frequenzmultiplex (OFDM)-Sender sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei: der erste drahtlose Mehrträgersender einer ersten Sendeantenne und der zweite drahtlose Mehrträgersender einer zweiten Sendeantenne zugeordnet ist.
System, umfassend: erste und zweite Dipolantenne; einen ersten drahtlosen Mehrträgersender, der einen Betrieb über mehrere Unterträger aufweist, wobei der erste drahtlose Mehrträgersender dafür ausgelegt ist, auf einem ersten Leistungsniveau für jeden Unterträger unter den Unterträgern zu arbeiten, und ein erstes Modulationsschema über den Unterträgern verwendet, wobei der erste drahtlose Mehrträgersender mit der ersten Antenne verbunden ist; und einen zweiten drahtlosen Mehrträgersender, der einen Betrieb über die Unterträger aufweist, wobei der zweite drahtlose Mehrträgersender dafür ausgelegt ist, auf einem zweiten Leistungsniveau für jeden Unterträger den mehreren Unterträgern zu arbeiten, und ein zweites Modulationsschema über die Unterträger verwendet, wobei der zweite drahtlose Mehrträgersender mit der zweiten Antenne verbunden ist; wobei das erste und zweite Leistungsniveau und das erste und zweite Modulationsschema auf der Basis einer Statistik erster Ordnung eines zugehörigen Mehreingangs-Mehrausgangs-Kanals (MIMO-Kanals) ausgewählt sind und sich ändernden Kanalbedingungen während des Betriebs der Vorrichtung nicht anpassen.
System nach Anspruch 11, ferner umfassend: mindestens einen anderen drahtlosen Mehrträgersender, der einen Betrieb über die Unterträger aufweist, wobei der mindestens eine andere drahtlose Mehrträgersender dafür ausgelegt ist, auf einem entsprechenden Leistungsniveau für jeden Unterträger unter den Unterträgern zu arbeiten, und ein entsprechendes Modulationsschema über die Unterträger verwendet, wobei das entsprechende Leistungsniveau und das entsprechende Modulationsschema auf der Basis einer Statistik erster Ordnung des zugehörigen MIMO-Kanals ausgewählt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei: der erste und zweite drahtlose Mehrträgersender orthogonale Frequenzmultiplex (OFDM)-Sender sind.
Artikel, der ein Speichermedium umfaßt, das darauf gespeicherte Befehle aufweist, die bei Ausführung durch eine Rechenplattform Folgendes bewirken: Empfangen einer Angabe eines Kanalmodells, das für eine ausgewählte Installationsumgebung gewählt ist; Berechnen erwarteter Werte für die Raumkanalverstärkungen auf der Basis des Kanalmodells; Ausführen der Water Filling-Leistungszuteilung über die erwarteten Verstärkungswerte, um die Signal-Rausch-Verhältnisse (SNRs) für Raumkanäle zu bestimmen; und Ausführen der Bitbeladung auf der Basis der SNRs der Raumkanäle.
Artikel nach Anspruch 14, wobei: das Ausführen der Water Filling-Leistungszuteilung das Auswerten des folgenden Ausdrucks umfaßt:
wobei P_i die Leistung des i-ten Raumkanals ist, N₀ die Rauschleistung ist, λ_i die Verstärkung des i-ten Raumkanals ist und μ die Bedingung erfüllt:
wobei ist P die Gesamtsignalleistung ist.
Artikel nach Anspruch 14, wobei das Ausführen der Bitbeladung auf der Basis der SNRs der Raumkanäle das Auswählen eines Modulationsschemas für jeden Raumkanal auf der Basis der SNRs umfaßt.