DE202004021935U1 - System for channel adaptive antenna selection - Google Patents

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Abstract

Kommunikationssystem zum Auswählen von N Antennenelementen in einem M-Antennenelement-Sender oder einem M-Antennenelement-Empfänger, wobei N kleiner als M ist, das Folgendes aufweist: M Antennenelemente in dem M-Antennenelement-Sender oder dem M-Antennenelement-Empfänger; N HF-Ketten; und einen Schalter, der mit den N HF-Ketten gekoppelt ist.A communication system for selecting N antenna elements in an M antenna element transmitter or an M antenna element receiver, wherein N is smaller than M, comprising: M antenna elements in the M antenna element transmitter or the M antenna element receiver; N HF chains; and a switch coupled to the N RF chains.

Description

HINTERGRUNG DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Die meisten aktuellen drahtlosen Kommunikationssysteme setzen sich aus Knoten zusammen, die mit einer einzigen Sende- und Empfangsantenne konfiguriert sind. Aber für einen breiten Bereich von drahtlosen Kommunikationssystemen ist vorausgesagt worden, dass die Leistung einschließlich der Kapazität durch die Verwendung von mehreren Sendeantennen und/oder mehreren Empfangsantennen wesentlich verbessert werden können. Solche Konfigurationen bilden die Basis der sogenannten „Smart Antenna”-Techniken (Techniken mit „smarten” bzw. intelligenten Antennen). „Smart-Antenna”-Techniken können – gekoppelt mit einer Raum-Zeit-Signalverarbeitung – dazu verwendet werden, sowohl die schädlichen Auswirkungen des Mehrwegeschwunds (Multipath Fading) eines gewünschten eingehenden Signals zu bekämpfen als auch Störsignale zu unterdrücken. Auf diese Weise können sowohl die Leistung als auch die Kapazität von existierenden oder eingesetzten digitalen drahtlosen Systemen (z. B. CDMA-basierten Systemen, TDMA-basierten Systemen, WLAN-Systemen und OFDM-basierten Systemen wie IEEE 802.11a/g ) verbessert werden.Most current wireless communication systems are composed of nodes that are configured with a single transmit and receive antenna. However, for a wide range of wireless communication systems, it has been predicted that the performance, including capacity, can be significantly improved through the use of multiple transmit antennas and / or multiple receive antennas. Such configurations form the basis of so-called "smart antenna" techniques ("smart" techniques). "Smart Antenna" techniques, coupled with space-time signal processing, can be used to both combat the deleterious effects of multipath fading of a desired incoming signal and to suppress spurious signals. In this way, both the performance and capacity of existing or deployed digital wireless systems (eg, CDMA based systems, TDMA based systems, WLAN systems, and OFDM based systems such as IEEE 802.11a / g ) be improved.

Wenigstens einige der Beeinträchtigungen der Leistung von drahtlosen Systemen der oben beschriebenen Art können zumindest teilweise verbessert werden, indem Multi-Element-Antennensysteme verwendet werden, die dafür ausgelegt sind, einen Diversitätsgewinn einzuführen und Interferenzen innerhalb des Signalempfangsprozesses zu unterdrücken. Dies ist zum Beispiel in „The Impact of Antenna Diversity On the Capacity of Wireless Communication Systems” (Der Einfluss der Antennendiversität auf die Kapazität von drahtlosen Kommunikationssystemen) von J. H. Winters et al., IEEE Transactions on Communications, Band 42, Nr. 2/3/4, Seiten 1740–1751, Februar 1994 , beschrieben worden. Solche Diversitätsgewinne verbessern die Systemleistung durch die Mehrweg-Unterdrückung bzw. -Abschwächung für eine gleichmäßigere Flächendeckung, durch das Erhöhen eines empfangenen Signal-Rausch-Verhältnisses (engl.: SNR, signal-to-noise ratio; deutsch: SRV) für einen größeren Bereich oder eine reduzierte benötigte Sendeleistung, und durch das Bereitstellen von mehr Robustheit gegenüber Interferenz oder durch das Erlauben einer größeren Frequenzwiederverwendung für eine höhere Kapazität.At least some of the performance degradations of wireless systems of the type described above can be at least partially improved by using multi-element antenna systems designed to introduce diversity gain and suppress interference within the signal reception process. This is for example in "The Impact of Antenna Diversity on the Capacity of Wireless Communication Systems" by JH Winters et al., IEEE Transactions on Communications, Vol. 42, No. 2/3/4, pages 1740-1751, February 1994 , has been described. Such diversity gains improve system performance through the multipath suppression for more uniform area coverage by increasing a signal-to-noise ratio (SNR) for a wider range or a reduced required transmit power, and by providing more robustness to interference or by allowing greater frequency reuse for higher capacity.

Innerhalb von Kommunikationssystemen, die Mehrantennenempfänger enthalten, kann ein Satz von M Empfangsantennen in der Lage sein, bis zu M-1 Störer auf Null zu setzen. Dementsprechend können N Signale gleichzeitig in der gleichen Bandbreite unter Verwendung von N Sendeantennen gesendet werden, wobei das gesendete Signal dann in N jeweilige Signale durch einen Satz von N Antennen getrennt wird, die an dem Empfänger verwendet werden. Systeme dieser Art werden allgemein als MIMO-(Multiple Input Multiple Output; mehrere Eingänge, mehrere Ausgänge)-Systeme bezeichnet und sind umfassend und eingehend untersucht worden. Siehe dazu zum Beispiel „Optimum combining for indoor radio systems with multiple users,” (Optimales Kombinieren für Innenraumfunksysteme mit mehreren Benutzern) von J. H. Winters, IEEE Transactions on Communications, Band COM-35, Nr. 11, November 1987 ; ”Capacity of Multi-Antenna Array Systems in Indoor Wireless Environment” (Kapazität von Multi-Antennen-Array-Systemen in drahtloser Innenraum-Umgebung) von C. Chuah et al., Proceedings of Globecom '98 Sydney, Australien, IEEE 1998, Seiten 1894–1899, November 1998 ; und ”Fading Correlation and Its Effect on the Capacity of Multi-Element Antenna Systems” (Schwundkorrelation und ihre Wirkung auf die Kapazität von Multi-Element-Antennensystemen) von D. Shiu et al., IEEE Transactions on Communications, Band 48, Nr. 3, Seiten 502–513, März 2000 .Within communication systems incorporating multiple antenna receivers, a set of M receive antennas may be capable of zeroing up to M-1 interferers. Accordingly, N signals can be transmitted simultaneously in the same bandwidth using N transmit antennas, the transmitted signal then being separated into N respective signals by a set of N antennas used at the receiver. Systems of this type are commonly referred to as MIMO (Multiple Input Multiple Output) systems and have been extensively and extensively studied. See for example "Optimum Combination for Indoor Radio Systems with Multiple Users" by JH Winters, IEEE Transactions on Communications, Vol. COM-35, No. 11, November 1987 ; "Capacity of Multi-Antenna Array Systems in Indoor Wireless Environment" by C. Chuah et al., Proceedings of Globecom '98 Sydney, Australia, IEEE 1998, pages 1894-1899, November 1998 ; and "Fading Correlation and Its Effect on the Capacity of Multi-Element Antenna Systems" by D. Shiu et al., IEEE Transactions on Communications, Vol. 48, No. 3 , Pages 502-513, March 2000 ,

Einige Multi-Element-Antennenanordnungen (z. B. einige MIMOs) stellen Systemkapazitätsverbesserungen bereit, die unter Verwendung der oben genannten Konfigurationen erzielt werden können. Unter der Annahme von perfekten Schätzwerten des verwendbaren Kanals an dem Empfänger wird in einem MIMO-System das empfangene Signal in M „räumlich gemultiplexte” unabhängige Kanäle zerlegt. Dies resultiert in einer M-fachen Kapazitätserhöhung im Vergleich zu Systemen mit einer einzigen Antenne.Some multi-element antenna arrays (eg, some MIMOs) provide system capacity improvements that can be achieved using the above-mentioned configurations. Assuming perfect estimates of the usable channel at the receiver, in a MIMO system the received signal is decomposed into M "spatially multiplexed" independent channels. This results in an M-fold increase in capacity compared to systems with a single antenna.

Für eine feste Gesamtübertragungsleistung skaliert sich die durch MIMOs angebotene Kapazität linear mit der Anzahl an Antennenelementen. Es hat sich insbesondere gezeigt, dass mit N Sendeantennen und N Empfangsantennen ein N-facher Anstieg der Datenrate gegenüber einem Einantennensystem erzielt werden kann, ohne dass es eine Vergrößerung der Gesamtbandbreite oder der Gesamtsendeleistung gibt. Siehe zum Beispiel „On Limits of Wireless Communications in a Fading Environment When Using Multiple Antennas” (Die Grenzen von drahtlosen Kommunikationen in einer Schwundumgebung, wenn mehrere Antennen verwendet werden) von G. J. Foschini et al., Wireless Personal Communications, Kluwer Academic Publishers, Band 6, Nr. 3, Seiten 311–355, März 1998 . In experimentellen MIMO-Systemen, die auf einem N-fachen räumlichen Multiplexen basieren, werden oftmals mehr als N Antennen an einem gegebenen Sender oder Empfänger verwendet. Dies liegt daran, weil jede zusätzliche Antenne den Diversitätsgewinn und den Antennengewinn und die Interferenzunterdrückung erhöht, die an alle N räumlich gemultiplexten Signale angelegt werden können. Siehe zum Beispiel „Simplified processing for high spectral efficiency wireless communication employing multi-element arrays” (Vereinfachte Verarbeitung für die drahtlose Kommunikation mit hoher spektraler Effizienz, die Multi-Element-Arrays verwendet) von G. J. Foschini et al., IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Band 17, Ausgabe 11, November 1999, Seiten 1841–1852 .For a fixed total transmission power, the capacity offered by MIMOs scales linearly with the number of antenna elements. In particular, it has been found that with N transmit antennas and N receive antennas, an N-fold increase in data rate over a single-antenna system can be achieved without there being an increase in overall bandwidth or overall transmit power. See for example "On Limits of Wireless Communications in a Fading Environment When Using Multiple Antennas" by GJ Foschini et al., Wireless Personal Communications, Kluwer Academic Publishers, Volume 6, No 3, pages 311-355, March 1998 , In MIMO experimental systems based on N-times spatial multiplexing, more than N antennas are often used on a given transmitter or receiver. This is because each additional antenna adds diversity gain and antenna gain and increases the interference suppression that can be applied to all N spatially multiplexed signals. See for example GJ Foschini et al., IEEE Journal on Selected Areas in Communications (Simplified Processing for High Spectral Efficiency wireless communication employing multi-element arrays) (Simplified processing for wireless communication with high spectral efficiency using multi-element arrays) Volume 17, Issue 11, November 1999, pages 1841-1852 ,

Obwohl das Erhöhen der Anzahl an Sende- und/oder Empfangsantennen verschiedene Aspekte der Leistung von MIMO-Systemen verbessert, steigert das Bereitstellen einer separaten HF-Kette für jede Sende- und Empfangsantenne die Kosten. Jede HF-Kette besteht im Allgemeinen aus einem rauscharmen Verstärker, einem Filter, einem Abwärtswandler bzw. Abwärtsmischer und einem Analog-Digital-Wandler (A/D), wobei die zuletzt genannten drei Vorrichtungen typischerweise für den Großteil der Kosten der HF-Kette verantwortlich sind. In gewissen existierenden drahtlosen Empfängern mit einer einzigen Antenne kann die einzige benötigte HF-Kette für mehr als 30% der Gesamtkosten des Empfängers verantwortlich sein. Es ist somit offensichtlich, dass, wenn die Anzahl an Sende- und Empfangsantennen steigt, die Gesamtsystemkosten und der Gesamtleistungs- bzw. -stromverbrauch drastisch ansteigen können.Although increasing the number of transmit and / or receive antennas improves various aspects of the performance of MIMO systems, providing a separate RF chain for each transmit and receive antenna increases the cost. Each RF chain generally consists of a low-noise amplifier, a filter, a buck converter, and an analog-to-digital converter (A / D), the latter three typically accounting for most of the cost of the RF chain are. In certain existing wireless receivers with a single antenna, the only RF chain needed may account for more than 30% of the total receiver cost. It is thus apparent that as the number of transmit and receive antennas increases, total system cost and overall power consumption can increase dramatically.

Einige Versuche, diese Nachteile anzugehen, können zum Beispiel in der US-Patentveröffentlichung Nr. 20020102950 mit dem Titel „Method and apparatus for selection and use of optimal antennas in wireless systems” (Verfahren und Vorrichtung zur Auswahl und Verwendung von optimalen Antennen in drahtlosen Systemen); in „Capacity of MIMO systems with antenna selection” (Kapazität von MIMO-Systemen mit Antennenauswahl) von A. Molisch et al., Proceedings of IEEE ICC, Helsinki, Finnland, Juni 2001, Band 2, Seiten 5701–574 ; und in „On optimum MIMO with antenna selection” (Über optimales MIMO mit Antennenauswahl) von R. S. Blum et al., IEEE Communications Letters, Band 6, Ausgabe 8, August 2002, Seiten 322–324 gefunden werden, in denen eine Untermenge von Sende-/Empfangsantennen aus einer größeren Anzahl von Antennen ausgewählt wird. Da bei einem N-fachen räumlichen Multiplexen wenigstens N HF-Ketten verwendet werden müssen, würden typischerweise N von insgesamt M Antennen an dem Empfänger ausgewählt werden und/oder würden N von insgesamt nT Antennen an dem Sender ausgewählt werden, wobei M > N ist und nT > N ist.Some attempts to address these disadvantages can be found, for example, in the U.S. Patent Publication No. 20020102950 entitled "Method and apparatus for selection and use of optimal antennas in wireless systems" (method and apparatus for selecting and using optimal antennas in wireless systems); in "Molecular capacity of MIMO systems with antenna selection" by A. Molisch et al., Proceedings of IEEE ICC, Helsinki, Finland, June 2001, Vol. 2, pp. 5701-574 ; and in "Optimum MIMO with antenna selection" by RS Blum et al., IEEE Communications Letters, Vol. 6, Issue 8, August 2002, pages 322-324 are found in which a subset of transmit / receive antennas is selected from a larger number of antennas. Since at least N RF chains must be used with N-times spatial multiplexing, typically N of a total of M antennas would be selected at the receiver and / or N of a total of n T antennas would be selected at the transmitter, where M> N and n T > N is.

Die Leistung eines Systems mit Antennenauswahl hängt zum Beispiel von den Kriterien ab, die in dem Auswahlprozess verwendet werden. Verschiedene Kriterien, die sogar unter derselben Kanalbedingung verwendet werden, können zu einer unterschiedlichen ausgewählten Untermenge von Antennen führen, wodurch sich verschiedene Leistungen ergeben. Einige der oben genannten Dokumente befürworten das Kriterium der maximalen Kapazität, um die Antennenuntermenge auszuwählen. Aber die Kapazität ist eine idealisierte Größe, die eine unerreichbare Schranke sein kann, weil sie eine perfekte Codierung und/oder Entzerrung und/oder kontinuierliche Modulation erfordern kann. In der Praxis ist der Entzerrer nicht ideal und wird eine begrenzte Codierung (oder überhaupt keine Codierung) und eine quantisierte Modulation benutzt.The performance of a system with antenna selection, for example, depends on the criteria used in the selection process. Different criteria, even used under the same channel condition, can result in a different selected subset of antennas, resulting in different performances. Some of the above documents support the maximum capacity criterion to select the antenna subset. But the capacity is an idealized size, which can be an unattainable barrier because it may require perfect coding and / or equalization and / or continuous modulation. In practice, the equalizer is not ideal and limited coding (or no coding at all) and quantized modulation is used.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können sich auf Systeme beziehen, die eine kanaladaptive Antennenauswahl in Multi-Antennenelement-Kommunikationssystemen bereitstellen.Some embodiments in accordance with some aspects of the present invention may relate to systems that provide channel adaptive antenna selection in multi-antenna element communication systems.

In einer Ausführungsform in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung kann ein System, das N Antennenelemente in einem M-Antennenelement-Sender oder einem M-Antennenelement-Empfänger auswählt, wobei N kleiner als M ist, zum Beispiel M Antennenelemente in dem M-Antennenelement-Sender oder in dem M-Antennenelement-Empfänger, N HF-Ketten und einen Schalter aufweisen, der mit den N HF-Ketten gekoppelt ist. Der M-Antennenelement-Empfänger kann eine Ausgangs-Bitfehlerrate für jede mögliche N-Antennenelement-Untermenge der M Antennenelemente berechnen. Jede Ausgangs-Bitfehlerrate kann auf der Grundlage wenigstens eines Satzes von Kanalparameterstatistiken berechnet werden. Der M-Antennenelement-Empfänger kann die spezielle N-Antennenelement-Untermenge auf der Grundlage eines Kriteriums auswählen, das auf den berechneten Ausgangs-Bitfehlerraten basiert. In Reaktion auf das Auswählen der speziellen N-Antennenelement-Untermenge auf der Grundlage des Kriteriums kann der Schalter die N HF-Ketten mit den N Antennenelementen der speziellen N-Antennenelement-Untermenge koppeln.In one embodiment, in accordance with some aspects of the present invention, a system that selects N antenna elements in an M antenna element transmitter or an M antenna element receiver, where N is less than M, may include M antenna elements in the M antenna element Transmitter or in the M antenna element receiver, N RF chains and a switch coupled to the N RF chains. The M antenna element receiver may calculate an output bit error rate for each possible N antenna element subset of the M antenna elements. Each output bit error rate may be calculated based on at least one set of channel parameter statistics. The M antenna element receiver may select the particular N antenna element subset based on a criterion based on the calculated output bit error rates. In response to selecting the particular N antenna element subset based on the criterion, the switch may couple the N RF chains to the N antenna elements of the particular N antenna element subset.

In einer anderen Ausführungsform in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung kann ein Mechanismus, der eine Untermenge von Empfangsantennen eines Empfängers zum Empfangen eines gesendeten HF-Signals auswählt, zum Beispiel umfassen: Bilden von möglichen Untermengen der Empfangsantennen; Bestimmen von Sätzen von Kanalparameterstatistiken, die den möglichen Untermengen der Empfangsantennen entsprechen; Berechnen von Ausgangs-Bitfehlerraten des Empfängers, wobei jede Ausgangs-Bitfehlerrate auf der Grundlage von wenigstens einem Satz von Kanalparameterstatistiken berechnet wird; Auswählen einer speziellen möglichen Untermenge der Empfangsantennen auf der Grundlage eines Kriteriums, das auf den berechneten Ausgangs-Bitfehlerraten basiert; und Verbinden von einer oder mehreren HF-Ketten des Empfängers mit den Empfangsantennen der ausgewählten speziellen möglichen Untermenge.In another embodiment, in accordance with some aspects of the present invention, a mechanism that selects a subset of receive antennas of a receiver for receiving a transmitted RF signal may include, for example: forming possible subsets of the receive antennas; Determine sets of channel parameter statistics corresponding to the possible subsets correspond to the receiving antennas; Calculating receiver output bit error rates, wherein each output bit error rate is calculated based on at least one set of channel parameter statistics; Selecting a particular possible subset of the receive antennas based on a criterion based on the calculated output bit error rates; and connecting one or more RF chains of the receiver to the receive antennas of the selected special subset.

In einer weiteren Ausführungsform in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung kann ein Mechanismus, der eine Untermenge von Sendeantennen eines Senders zum Senden eines HF-Eingangssignals als eine Vielzahl von HF-Ausgangssignalen auswählt, die nachfolgend von einem Empfänger empfangen werden, zum Beispiel umfassen: Bilden von möglichen Untermengen der Sendeantennen; Bestimmen von Sätzen von Kanalparameterstatistiken, die den möglichen Untermengen der Sendeantennen entsprechen; Auswählen von Sendemodi, die jeweils den Sätzen von Kanalparameterstatistiken entsprechen; Berechnen von Ausgangs-Bitfehlerraten des Empfängers, wobei jede Ausgangs-Bitfehlerrate auf der Grundlage von wenigstens einem Satz von Kanalparameterstatistiken und wenigstens einem ausgewählten Sendemodus berechnet wird; Auswählen einer speziellen möglichen Untermenge der Sendeantennen auf der Grundlage eines Kriteriums, das auf wenigstens den berechneten Ausgangs-Bitfehlerraten basiert; und Verbinden von einer oder mehreren HF-Ketten des Senders mit den Sendeantennen der ausgewählten speziellen möglichen Untermenge.In another embodiment, in accordance with some aspects of the present invention, a mechanism that selects a subset of transmit antennas of a transmitter for transmitting an RF input signal as a plurality of RF output signals subsequently received by a receiver may include, for example: Forming possible subsets of the transmit antennas; Determining sets of channel parameter statistics corresponding to the possible subsets of the transmit antennas; Selecting transmission modes corresponding respectively to the sets of channel parameter statistics; Calculating output bit error rates of the receiver, wherein each output bit error rate is calculated based on at least one set of channel parameter statistics and at least one selected transmit mode; Selecting a particular possible subset of the transmit antennas based on a criterion based on at least the calculated output bit error rates; and connecting one or more RF links of the transmitter to the transmit antennas of the selected special subset.

In noch einer anderen Ausführungsform in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung kann in einem Kommunikationssystem, das einen Sender und einen Empfänger aufweist, wobei der Sender Sendeantennen aufweist, die dafür ausgelegt sind, einen Satz von räumlich gemultiplexten HF-Ausgangssignalen durch einen Kanal unter Verwendung von zwei oder mehr Sende-HF-Ketten zu senden, und wobei der Empfänger Empfangsantennen aufweist, die dafür ausgelegt sind, den Satz von räumlich gemultiplexten HF-Ausgangssignalen zu empfangen, und die dafür ausgelegt sind, in Reaktion darauf einen Satz von räumlich gemultiplexten empfangenen HF-Signalen zu erzeugen, der von zwei oder mehr Empfangs-HF-Ketten verarbeitet wird, ein Antennenauswahlmechanismus zum Beispiel umfassen: Bilden von möglichen Untermengen der Sendeantennen und von möglichen Untermengen der Empfangsantennen; Bestimmen von Sätzen von Kanalparameterstatistiken, die Kombinationen aus den möglichen Untermengen der Sendeantennen und den möglichen Untermengen der Empfangsantennen entsprechen; Auswählen von Sendemodi, die jeweils den Sätzen von Kanalparameterstatistiken entsprechen; Berechnen von Ausgangs-Bitfehlerraten des Empfängers, wobei jede Ausgangs-Bitfehlerrate auf der Grundlage von wenigstens einem Satz von Kanalparameterstatistiken und einem entsprechenden ausgewählten Sendemodus berechnet wird; Auswählen einer speziellen möglichen Untermenge der Sendeantennen und einer speziellen möglichen Untermenge der Empfangsantennen auf der Grundlage eines Kriteriums, das auf wenigstens den berechneten Ausgangs-Bitfehlerraten basiert; Verbinden der zwei oder mehr der Sende-HF-Ketten mit der ausgewählten speziellen möglichen Untermenge der Sendeantennen; und Verbinden der zwei oder mehr Empfangs-HF-Ketten mit der ausgewählten speziellen möglichen Untermenge der Empfangsantennen.In yet another embodiment, in accordance with some aspects of the present invention, in a communication system having a transmitter and a receiver, the transmitter having transmit antennas configured to use a set of spatially multiplexed RF output signals through a channel of two or more transmit RF chains, and wherein the receiver comprises receive antennas configured to receive the set of spatially multiplexed RF output signals and configured to respond in response thereto a set of spatially multiplexed received ones To generate RF signals processed by two or more receive RF chains, an antenna selection mechanism, for example, comprises: forming possible subsets of the transmit antennas and possible subsets of the receive antennas; Determining sets of channel parameter statistics corresponding to combinations of the possible subsets of the transmit antennas and the possible subsets of the receive antennas; Selecting transmission modes corresponding respectively to the sets of channel parameter statistics; Calculating receiver output bit error rates, wherein each output bit error rate is calculated based on at least one set of channel parameter statistics and a corresponding selected transmit mode; Selecting a particular possible subset of the transmit antennas and a particular possible subset of the receive antennas based on a criterion based on at least the calculated output bit error rates; Connecting the two or more of the transmit RF chains to the selected special possible subset of the transmit antennas; and connecting the two or more receive RF chains to the selected particular possible subset of the receive antennas.

In noch einer weiteren Ausführungsform in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung kann in einem Kommunikationssystem, das einen Sender und einen Empfänger aufweist, wobei der Sender Sendeantennen aufweist, die dafür ausgelegt sind, einen Satz von HF-Ausgangssignalen durch einen Kanal unter Verwendung von einer oder mehreren Sende-HF-Ketten zu senden, und wobei der Empfänger Empfangsantennen aufweist, die dafür ausgelegt sind, den Satz von HF-Ausgangssignalen zu empfangen, und dafür ausgelegt sind, in Reaktion darauf einen Satz von empfangenen HF-Signalen zu erzeugen, der von einer oder mehreren Empfangs-HF-Ketten verarbeitet wird, ein Antennenauswahlmechanismus zum Beispiel umfassen: Bilden von möglichen Untermengen der Sendeantennen und von möglichen Untermengen der Empfangsantennen; Bestimmen von Sätzen von Kanalparameterstatistiken, die Kombinationen aus den möglichen Untermengen der Sendeantennen und den möglichen Untermengen der Empfangsantennen entsprechen; Auswählen von Sendemodi, die jeweils den Sätzen von Kanalparameterstatistiken entsprechen; Berechnen von Ausgangs-Bitfehlerraten des Empfängers, wobei jede Ausgangs-Bitfehlerrate auf der Grundlage von wenigstens einem Satz von Kanalparameterstatistiken und einem entsprechenden ausgewählten Sendemodus berechnet wird; Auswählen einer speziellen möglichen Untermenge der Sendeantennen und einer speziellen möglichen Untermenge der Empfangsantennen auf der Grundlage eines Kriteriums, das auf wenigstens den berechneten Ausgangs-Bitfehlerraten basiert; Verbinden der einen oder der mehreren der Sende-HF-Ketten mit der ausgewählten speziellen möglichen Untermenge der Sendeantennen; und Verbinden der einen oder der mehreren der Empfangs-HF-Ketten mit der ausgewählten speziellen möglichen Untermenge der Empfangsantennen.In yet another embodiment, in accordance with some aspects of the present invention, in a communication system having a transmitter and a receiver, the transmitter having transmit antennas configured to transmit a set of RF output signals through a channel using one of a plurality of RF transmit signals or multiple transmit RF chains, and wherein the receiver has receive antennas configured to receive the set of RF output signals and configured to generate a set of received RF signals in response thereto is processed by one or more receive RF chains, an antenna selection mechanism include, for example: forming possible subsets of the transmit antennas and possible subsets of the receive antennas; Determining sets of channel parameter statistics corresponding to combinations of the possible subsets of the transmit antennas and the possible subsets of the receive antennas; Selecting transmission modes corresponding respectively to the sets of channel parameter statistics; Calculating receiver output bit error rates, wherein each output bit error rate is calculated based on at least one set of channel parameter statistics and a corresponding selected transmit mode; Selecting a particular possible subset of the transmit antennas and a particular possible subset of the receive antennas based on a criterion based on at least the calculated output bit error rates; Connecting the one or more of the transmit RF chains to the selected special possible subset of the transmit antennas; and connecting the one or more of the receive RF chains to the selected particular possible subset of the receive antennas.

Diese und weitere Merkmale und Vorteile von einigen Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können aus einer Durchsicht der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung zusammen mit den beigefügten Figuren, in denen sich gleiche Bezugszeichen durchwegs auf gleiche Teile beziehen, erkannt und verstanden werden. These and other features and advantages of some embodiments in accordance with some aspects of the present invention may be appreciated and understood from a review of the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings in which like reference numbers refer to like parts throughout.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1A und 1B zeigen eine Ausführungsform eines herkömmlichen MIMO-Kommunikationssystems. 1A and 1B show an embodiment of a conventional MIMO communication system.

2A und 2B zeigen eine Ausführungsform eines MIMO-Systems in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung. 2A and 2 B show an embodiment of a MIMO system in accordance with some aspects of the present invention.

3 zeigt eine Ausführungsform eines SM-MIMO-OFDM-Systems in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung. 3 FIG. 12 shows one embodiment of an SM-MIMO-OFDM system in accordance with some aspects of the present invention. FIG.

4A und 4B zeigen Ablaufdiagramme, die Ausführungsformen eines Antennenauswahlmechanismus in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. 4A and 4B 10 are flowcharts illustrating embodiments of an antenna selection mechanism in accordance with some aspects of the present invention.

5 zeigt eine graphische Darstellung, die beispielhafte Leistungsergebnisse in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 5 FIG. 12 is a graph illustrating exemplary performance results in accordance with some aspects of the present invention. FIG.

6 zeigt eine Ausführungsform eines SC-MIMO-OFDM-Systems in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung. 6 FIG. 12 shows an embodiment of an SC-MIMO-OFDM system in accordance with some aspects of the present invention. FIG.

7 zeigt eine Ausführungsform eines Empfängers in einem DS-SS-SIMO-System in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung. 7 FIG. 12 shows an embodiment of a receiver in a DS-SS SIMO system in accordance with some aspects of the present invention. FIG.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

I. ÜBERBLICK ÜBER EINIGE ASPEKTE DER VORLIEGENDEN ERFINDUNGI. OVERVIEW OF SOME ASPECTS OF THE PRESENT INVENTION

Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können sich auf Kommunikationssysteme beziehen, die einen Sender und/oder einen Empfänger verwenden, die mehrere Antennenelemente aufweisen.Some embodiments in accordance with some aspects of the present invention may relate to communication systems that use a transmitter and / or a receiver having multiple antenna elements.

Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können sich auf Systeme beziehen, die eine kanaladaptive Antennenauswahl in Multi-Antennenelement-Kommunikationssystemen bereitstellen.Some embodiments in accordance with some aspects of the present invention may relate to systems that provide channel adaptive antenna selection in multi-antenna element communication systems.

Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können implementiert werden, um eine Auswahl einer Untermenge von Antennenelementen in einer oder mehreren drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen mit mehreren Antennen auf der Grundlage eines Kriteriums zu ermöglichen bzw. zu erleichtern, das zumindest teilweise auf berechneten Ausgangs-Bitfehlerraten basiert.Some embodiments in accordance with some aspects of the present invention may be implemented to facilitate selection of a subset of antenna elements in one or more multi-antenna wireless communication devices based on a criterion based at least in part on calculated output bit error rates based.

Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können implementiert werden, um die Auswahl einer Untermenge von Antennenelementen in einer oder mehreren drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen mit mehreren Antennen so zu ermöglichen bzw. zu erleichtern, dass zum Beispiel eine Bitfehlerrate (BER; bit error rate) minimiert oder optimiert werden kann.Some embodiments in accordance with some aspects of the present invention may be implemented to facilitate the selection of a subset of antenna elements in one or more multi-antenna wireless communication devices such that, for example, a bit error rate (BER) is used. can be minimized or optimized.

Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können implementiert werden, um eine kanaladaptive Auswahl einer Untermenge von Antennenelementen in einer oder mehreren drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen mit mehreren Antennen auf der Grundlage eines Kriteriums zu ermöglichen bzw. zu erleichtern, das zumindest teilweise auf berechneten Ausgangs-Bitfehlerraten basiert.Some embodiments in accordance with some aspects of the present invention may be implemented to facilitate channel-adaptive selection of a subset of antenna elements in one or more multi-antenna wireless communication devices based on a criterion that is based, at least in part, on computed output. Bit error rates based.

Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können die Verwendung einer größeren Anzahl an Antennenelementen als die Anzahl an Hochfrequenz-(HF)-Ketten ermöglichen. Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können die Systemleistung in einer kosteneffektiven Art und Weise verbessern. Some embodiments in accordance with some aspects of the present invention may enable the use of a larger number of antenna elements than the number of radio frequency (RF) chains. Some embodiments in accordance with some aspects of the present invention may improve system performance in a cost effective manner.

Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können eingesetzt werden, um eine Untermenge von Antennenelementen eines Multi-Antennen-Senders zum Senden eines Signals auszuwählen, und/oder um eine Untermenge von Antennenelementen eines Multi-Antennen-Empfängers zum Empfangen eines Signals auszuwählen.Some embodiments in accordance with some aspects of the present invention may be employed to select a subset of antenna elements of a multi-antenna transmitter for transmitting a signal, and / or to select a subset of antenna elements of a multi-antenna receiver to receive a signal ,

Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können vorsehen, dass eine Auswahl der Untermenge von Antennenelementen zumindest teilweise auf einem Kriterium basiert, das zumindest teilweise auf wenigstens berechneten Ausgangs-Bitfehlerraten basiert.Some embodiments in accordance with some aspects of the present invention may provide that a selection of the subset of antenna elements is based, at least in part, on a criterion based at least in part on at least calculated output bit error rates.

Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können vorsehen, dass die Auswahl der Untermenge von Antennenelementen zumindest teilweise auf einer Minimierung einer BER basiert.Some embodiments in accordance with some aspects of the present invention may provide that the selection of the subset of antenna elements is based at least in part on minimizing a BER.

Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können auf Kommunikationssysteme angewendet werden, die zum Beispiel Codemultiplex-Vielfachzugriff-(CDMA; code division multiple access)-Signale, Spreizspektrumsignale, Einzelträgersignale, Mehrträgersignale, mit einem orthogonalen Frequenzmultiplexen gemultiplexte (orthogonal frequency divisional multiplexed/OFDM-)Signale, Ultrabreitband-Signale, Raum-Zeit-Diversitäts-Signale und räumlich gemultiplexte Signale benutzen.Some embodiments in accordance with some aspects of the present invention may be applied to communication systems that include code division multiple access (CDMA) signals, spread spectrum signals, single carrier signals, multicarrier signals, orthogonal frequency division multiplexed (orthogonal frequency division multiplexed) OFDM) signals, UWB signals, space-time diversity signals, and spatially multiplexed signals.

Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können vorsehen, dass eine Auswahl der Untermenge von Antennenelementen zumindest teilweise auf einer Minimierung einer BER auf der Grundlage von zum Beispiel Parametern (z. B. statistischen Parametern) basiert, die in Beziehung zu einem oder mehreren Kommunikationskanälen stehen. Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können vorsehen, dass eine Auswahl einer Untermenge von Antennenelementen auf einer Minimierung einer BER basiert, die zumindest teilweise auf der Grundlage von Parameterstatistiken von einem oder mehreren verwendbaren Kommunikationskanälen basiert.Some embodiments in accordance with some aspects of the present invention may provide that a selection of the subset of antenna elements is based, at least in part, on minimizing a BER based on, for example, parameters (eg, statistical parameters) related to one or more several communication channels. Some embodiments in accordance with some aspects of the present invention may provide that selection of a subset of antenna elements is based on minimizing a BER based, at least in part, on parameter statistics from one or more usable communication channels.

Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können für die Antennenauswahl in einem MIMO-(Multiple Input Multiple Output; mehrere Eingänge, mehrere Ausgänge)-Kommunikationssystem verwendet werden. Das MIMO-Kommunikationssystem kann zum Beispiel einen Sender bereitstellen, der eine Vielzahl (N) von räumlich gemultiplexten Signalen durch N Sendeantennenelemente sendet, die aus einer Menge von nT Antennenelementen ausgewählt wurden, wobei nT > N ist. Das MIMO-Kommunikationssystem kann zum Beispiel einen Empfänger bereitstellen, in dem N Empfangsantennenelemente, die aus insgesamt M Elementen ausgewählt wurden, wobei M > N ist, eine Anzahl von Ausgangssignalen bilden, die gleich der Anzahl an räumlich gemultiplexten Signalen ist. Die Ausgangssignale wiederum werden entsprechenden HF-Ketten zur Verarbeitung im Basisband bereitgestellt. Somit können einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise die Minimierung der BER (z. B. eine kanaladaptive Minimierung der BER) und/oder eine Reduktion der HF-Signal-Verarbeitungskosten innerhalb von Systemen mit mehreren Antennen gestatten.Some embodiments in accordance with some aspects of the present invention may be used for antenna selection in a MIMO (Multiple Input Multiple Output) communication system. For example, the MIMO communication system may provide a transmitter that transmits a plurality (N) of spatially multiplexed signals through N transmitting antenna elements selected from a set of n T antenna elements, where n T > N. For example, the MIMO communication system may provide a receiver in which N receive antenna elements selected from a total of M elements, where M> N, form a number of output signals equal to the number of spatially multiplexed signals. The output signals in turn are provided to corresponding RF chains for processing in baseband. Thus, in accordance with some aspects of the present invention, some embodiments may advantageously allow minimization of BER (eg, channel adaptive minimization of BER) and / or reduction of RF signal processing costs within multi-antenna systems.

Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können einen Sender, der eine oder mehrere HF-Ketten aufweist, und eine bestimmte Vielzahl von Sendeantennen bereitstellen, die alle oder weniger als alle der Sendeantennen des Senders sein kann. Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können ein System bereitstellen, das zum Beispiel eine Untermenge einer bestimmten Vielzahl von Sendeantennen auswählt, wobei die Untermenge ein HF-Eingangssignal zum Beispiel als eine Vielzahl von HF-Ausgangssignalen sendet, die zum Beispiel nachfolgend von einem Empfänger empfangen werden. Eine Vielzahl von möglichen Untermengen (z. B. alle oder weniger als alle der möglichen Untermengen, die eine bestimmte Anzahl an Sendeantennen oder andere Typen von Gruppierungscharakteristiken aufweisen) der bestimmten Vielzahl von Sendeantennen kann gebildet werden. Sätze von Kanalparameterstatistiken oder anderen Parametern, die den möglichen Untermengen der bestimmten Vielzahl von Sendeantennen entsprechen, können dann bestimmt werden. Sendemodi oder andere Arten von Modi, die jeweiligen Sätzen von Kanalparameterstatistiken entsprechen, können ausgewählt werden. Sendemodi können zum Beispiel einen Modulationspegel und/oder eine Codierungsrate aufweisen. Zum Beispiel kann eine Vielzahl von BERs (Bitfehlerraten) (z. B. Ausgangs-BERs) des Empfängers berechnet werden. Jede der Vielzahl von Ausgangs-BERs kann zum Beispiel zumindest teilweise auf der Grundlage zum Beispiel eines Satzes von Kanalparameterstatistiken und/oder entsprechenden ausgewählten Sendemodi berechnet werden. Eine mögliche Untermenge der bestimmten Vielzahl von Sendeantennen kann zum Beispiel auf der Grundlage von Kriterien ausgewählt werden, die zumindest teilweise auf den Ausgangs-BERs und/oder den ausgewählten Sendemodi basieren. Eine oder mehrere HF-Ketten können dann mit der Sendeantenne bzw. den Sendeantennen der ausgewählten möglichen Untermenge der bestimmten Vielzahl von Sendeantennen verbunden werden.Some embodiments in accordance with some aspects of the present invention may provide a transmitter having one or more RF chains and a particular plurality of transmit antennas, which may be all or less than all of the transmit antennas of the transmitter. Some embodiments in accordance with some aspects of the present invention may provide a system that selects, for example, a subset of a particular plurality of transmit antennas, wherein the subset transmits an RF input signal as, for example, a plurality of RF output signals be received by a recipient. A variety of possible subsets (eg, all or less than all of the possible subsets having a certain number of transmit antennas or other types of grouping characteristics) of the particular plurality of transmit antennas may be formed. Sets of channel parameter statistics or other parameters corresponding to the possible subsets of the particular plurality of transmit antennas may then be determined. Sending modes or other types of modes corresponding to respective sets of channel parameter statistics may be selected. Transmission modes may include, for example, a modulation level and / or a coding rate. For example, a plurality of BERs (bit error rates) (eg, output BERs) of the receiver may be calculated. For example, each of the plurality of output BERs may be computed, at least in part, based on, for example, a set of channel parameter statistics and / or corresponding selected transmit modes. For example, a possible subset of the particular plurality of transmit antennas may be selected based on criteria that are at least partially related to the source BERs and / or the selected transmission modes. One or more RF chains may then be connected to the transmit antenna (s) of the selected possible subset of the particular plurality of transmit antennas.

Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können für Kanalparameterstatistiken sorgen, die zum Beispiel Statistiken erster Ordnung, Statistiken zweiter Ordnung oder Statistiken höherer Ordnung umfassen können. Kanalparameterstatistiken können zum Beispiel eines bzw. einen oder mehrere der Folgenden aufweisen: ein Ausgangs-Signal-Rausch-Verhältnis, ein Ausgangs-Signal-Interferenz-plus-Rausch-Verhältnis, ein Wahrscheinlichkeitsverhältnis (z. B. ein logarithmisches Wahrscheinlichkeitsverhältnis), einen euklidischen Abstand in einer Signalkonstellation zum Beispiel eines Empfängers. Kanalparameterstatistiken können zum Beispiel über einen Frequenzbereich oder einen Zeitbereich berechnet werden.Some embodiments in accordance with some aspects of the present invention may provide channel parameter statistics, which may include, for example, first order statistics, second order statistics, or higher order statistics. Channel parameter statistics may include, for example, one or more of the following: an output signal-to-noise ratio, an output signal-to-interference-plus-noise ratio, a likelihood ratio (eg, a log-likelihood ratio), an Euclidean Distance in a signal constellation, for example, of a receiver. Channel parameter statistics can be calculated, for example, over a frequency range or a time range.

Einige Ausführungsformen eines Antennenauswahlmechanismus in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können mit verschiedenen Arten von Multi-Antennen-Kommunikationssystemen verwendet werden. In bestimmten Ausführungsformen können einige Ausführungsformen eines Antennenauswahlmechanismus in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung zum Beispiel auf einen Multi-Antennen-Empfänger innerhalb eines „Single Channel”-(SC)-Systems bzw. Einkanal-Systems (d. h. einem System, dem das räumliche Multiplexen fehlt), auf einen Multi-Antennen-Sender in einem Einkanal-System oder auf den Sender und/oder Empfänger eines MIMO-Systems, das das räumliche Multiplexen (SM; spatial multiplexing) oder einen einzigen Kanal verwendet, angewendet werden.Some embodiments of an antenna selection mechanism in accordance with some aspects of the present invention may be used with various types of multi-antenna communication systems. In certain embodiments, some embodiments of an antenna selection mechanism in accordance with some aspects of the present invention may, for example, refer to a multi-antenna receiver within a "single channel" (SC) system (ie, a spatial Multiplexing), to a multi-antenna transmitter in a single-channel system or to the transmitter and / or receiver of a MIMO system using spatial multiplexing (SM) or a single channel.

Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können zum Beispiel eine Anzahl N von Empfangsantennenelementen, die aus einer Menge von M zur Verfügung stehenden Antennenelementen ausgewählt ist (wobei M > N ist), derart bereitstellen, dass die ausgewählte Untermenge von Antennenelementen die BER minimiert, zum Beispiel wenn verschiedene Kanalparameterstatistiken berücksichtigt werden. Dies kann bewirkt werden, indem mögliche Untermengen einer Vielzahl von Sendeantennen und mögliche Untermengen der M Empfangsantennen gebildet werden. Der Mechanismus umfasst des Weiteren das Bestimmen von mehreren Sätzen von Kanalparameterstatistiken, die Kombinationen aus Untermengen der möglichen Untermengen der Vielzahl von Sendeantennen und aus Untermengen der möglichen Untermengen der Vielzahl von Empfangsantennen entsprechen. Mehrere Sendemodi, die jeweils den mehreren Sätzen von Kanalparameterstatistiken entsprechen, werden dann ausgewählt. Außerdem werden mehrere Ausgangs-Bitfehlerraten des Empfängers wenigstens zum Teil auf der Grundlage von einem der mehreren Sätze von Kanalparameterstatistiken und einem entsprechenden Sendemodus der mehreren Sendemodi berechnet. Eine der möglichen Untermengen der Vielzahl von Sendeantennen und eine der möglichen Untermengen der Vielzahl von Empfangsantennen werden dann auf der Grundlage eines Kriteriums ausgewählt, das zumindest teilweise auf den mehreren Ausgangs-Bitfehlerraten und den mehreren Sendemodi basiert. Der Mechanismus umfasst des Weiteren das Verbinden einer oder mehrerer der Sende-HF-Ketten mit der einen der möglichen Untermengen der Vielzahl von Sendeantennen und das Verbinden der einen oder mehreren Empfangs-HF-Ketten mit der einen der möglichen Untermengen der Vielzahl von Empfangsantennen.For example, some embodiments in accordance with some aspects of the present invention may provide a number N of receive antenna elements selected from a set of M available antenna elements (where M> N) such that the selected subset of antenna elements comprise the BER minimized, for example when different channel parameter statistics are considered. This can be accomplished by forming possible subsets of a plurality of transmit antennas and possible subsets of the M receive antennas. The mechanism further comprises determining a plurality of sets of channel parameter statistics corresponding to combinations of subsets of the possible subsets of the plurality of transmit antennas and subsets of the possible subsets of the plurality of receive antennas. Multiple transmit modes, each corresponding to the multiple sets of channel parameter statistics, are then selected. In addition, multiple output bit error rates of the receiver are computed based at least in part on one of the multiple sets of channel parameter statistics and a corresponding transmit mode of the plurality of transmit modes. One of the possible subsets of the plurality of transmit antennas and one of the possible subsets of the plurality of receive antennas are then selected based on a criterion based at least in part on the multiple output bit error rates and the multiple transmit modes. The mechanism further comprises connecting one or more of the transmit RF chains to the one of the possible subsets of the plurality of transmit antennas and connecting the one or more receive RF chains to the one of the possible subsets of the plurality of receive antennas.

Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können ein Kriterium bereitstellen, das zum Beispiel auf einem oder mehreren der Folgenden basiert: einer Ausgangs-Bitfehlerrate; einem Sendemodus; einer Minimierung einer Ausgangs-Bitfehlerrate; einer Maximierung einer Datenrate; einer Maximierung einer Datenrate in einer ersten Stufe eines Empfängers; und einer Minimierung einer Ausgangs-Bitfehlerrate in einer zweiten Stufe des Empfängers.Some embodiments in accordance with some aspects of the present invention may provide a criterion based, for example, on one or more of the following: an output bit error rate; a transmission mode; a minimization of an output bit error rate; a maximization of a data rate; maximizing a data rate in a first stage of a receiver; and minimizing an output bit error rate in a second stage of the receiver.

Im Falle eines Einkanal- oder räumlich gemultiplexten MIMO-Systems, das mehrere HF-Ketten auf einer Sende- und/oder Empfängerseite verwendet, können gewisse Basisband-Gewichtungs- und -Kombinierungsmechanismen innerhalb des Senders (z. B. Vorcodierung) und/oder des Empfängers zusammen mit dem Auswahlmechanismus integriert sein. So können zum Beispiel die Basisbandgewichtungen und die Antennenauswahl beide so ausgelegt sein, dass sie zur Minimierung der BER beitragen. In einem anderen Beispiel können die Basisbandgewichtungen so ausgelegt sein, dass sie zum Beispiel ein Ausgangs-Signal-Rausch-Verhältnis (engl.: SNR, signal-to-noise ratio; deutsch: SRV), ein Ausgangs-Signal-Interferenz-plus-Rausch-Verhältnis (engl.: SINR, signal-to-interference-and-noise ratio; deutsch: SIRV) oder eine Kapazität maximieren, während die BER durch eine geeignete Antennenauswahl minimiert wird.In the case of a single-channel or spatially multiplexed MIMO system using multiple RF chains on a transmitting and / or receiving side, certain baseband weighting and combining mechanisms within the transmitter (e.g., precoding) and / or the Be integrated with the selection mechanism. For example, baseband weights and antenna selection may both be designed to help minimize BER. In another example, the baseband weights may be designed to have, for example, an output signal-to-noise ratio (SNR), an output signal-interference-plus ratio (SNR). SIRV) or to maximize a capacity, while the BER is minimized by an appropriate antenna selection.

Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung sind auf ein kanaladaptives System für eine Antennenauswahl auf der Grundlage der Minimierung der BER für die Verwendung in Multi-Antennen-Systemen ausgerichtet, die zum Beispiel N-fach räumlich gemultiplexte Multi-Antennen-Systeme umfassen. Um zu ermöglichen, dass einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung verstanden werden können, wird ein Überblick über beispielhafte Architekturen bereitgestellt, die eine Antennenauswahl innerhalb von Multi-Antennen-Systemen implementieren können. Nach dem Überblick können weitere Einzelheiten, die sich auf Systeme für die kanaladaptive Antennenauswahl auf der Grundlage von zum Beispiel der Minimierung der BER beziehen, präsentiert werden.Some embodiments in accordance with some aspects of the present invention are directed to a channel adaptive antenna selection system based on minimizing the BER for the antenna Used in multi-antenna systems, which include, for example, N-way spatially multiplexed multi-antenna systems. In order to enable some embodiments to be understood in accordance with some aspects of the present invention, an overview of exemplary architectures that can implement antenna selection within multi-antenna systems is provided. After review, further details related to systems for channel adaptive antenna selection based on, for example, minimizing BER may be presented.

II. ARCHITEKTUR FÜR DIE ANTENNENAUSWAHLII. ARCHITECTURE FOR THE ANTENNA SELECTION

Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können in drahtlosen Kommunikationssystemen implementiert werden, in denen eine kleinere Anzahl an HF-Ketten innerhalb eines Senders und/oder Empfängers als die Anzahl an benutzten Sende-/Empfangsantennen verwendet wird. In einigen Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung wird eine Anzahl N von Empfangsantennenelementen aus einer Gesamtanzahl von Elementen M ausgewählt, wobei M > N ist. Dadurch werden N HF-Ausgangssignale gebildet, die dann durch N HF-Ketten geleitet werden. In einer exemplarischen Implementierung weist jede HF-Kette zum Beispiel ein Filter, einen Abwärtswandler bzw. Abwärtsmischer und einen Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler) auf. Die von dem A/D-Wandler jeder HF-Kette hergestellten Ausgangssignale werden dann digital verarbeitet, um die N räumlich gemultiplexten Ausgangssignale zu erzeugen. Durch das Durchführen der erforderlichen Auswahl einer Untermenge von Antennen bei HF kann ein N-fach räumlich gemultiplextes System mit mehr als N Empfangsantennen, aber nur N HF-Ketten mit Kosten verwirklicht werden, die denen eines Systems mit N Empfangsantennen ähnlich sind. Dementsprechend kann die Empfängerleistung durch die Verwendung von zusätzlichen Antennen bei relativ niedrigen Kosten verbessert werden.Some embodiments in accordance with some aspects of the present invention may be implemented in wireless communication systems that use a smaller number of RF links within a transmitter and / or receiver than the number of transmit / receive antennas used. In some embodiments, in accordance with some aspects of the present invention, a number N of receive antenna elements is selected from a total number of elements M, where M> N. This forms N RF output signals, which are then passed through N RF chains. In an exemplary implementation, each RF chain includes, for example, a filter, a down converter and an analog-to-digital converter (A / D converter). The output signals produced by the A / D converter of each RF chain are then digitally processed to produce the N spatially multiplexed output signals. By performing the necessary selection of a subset of antennas in RF, an N-times spatially multiplexed system with more than N receive antennas, but only N RF chains, can be realized at a cost similar to that of a N-receive antenna system. Accordingly, the receiver performance can be improved by using additional antennas at a relatively low cost.

Eine ähnliche Technik kann an einem Sender verwendet werden, der N HF-Ketten und eine Anzahl nT von Sendeantennen, die größer als N ist, beinhaltet. In einer beispielhaften Implementierung folgt auf die N HF-Ketten ein Schalter, der jede dieser HF-Ketten mit einer aus nT ausgewählten Untermenge von N Sendeantennen verbindet. Wie an dem Empfänger, so kann auch hier durch das Durchführen einer solchen Auswahl einer Untermenge von Antennen bei HF ein N-fach räumlich gemultiplextes System mit mehr als N Sendeantennen, aber nur N HF-Ketten mit Kosten verwirklicht werden, die denen eines Systems mit N Sendeantennen und N HF-Ketten ähnlich sind. Dementsprechend kann die Senderleistung durch die Verwendung von zusätzlichen Antennen bei relativ niedrigen Kosten verbessert werden.A similar technique may be used at a transmitter, the N RF chains and a number n T of transmit antennas greater than N includes. In an exemplary implementation, the N RF chains are followed by a switch that connects each of these RF chains to a subset of N transmit antennas selected from n T. As with the receiver, by performing such selection of a subset of antennas at RF, an N-times spatially multiplexed system with more than N transmit antennas but only N RF chains can be realized at a cost similar to that of a system N transmit antennas and N RF chains are similar. Accordingly, transmitter power can be improved through the use of additional antennas at a relatively low cost.

A. Räumliches MultiplexenA. Spatial multiplexing

In Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung stellt das räumliche Multiplexen (SM; spatial multiplexing) einen Modus der Signalübertragung bereit, der auf der Verwendung von mehreren Antennen an sowohl einem Sender als auch einem Empfänger auf eine solche Art und Weise basiert, dass die Bitrate einer drahtlosen Funkverbindung erhöht werden kann, ohne dass der Leistungs- bzw. -Strom- oder Bandbreitenverbrauch entsprechend ansteigt. In dem Fall, wenn N Antennen sowohl an einem Sender als auch an einem Empfänger verwendet werden, wird ein Eingangsstrom von Informationssymbolen, der dem Sender bereitgestellt wird, in N unabhängige Teilströme aufgeteilt. Das räumliche Multiplexen zieht in Betracht, dass jeder dieser Teilströme denselben „Kanal” (z. B. einen Zeitschlitz, eine Frequenz oder eine Code-/Schlüsselsequenz) des verwendbaren Mehrfachzugriffsprotokolls belegen wird. Innerhalb des Senders wird jeder Teilstrom separat an die N Sendeantennen angelegt und über einen dazwischenliegenden Mehrwege-Kommunikationskanal zu einem Empfänger weitergeleitet. Die zusammengesetzten Mehrwegesignale werden dann von einer Empfangs-Array von N Empfangsantennen empfangen, die an dem Empfänger verwendet wird. An dem Empfänger wird dann eine „räumliche Signatur”, die von den N Phasen und N Amplituden definiert wird, die an der Empfangsantennen-Array für einen gegebenen Teilstrom entstehen, geschätzt. Signalverarbeitungstechniken werden dann angewendet, um die empfangenen Signale zu trennen, was es gestattet, dass die ursprünglichen Teilströme zurückgewonnen und in den ursprünglichen Eingangssymbolstrom zusammengefasst werden können. Die Prinzipien von räumlich gemultiplexten Kommunikationssystemimplementierungen und exemplarischen Systemimplementierungen sind zum Beispiel in dem Dokument „Optimum combining for indoor radio systems with multiple users” (Optimales Kombinieren für Innenraumfunksysteme mit mehreren Benutzern) von J. H. Winters, IEEE Transactions on Communications, Band COM-35, Nr. 11, November 1987 weiter beschrieben, welches hiermit durch Bezugnahme darauf in seiner Gesamtheit zum Bestandteil der vorliegenden Schrift wird.In accordance with some embodiments in accordance with some aspects of the present invention, spatial multiplexing (SM) provides a mode of signal transmission based on the use of multiple antennas at both a transmitter and a receiver in such a manner based on that the bit rate of a wireless radio link can be increased without the power consumption or bandwidth consumption increases accordingly. In the case where N antennas are used at both a transmitter and a receiver, an input stream of information symbols provided to the transmitter is split into N independent sub-streams. Spatial multiplexing considers that each of these sub-streams will occupy the same "channel" (eg, a time slot, frequency, or code / key sequence) of the useable multiple access protocol. Within the transmitter, each substream is applied separately to the N transmit antennas and routed to a receiver via an intervening multipath communication channel. The composite multipath signals are then received by a receive array of N receive antennas used at the receiver. At the receiver, a "spatial signature" defined by the N phases and N amplitudes arising at the receive antenna array for a given sub-stream is then estimated. Signal processing techniques are then used to separate the received signals, allowing the original substreams to be recovered and merged into the original input symbol stream. The principles of spatially multiplexed communication system implementations and exemplary system implementations are, for example, in the document "Optimum Combining for Indoor Radio Systems with Multiple Users" by JH Winters, IEEE Transactions on Communications, Vol. COM-35, No. 11, November 1987 which is hereby incorporated herein by reference in its entirety.

B. Herkömmliches MIMO-System B. Conventional MIMO System

Einige Aspekte der vorliegenden Erfindung können noch vollständiger erläutert werden, indem zuerst ein herkömmliches MIMO-Kommunikationssystem betrachtet wird, welches veranschaulichend durch 1 dargestellt ist. Wie gezeigt ist, umfasst das MIMO-System 100 von 1 einen Sender 110, der in 1A veranschaulicht ist, und einen Empfänger 130, der in 1B veranschaulicht ist. Der Sender 110 und der Empfänger 130 umfassen jeweils einen Satz von T Sende-HF-Ketten und einen Satz von R Empfangs-HF-Ketten, die dafür konfiguriert sind, eine Gruppe von N räumlich gemultiplexten Signalen zu senden und zu empfangen. Innerhalb des Systems 100 wird angenommen, dass entweder (i) T größer als N ist und R gleich N ist, (ii) T gleich N ist und R größer als N ist, oder (iii) sowohl T als auch R größer als N sind.Some aspects of the present invention can be more fully explained by first considering a conventional MIMO communication system, which is illustrated by FIG 1 is shown. As shown, the MIMO system includes 100 from 1 a transmitter 110 who in 1A is illustrated, and a receiver 130 who in 1B is illustrated. The transmitter 110 and the receiver 130 each comprise a set of T transmit RF chains and a set of R receive RF chains configured to transmit and receive a set of N spatially multiplexed signals. Within the system 100 it is assumed that either (i) T is greater than N and R is N, (ii) T is N, and R is greater than N, or (iii) both T and R are greater than N.

Unter Bezugnahme auf 1A wird ein Eingangssignal S, das gesendet werden soll und das typischerweise einen Strom von digitalen Symbolen aufweist, von einem Demultiplexer 102 in N unabhängige Teilströme S1, 2 ..., N demultiplext. Die Teilströme S1, 2, ..., N werden dann zu einem Digitalsignalprozessor (DSP) 105 gesendet, der einen Satz von T Ausgangssignalen T1, 2 ..., T erzeugt. Die T Ausgangssignale T1, 2 ..., T werden typischerweise aus den N Teilströmen S1, 2 ..., N durch Gewichtung (z. B. durch Multiplizieren mit einer komplexen Zahl) jedes der N Teilströme S1, 2 ..., N mit T unterschiedlichen Gewichtungskoeffizienten erzeugt, um NT Teilströme zu bilden. Diese N·T Teilströme werden dann kombiniert, um die T Ausgangssignale T1, 2 ..., T zu bilden. Die T Ausgangssignale T1, 2 ..., T werden dann unter Verwendung eines Satzes von T Digital-Analog-(D/A)-Wandlern 108 in T analoge Signale A1, 2 ..., T umgewandelt. Jedes der T analogen Signale A1, 2 ..., T wird dann auf die verwendbare Sendeträger-HF-Frequenz innerhalb eines Mischers 112 aufwärtsgewandelt bzw. aufwärtsgemischt, indem es mit einem Signal gemischt wird, das von einem Lokaloszillator 114 bereitgestellt wird. Der resultierende Satz von T HF-Signalen (z. B. HF1, 2 ..., T) wird dann durch jeweilige Verstärker 116 verstärkt und durch jeweilige Antennen 118 gesendet.With reference to 1A For example, an input signal S to be transmitted, which typically has a stream of digital symbols, is output from a demultiplexer 102 in N independent sub-streams S 1, 2 ..., N demultiplexed. The sub-streams S 1, 2, ..., N are then converted to a digital signal processor (DSP) 105 which produces a set of T output signals T 1, 2 ..., T. The T output signals T 1, 2 ..., T are typically obtained from the N sub-streams S 1, 2 ..., N by weighting (eg by multiplying by a complex number) each of the N sub-streams S 1, 2. .., N generated with T different weighting coefficients to form NT substreams. These N * T substreams are then combined to form the T output signals T 1, 2..., T. The T outputs T 1, 2 ..., T are then sampled using a set of T digital-to-analog (D / A) converters 108 in T analog signals A 1, 2 ..., T converted. Each of the T analog signals A 1, 2 ..., T is then switched to the usable transmit carrier RF frequency within a mixer 112 up-converted or mixed-up by mixing with a signal received from a local oscillator 114 provided. The resulting set of T RF signals (eg, HF 1, 2, ..., T ) is then passed through respective amplifiers 116 amplified and by respective antennas 118 Posted.

Nun wird Bezug auf 1B genommen. Die HF-Signale, die von dem Sender 110 gesendet werden, werden von einem Satz von R Empfangsantennen 131 empfangen, die an dem Empfänger 130 benutzt werden. Jedes der R Signale, das von einer Antenne 131 empfangen wird, wird durch einen jeweiligen rauscharmen Verstärker 133 verstärkt und durch ein Filter 135 geleitet. Die resultierenden gefilterten Signale werden dann jeweils unter Verwendung von Mischern 137, von denen jeder mit einem Signal von einem Lokaloszillator 138 versehen wird, von HF auf Basisband abwärtsgewandelt bzw. abwärtsgemischt. Obwohl der Empfänger von 1B als ein Homodynempfänger konfiguriert ist, könnte auch ein Heterodyn- bzw. Überlagerungsempfänger, der durch eine Zwischen-ZF-Frequenz charakterisiert ist, verwendet werden. Die jeweiligen R Basisbandsignale, die von den Mischern 137 erzeugt werden, werden dann unter Verwendung eines entsprechenden Satzes von R Analog-Digital-(A/D)-Wandlern 140 in digitale Signale umgewandelt. Die resultierenden R digitalen Signale D1, 2 ..., R werden dann unter Verwendung des Digitalsignalprozessors 142 gewichtet und kombiniert, um N räumlich gemultiplexte Ausgangssignale S'1, 2 ..., N zu bilden, die Schätzwerte der gesendeten Signale S1, 2 ..., N aufweisen. Die N Ausgangssignale S'1, 2 ..., N werden dann unter Verwendung eines Multiplexers 155 gemultiplext, um einen Schätzwert 160 (S') des ursprünglichen Eingangssignals S zu erzeugen.Now, reference is made 1B taken. The RF signals coming from the transmitter 110 are sent from a set of R receive antennas 131 received at the receiver 130 to be used. Each of the R signals from an antenna 131 is received by a respective low-noise amplifier 133 reinforced and through a filter 135 directed. The resulting filtered signals are then each using mixers 137 , each with a signal from a local oscillator 138 is down-converted or down-converted by HF to baseband. Although the recipient of 1B As a homodyne receiver, a heterodyne receiver characterized by an intermediate IF frequency could also be used. The respective R baseband signals coming from the mixers 137 are then generated using a corresponding set of R analog-to-digital (A / D) converters 140 converted into digital signals. The resulting R digital signals D 1, 2 ..., R are then processed using the digital signal processor 142 weighted and combined to form N spatially multiplexed output signals S ' 1, 2 ..., N , having estimated values of the transmitted signals S 1, 2 ..., N. The N output signals S ' 1, 2 ..., N are then multiplexed 155 multiplexed to an estimate 160 (S ') of the original input signal S to produce.

C. Antennenauswahl bei HF in räumlich gemultiplexten KommunikationssystemenC. Antenna Selection in RF in Spatially Multiplexed Communication Systems

Nun wird auf 2 Bezug genommen, in der ein Blockdiagramm eines MIMO-Kommunikationssystems 200 mit einem Sender 210 und einem Empfänger 250 gezeigt ist, das so konfiguriert ist, dass es ein N-faches räumliches Multiplexen unter Verwendung von nur N Sende-/Empfangs-HF-Ketten bewirkt, obwohl mehr als N Sende-/Empfangsantennen jeweils an dem Sender 210 und dem Empfänger 250 verwendet werden. Insbesondere umfasst der Sender 210 eine Menge von MT Sendeantennen 240 und umfasst der Empfänger eine Menge von MR Empfangsantennen 260, wobei einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung vorsehen können, dass MT und/oder MR größer als oder gleich groß wie N sind. Beispielsweise ist (i) MT größer als N und MR gleich N, ist (ii) MT gleich N und MR größer als N, oder sind (iii) sowohl MT als auch MR größer als N.Now it will open 2 Reference is made in the a block diagram of a MIMO communication system 200 with a transmitter 210 and a receiver 250 which is configured to effect N-times spatial multiplexing using only N transmit / receive RF chains, although more than N transmit / receive antennas each at the transmitter 210 and the receiver 250 be used. In particular, the transmitter includes 210 a lot of MT transmit antennas 240 and the receiver comprises a set of MR receiving antennas 260 In some embodiments, in accordance with some aspects of the present invention, some embodiments may provide that MT and / or MR are greater than or equal to N. For example, (i) MT is greater than N and MR is N, (ii) MT is N and MR is greater than N, or are (iii) both MT and MR greater than N.

Wie in 2A gezeigt ist, wird ein zu sendendes Eingangssignal S durch den Demultiplexer 202 in N unabhängige Teilströme SS1, 2 ..., N demultiplext. Die Teilströme SS1, 2 ..., N werden dann unter Verwendung eines entsprechenden Satzes von D/A-Wandlern 206 in N analoge Teilströme AS1, 2 ..., N umgewandelt. Als nächstes werden die N analogen Teilströme AS1, 2 ..., N auf die verwendbare Sendeträger-HF-Frequenz unter Verwendung eines Satzes von Mischern 212 aufwärtsgewandelt bzw. aufwärtsgemischt, die mit dem Signal versehen werden, das von einem Lokaloszillator 214 erzeugt wird. Die resultierenden N HF-Signale (d. h. HF1, 2 ..., N) werden dann jeweils mit einer ausgewählten Untermenge von N Sendeantennenelementen durch einen Schalter 218 verbunden. Der Schalter 218 verbindet N HF-Signale (z. B. HF1, 2 ..., N) mit einer Menge von N Sendeantennen von den zur Verfügung stehenden MT Sendeantennen 240, wodurch ein Satz von N Ausgangssignalen hervorgebracht wird. Ein entsprechender Satz von N Verstärkern 234 verstärkt dann diese N Ausgangssignale, wobei die verstärkten Ausgangssignale dann unter Verwendung der N ausgewählten Sendeantennen 240 gesendet werden. In einem anderen Beispiel können sich die Verstärker 234 vor dem Schalter 218 befinden. In dieser Konfiguration werden insgesamt nur N Verstärker anstelle einer Gesamtmenge von MT Verstärkern, wenn ein Verstärker an jeder der MT Antennen platziert wird, benötigt. Die Auswahl der N Antennen wird so erzeugt, dass sie die BER des Ausgangssignals an dem Empfänger minimiert.As in 2A is shown, an input signal S to be transmitted by the demultiplexer 202 in N independent sub-streams SS 1, 2 ..., N demultiplexed. The substreams SS 1, 2 ..., N are then using a corresponding set of D / A converters 206 in N analog partial currents AS 1, 2 ..., N converted. Next, the N analog sub-streams AS 1, 2 ..., N are set to the usable transmit carrier RF frequency using a set of mixers 212 up-converted or up-converted, which are provided with the signal from a local oscillator 214 is produced. The resulting N RF signals (ie, RF 1, 2, ..., N ) are then each switched with a selected subset of N transmit antenna elements by a switch 218 connected. The desk 218 connects N RF signals (eg HF 1, 2 ..., N ) with a set of N transmit antennas from the available MT transmit antennas 240 , which produces a set of N output signals. A corresponding set of N amplifiers 234 then amplifies these N output signals, the amplified output signals then using the N selected transmit antennas 240 be sent. In another example, the amplifiers may 234 in front of the counter 218 are located. In this configuration, all in all, only N amplifiers are needed instead of a total of MT amplifiers when an amplifier is placed on each of the MT antennas. The selection of the N antennas is generated so as to minimize the BER of the output signal at the receiver.

Unter Bezugnahme auf 2B werden die N HF-Signale, die von dem Sender 210 gesendet worden sind, von der Menge von MR Empfangsantennen 260 empfangen, die an dem Empfänger 250 verwendet werden. Jedes der MR empfangenen Signale wird von einem jeweiligen rauscharmen Verstärker (LNA; low noise amplifier) 264 verstärkt und dann wird eine Untermenge N von diesen mit einem Satz von N HF-Ketten durch einen Schalter 276 verbunden, um einen Satz von N HF-Signalen zu bilden, die durch einen entsprechenden Satz von N Filtern 280 geleitet werden. In einem anderen Beispiel kann sich der rauscharme Verstärker 264 nach dem Schalter 276 befinden, so dass die Gesamtanzahl an verwendeten rauscharmen Verstärkern N ist und nicht MR, wie wenn ein rauscharmer Verstärker an allen MR Empfangsantennenelementen platziert wird. Die resultierenden N gefilterten Signale werden dann unter Verwendung eines Satzes von N Mischern 282, von denen jeder mit einem Trägersignal versehen wird, das von einem Lokaloszillator 284 erzeugt wird, auf Basisband abwärtsgewandelt bzw. abwärtsgemischt. Obwohl der Empfänger 250 in der Ausführungsform von 2B als ein Homodynempfänger verwirklicht ist, könnte er auch als ein Heterodyn- bzw. Überlagerungsempfänger implementiert sein, der durch eine Zwischen-ZF-Frequenz charakterisiert ist. (In der Tat kann jede der Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung zum Beispiel Homodynkonfigurationen oder Heterodynkonfigurationen enthalten). Die N Basisbandsignale, die von den Mischern 282 erzeugt werden, werden dann über einen entsprechenden Satz von N A/D-Wandlern 286 in digitale Signale umgewandelt. Die N digitalen Signale werden dann unter Verwendung eines Digitalsignalprozessors 288 weiter verarbeitet, um die N räumlich gemultiplexten Ausgangssignale SS'1, 2 ..., N zu bilden, die die Schätzwerte der N unabhängigen Teilströme SS1, 2 ..., N sind. Die N Ausgangssignale SS'1, 2 ..., N werden dann mittels eines Multiplexers 292 gemultiplext, um das Ausgangssignal S' zu erzeugen, das ein Schätzwert des Eingangssignals S ist.With reference to 2 B be the N RF signals transmitted by the transmitter 210 have been sent from the set of MR receive antennas 260 received at the receiver 250 be used. Each of the MR received signals is received by a respective low noise amplifier (LNA). 264 amplified and then a subset N of these with a set of N RF chains through a switch 276 connected to form a set of N RF signals passing through a corresponding set of N filters 280 be directed. In another example, the low noise amplifier may be 264 after the switch 276 so that the total number of low-noise amplifiers used is N and not MR, as when a low-noise amplifier is placed on all MR receive antenna elements. The resulting N filtered signals are then used using a set of N mixers 282 each of which is provided with a carrier signal supplied by a local oscillator 284 is generated, baseband down-converted or down-mixed. Although the receiver 250 in the embodiment of 2 B As a homodyne receiver, it could also be implemented as a heterodyne receiver characterized by an intermediate IF frequency. (Indeed, in accordance with some aspects of the present invention, each of the embodiments may include, for example, homodyne configurations or heterodyne configurations). The N baseband signals coming from the mixers 282 are then generated via a corresponding set of NA / D converters 286 converted into digital signals. The N digital signals are then processed using a digital signal processor 288 is further processed to form the N spatially multiplexed output signals SS ' 1, 2 ..., N , which are the estimates of the N independent substreams SS 1, 2 ..., N. The N output signals SS ' 1, 2 ..., N are then by means of a multiplexer 292 multiplexed to produce the output signal S ', which is an estimate of the input signal S.

In einigen Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung kann ein Basisband-Gewichtungs- und -Kombinierungs-Mechanismus (z. B. ein „Vorcodierungs”-Mechanismus) auf Seiten des Senders zur Verwendung in Verbindung mit dem unten erörterten Antennenauswahlmechanismus hinzugefügt werden. In diesem Fall wird ein DSP-Block zwischen dem Demultiplexer 202 und den D/A-Wandlern 206 so platziert, dass die N unabhängigen Teilströme SS1, 2 ..., N durch komplexe Koeffizienten gewichtet und kombiniert werden, um einen Satz von N Ausgangssignalen zu bilden. Diese N Ausgangssignale werden dann unter Verwendung des entsprechenden Satzes von D/A-Wandlern 206 in analoge Signale AS1, 2 ..., N umgewandelt.In some embodiments, in accordance with some aspects of the present invention, a baseband weighting and combining mechanism (e.g., a "precoding" mechanism) may be added to the transmitter for use in conjunction with the antenna selection mechanism discussed below. In this case, a DSP block is placed between the demultiplexer 202 and the D / A converters 206 is placed so that the N independent substreams SS 1, 2 ..., N are weighted and combined by complex coefficients to form a set of N output signals. These N outputs are then converted using the appropriate set of D / A converters 206 converted into analog signals AS 1, 2 ..., N.

In einigen Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung kann auf der Senderseite eine Raum-Zeit-Codierung zur Verwendung in Verbindung mit einem exemplarischen Antennenauswahlmechanismus hinzugefügt werden. In diesem Fall ist der Demultiplexer 202 durch einen DSP-Block ersetzt, der das Eingangssignal S über den Raum- und Zeitbereich verarbeitet, um einen Satz von N Ausgangssignalen zu bilden. Diese N Ausgangssignale werden dann unter Verwendung des entsprechenden Satzes von D/A-Wandlern 206 in analoge Signale AS1, 2 ..., N umgewandelt. Zu den zwei am häufigsten verwendeten Raum-Zeit-Techniken zählen 1) das Einfügen einer Zeitverzögerung (oder äquivalent dazu eines Phasensprungs) in eines oder mehrere der N Ausgangssignale, und 2) die Verwendung der Sendediversitätstechnik, die zum Beispiel in dem Dokument „A simple transmit diversity technique for wireless communications” (Eine einfache Sendediversitätstechnik für drahtlose Kommunikationen) von S. M. Alamouti, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Band 16, Ausgabe 8, Oktober 1998, Seiten 1451–1458 , beschrieben ist, das durch Bezugnahme darauf in seiner Gesamtheit zum Bestandteil der vorliegenden Schrift wird.In some embodiments, in accordance with some aspects of the present invention, space-time coding may be added on the transmitter side for use in conjunction with an exemplary antenna selection mechanism. In this case, the demultiplexer 202 is replaced by a DSP block that processes the input signal S over the space and time domain to form a set of N output signals. These N outputs are then converted using the appropriate set of D / A converters 206 converted into analog signals AS 1, 2 ..., N. The two most commonly used space-time techniques include 1) inserting a time delay (or equivalent of a phase jump) into one or more of the N output signals, and 2) using the transmit diversity technique described, for example, in the document "A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications" by SM Alamouti, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Volume 16, Issue 8, October 1998, pages 1451-1458 , which is incorporated herein by reference in its entirety.

Raum-Zeit-Codierungstechniken können zum Beispiel auf die SC-MIMO-Systeme und/oder Systeme anwendbar sein, die dafür konstruiert sind, einen Diversitätsgewinn hervorzubringen. Vorcodierungstechniken können zum Beispiel auf SC-basierte MIMO-Systeme oder auf MIMO-Systeme, die auf räumlichem Multiplexen basieren, oder auf Systeme, die dafür konstruiert sind, sowohl Datenratenzunahmen als auch Diversitätsgewinne hervorzubringen, angewendet werden.Space-time coding techniques may be applicable, for example, to the SC-MIMO systems and / or systems designed to provide diversity gain. Precoding techniques may, for example, be applied to SC-based MIMO systems or to MIMO systems based on spatial multiplexing or to systems designed to yield both data rate increases and diversity gains.

III. KANALADAPTIVES ANTENNENAUSWAHLSYSTEM BEI HF AUF DER GRUNDLAGE EINER MINIMALEN BITFEHLERRATE III. CHANNEL ADAPTIVE ANTENNA SELECTION SYSTEM FOR HF BASED ON A MINIMUM BIT ERROR RATE

A. ÜberblickA. Overview

Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung beziehen sich zum Beispiel auf ein kanaladaptives Antennenauswahlsystem in einem Multi-Antennen-Kommunikationssystem, die zum Beispiel auf der Minimierung einer Bitfehlerrate basieren. In einigen Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung wird eine Untermenge von Antennenelementen ausgewählt, um die Signale so zu senden und/oder zu empfangen, dass die Bitfehlerrate zum Beispiel in einem Kommunikationssystem mit mehreren Antennen minimiert wird. Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können in einem Kommunikationssystem mit mehreren Antennen dafür sorgen, dass eine Untermenge von Antennenelementen ausgewählt wird, um die Signale derart zu senden und/oder zu empfangen, dass die Bitfehlerrate zum Beispiel im Laufe der Zeit beim Vorhandensein einer Schwankung in einem oder mehreren verwendbaren Kommunikationskanälen minimiert wird. Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können für die Antennenauswahl an dem Sender verwendet werden, wenn mehrere Antennen für das Senden verwendet werden. Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können für die Antennenauswahl an dem Empfänger verwendet werden, wenn mehrere Antennen für den Empfang verwendet werden.For example, some embodiments in accordance with some aspects of the present invention relate to a channel adaptive antenna selection system in a multi-antenna communication system based, for example, on minimizing a bit error rate. In some embodiments, in accordance with some aspects of the present invention, a subset of antenna elements are selected to transmit and / or receive the signals such that the bit error rate is minimized, for example, in a multi-antenna communication system. Some embodiments in accordance with some aspects of the present invention, in a multiple antenna communication system, may provide that a subset of antenna elements be selected to transmit and / or receive the signals such that, for example, over time Presence of a fluctuation in one or more usable communication channels is minimized. Some embodiments in accordance with some aspects of the present invention may be used for antenna selection at the transmitter when multiple antennas are used for transmission. Some embodiments in accordance with some aspects of the present invention may be used for antenna selection at the receiver when multiple antennas are used for reception.

Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können zum Beispiel anwendbar sein auf (1) Empfänger, die mehrere Antennen in Systemen verwenden, die hier als Einkanalsysteme bezeichnet werden (z. B. einem System, dem das räumliche Multiplexen fehlt); (ii) Sender, die mehrere Antennen in Einkanalsystemen verwenden; und (iii) Systeme, in denen eine kleinere Anzahl an HF-Ketten an dem Sender und/oder Empfänger als die Anzahl an Sende- und/oder Empfangsantennen in einem MIMO-System mit räumlichem Multiplexen oder einem einzigen Kanal verwendet wird.For example, some embodiments in accordance with some aspects of the present invention may be applicable to (1) receivers using multiple antennas in systems referred to herein as single channel systems (eg, a system lacking spatial multiplexing); (ii) transmitters using multiple antennas in single channel systems; and (iii) systems in which a smaller number of RF chains are used at the transmitter and / or receiver than the number of transmit and / or receive antennas in a MIMO spatial multiplexing or single channel system.

Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf 3 bis 7 innerhalb der folgenden beispielhaften Kontexte beschrieben: 1) einem MIMO-System mit räumlichem Multiplexen, in dem eine kleinere Anzahl an HF-Ketten an dem Sender und dem Empfänger als die Anzahl an Sender-/Empfängerantennen verwendet wird; 2) einem Einkanal-MIMO-System ohne räumliches Multiplexen, in dem eine kleinere Anzahl an HF-Ketten an dem Sender und dem Empfänger als die Anzahl an Sender-/Empfängerantennen verwendet wird; und 3) einem Einkanal- bzw. „Single-Channel (SC)”-„Single Input Multiple Output (SIMO)”/(ein Eingang, mehrere Ausgänge)-System ohne räumliches Multiplexen, das einen Empfänger enthält, der mehrere Antennenelemente verwendet. Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können auch in dem Fall eines Einkanal- bzw. „Single-Channel (SC)”-„Multiple Input Single Output (MISO)”/(mehrere Eingänge, ein Ausgang)-Systems ohne räumliches Multiplexen verwendet werden, in dem ein Sender mehrere Antennenelemente verwendet.Some embodiments in accordance with some aspects of the present invention are described below with reference to FIG 3 to 7 in the following exemplary contexts: 1) a spatial multiplexing MIMO system in which a smaller number of RF chains are used at the transmitter and receiver than the number of transmitter / receiver antennas; 2) a single-channel MIMO system without spatial multiplexing in which a smaller number of RF chains are used at the transmitter and receiver than the number of transmitter / receiver antennas; and 3) a single-channel (SC) single input multiple output (SIMO) system without spatial multiplexing that includes a receiver using multiple antenna elements. Some embodiments in accordance with some aspects of the present invention may also be used in the case of a single-channel (SC) "Multiple Input Single Output (MISO)" / non-spatial (multiple input, output) system Multiplexing can be used in which a transmitter uses multiple antenna elements.

Für veranschaulichende Zwecke werden die nachfolgenden exemplarischen Beispiele unter Bezugnahme auf Systeme beschrieben, die eine OFDM-Modulation (die z. B. dem 802.1-1a WLAN-Standard folgt) benutzen, oder unter Bezugnahme auf Systeme beschrieben, die auf einem Direktfolge-Spreizspektrum (DS-SS; direct sequence spread spectrum) basieren (und z. B. dem WCDMA-Standard folgen). In gewissen Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können die Verarbeitungsleistungsfähigkeiten des DS-SS-Empfängers so ausgeweitet werden, dass sie den räumlichen Bereich abdecken, indem ein Raum-Zeit-RAKE-Empfänger, der dahingehend wirksam ist, Mehrwege-„Abzweigungen” (multipath „taps”) zu kombinieren, die sowohl dem zeitlichen Bereich als auch dem räumlichen Bereich entsprechen, integriert wird. Diese Erweiterung veranschaulicht, dass die hier beschriebenen Techniken auf praktisch jedes System verallgemeinert werden können, das zum Beispiel einen zeitlichen Bereich und/oder Frequenzbereich bei der Verarbeitung in einer frequenzselektiven Schwundumgebung benutzt.For illustrative purposes, the following exemplary examples are described with reference to systems employing OFDM modulation (e.g. 802.1-1a WLAN standard follows) or with reference to systems based on a direct sequence spread spectrum (DS-SS) (eg, following the WCDMA standard). In certain embodiments, in accordance with some aspects of the present invention, the processing capabilities of the DS-SS receiver may be extended to cover the spatial area by using a space-time RAKE receiver that is operative to "multipath" branches "(Multipath" taps ") to combine, which correspond to both the temporal area and the spatial area, is integrated. This extension illustrates that the techniques described herein can be generalized to virtually any system that uses, for example, a temporal range and / or frequency range when processing in a frequency selective fading environment.

B. Antennenauswahl in einem SM-MIMO-OFDM-SystemB. antenna selection in an SM-MIMO-OFDM system

3 stellt veranschaulichend die Sender- und Empfängerstruktur eines SM-MIMO-OFDM-Systems 300 dar, das eine Antennenauswahl in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform in Übereinstimung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung verwendet. Wie gezeigt ist, werden zwei unabhängige Teilströme 304 (z. B. räumlich gemultiplexte Signale) auf Nt Frequenzunterträger gemäß dem orthogonalen Frequenzmultiplexen (OFDM; orthogonal frequency division multiplexing) moduliert bzw. OFDM-moduliert und durch zwei HF-Ketten 308 geleitet, um diese für das Senden vorzubereiten. An diesem Punkt wählt ein Schaltblock 312 zwei von vier Sendeantennenelementen 316 aus, um diese mit den beiden HF-Ketten 308 zu verbinden. Da nur zwei von vier Elementen 316 innerhalb des Senders 302 ausgewählt werden, wird die Anzahl an Sende-HF-Ketten vorteilhafterweise auf die Anzahl von räumlich gemultiplexten Signalen reduziert. 3 Illustratively illustrates the transmitter and receiver structure of an SM-MIMO OFDM system 300 which uses antenna selection in accordance with an embodiment in accordance with some aspects of the present invention. As shown, two independent sub-streams 304 (eg, spatially multiplexed signals) are modulated onto Nt frequency subcarriers according to Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) and OFDM modulated and by two RF chains 308 to prepare them for sending. At this point, a switch block selects 312 two out of four transmitting antenna elements 316 off to those with the two RF chains 308 connect to. Because only two out of four elements 316 within the transmitter 302 are selected, the number of transmit RF chains is advantageously reduced to the number of spatially multiplexed signals.

In der Ausführungsform von 3 enthält der Schaltblock 312 Informationen, die das Paar von Antennenelementen 316 identifizieren, das zu einem bestimmten Zeitpunkt zum Senden verwendet werden soll. Der Block 312 kann diese Informationen (z. B. in dem Fall, in dem der Kanal 318 reziprok ist) entsprechend einem Algorithmus, der auf dem Minimum-BER-Kriterium basiert, selbst berechnen. In einem anderen Beispiel kann der Block 312 die Informationen von dem Empfänger 330 über einen Rückkopplungspfad (nicht gezeigt) empfangen. Dieser letztere Lösungsansatz kann in dem Fall verwendet werden, in dem der Kanal 318 nicht reziprok ist, zum Beispiel in einer interferenzbegrenzten Umgebung.In the embodiment of 3 contains the switching block 312 Information that the pair of antenna elements 316 identify which one to send at a given time. The block 312 This information (for example, in the case where the channel 318 reciprocal) according to an algorithm based on the minimum BER criterion. In another example, the block 312 the information from the receiver 330 received via a feedback path (not shown). This latter approach can be used in the case where the channel 318 is not reciprocal, for example in an interference limited environment.

In dem Empfänger 330 wählt ein Schaltblock 334 zwei von vier Antennenelementen 338 für das Empfangen von ankommenden Signalen, die von dem Sender 302 gesendet werden, aus. Der Schaltblock 334 verbindet die zwei ausgewählten Antennen 338 mit zwei HF-Ketten 342, die dahingehend wirksam sind, dass sie die zwei Signale in den digitalen Bereich für eine Basisbandverarbeitung umwandeln. Dann wird eine Gewichtsmatrix 346 an die empfangenen Signale bei jedem Ton angelegt, um jedes der gesendeten, räumlich gemultiplexten Signale zu trennen und wiederherzustellen.In the receiver 330 selects a switch block 334 two out of four antenna elements 338 for receiving incoming signals from the transmitter 302 be sent out. The switching block 334 connects the two selected antennas 338 with two HF chains 342 which are operative to convert the two signals to the digital domain for baseband processing. Then a weight matrix 346 applied to the received signals at each tone to separate and recover each of the transmitted spatially multiplexed signals.

In typischen Implementierungen wird der Schaltblock 334 so konfiguriert sein, dass er selbst berechnet, welches Paar von Antennenelementen 338 für den Empfang ausgewählt werden soll, indem er einen Algorithmus ausführt, der auf dem Kriterium der minimalen BER basiert. In dem Fall, wenn der Kanal nicht reziprok ist, kann der Block 334 des Weiteren so konfiguriert sein, dass er berechnet, welches Paar von Antennenelementen 316 in dem Sender 302 verwendet werden soll, und dass er diesem diese Information bereitstellt. Eine Beschreibung von zwei möglichen Implementierungen eines Antennenauswahlalgorithmus, der von den Schaltblöcken 312, 334 ausführbar ist, wird unter Bezugnahme auf 4A und 4B bereitgestellt.In typical implementations, the switch block becomes 334 be configured to self-calculate which pair of antenna elements 338 is to be selected for reception by executing an algorithm based on the minimum BER criterion. In the case when the channel is not reciprocal, the block may 334 further configured to calculate which pair of antenna elements 316 in the transmitter 302 should be used and that he provides this information. A description of two possible implementations of an antenna selection algorithm, that of the switching blocks 312 . 334 is executable with reference to 4A and 4B provided.

Nun wird Bezug auf 4A genommen, in der ein Ablaufdiagramm eines Antennenauswahlalgorithmus 400 bereitgestellt ist, in dem der Codierungs-/Modulationsmodus (z. B. Datenrate oder Durchsatz) festgelegt ist oder auf einer Langzeitbasis angepasst ist (z. B. an die großen Schwankungen des SNR angepasst ist). Die Aufgabe des Auswahlalgorithmus liegt darin, im Hinblick auf jedes Paket für den vorgegebenen Modus auszuwählen, welches Paar von Antennenelementen 316 an dem Sender 302 verwendet werden soll und welches Paar von Antennenelementen 338 an dem Empfänger 330 verwendet werden soll. Der Auswahlprozess kann zum Beispiel annehmen, dass der Kanal 318 quasistationär ist (z. B. dass der Kanal 318 über die Dauer des gesendeten Pakets konstant ist und unabhängig zwischen zwei aufeinander folgenden Paketen geändert wird). Obwohl der Kanal 318 eine gewisse Frequenzselektivität zeigen kann, kann die Antennenauswahl für die gesamte Frequenzbandbreite gemeinsam sein.Now, reference is made 4A in which is a flowchart of an antenna selection algorithm 400 in which the coding / modulation mode (eg data rate or throughput) is fixed or adapted on a long-term basis (eg adapted to the large fluctuations of the SNR). The task of the selection algorithm is to select which pair of antenna elements with respect to each packet for the given mode 316 at the transmitter 302 should be used and which pair of antenna elements 338 at the receiver 330 should be used. For example, the selection process may assume that the channel 318 is quasi-stationary (eg, that the channel 318 is constant over the duration of the sent packet and is changed independently between two consecutive packets). Although the channel 318 may show some frequency selectivity, the antenna selection may be common to the entire frequency bandwidth.

Nun wird Bezug auf 4A genommen. Wenn der Sender 302 anfänglich startet bzw. eingeschaltet wird (Schritt 401) und der Zustand des Kanals 318 noch unbekannt ist, wird eine Standard-Untermenge von zwei der Antennenelemente 316 verwendet, um das drahtlose Signal zu senden. Der Empfänger 330 verwendet in ähnlicher Weise eine Standard-Untermenge von zwei der Empfangsantenennelemente 338, um eine Synchronisierung zu erlangen. Als nächstes werden die Kanalzustandsinformationen (CSI; channel state information) erfasst bzw. beschafft (Schritt 402). In einigen Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung werden Operationen zur Erfassung der CSI an dem Empfänger 330 ausgeführt. Eine Trainingssequenz, die sich aus bekannten Symbolen zusammensetzt, wird von dem Sender 302 zu dem Empfänger 330 gesendet. An dem Empfänger 330 wird der Kanal 318 auf der Basis des empfangenen Signals und der bekannten Sequenz von Symbolen geschätzt. Diese Operation wird so oft ausgeführt, wie sich der Kanal 318 ändert, zum Beispiel bei jeder Paketrealisierung. Damit der Auswahlmechanismus erfolgreich durchgeführt werden kann, sollte die komplette Kanalmatrix über die gesamte Frequenzbandbreite geschätzt werden (z. B. die Schätzung des Kanalpfadgewinns von allen Antennenelementen 316 des Senders 302 zu allen Antennenelementen 338 des Empfängers quer durch alle Töne). Kanalschätztechniken, die auf Trainingssequenzen basieren und die auf MIMO-Systeme angewendet werden können, sind zum Beispiel in dem Dokument von J. J. Van de Beek et al., „On Channel Estimation in OFDM Systems” (Über Kanalschätzung in OFDM-Systemen), IEEE 45th Vehicular Technology Conference, Band 2, 25.–28. Juli 1995, Seiten 815–819 , und in dem Dokument von A. N. Mody und G. L. Stuber, „Synchronization for MIMO OFDM Systems” (Synchronisierung für MIMO-OFDM-Systeme), IEEE Globecom 2001, Band 1, Seiten 509–513 , beschrieben, die hiermit durch Bezugnahme darauf in ihrer Gesamtheit zum Bestandteil der vorliegenden Schrift werden.Now, reference is made 4A taken. If the transmitter 302 initially starts or is switched on (step 401 ) and the state of the channel 318 is still unknown, becomes a standard subset of two of the antenna elements 316 used to send the wireless signal. The recipient 330 similarly uses a standard subset of two of the receive antenna elements 338 to get a sync. Next, the channel state information (CSI) is acquired (step 402 ). In some embodiments, in accordance with some aspects of the present invention, operations for detecting the CSI at the receiver 330 executed. A training sequence composed of known symbols is sent by the transmitter 302 to the recipient 330 Posted. At the receiver 330 becomes the channel 318 estimated on the basis of the received signal and the known sequence of symbols. This operation is performed as often as the channel 318 changes, for example with every package realization. For the selection mechanism to be successful, the complete channel matrix should be estimated over the entire frequency bandwidth (eg, estimating the channel path gain from all antenna elements 316 the transmitter 302 to all antenna elements 338 the receiver across all tones). Channel estimation techniques based on training sequences that can be applied to MIMO systems are disclosed, for example, in the document of JJ Van de Beek et al., "On Channel Estimation in OFDM Systems", IEEE 45th Vehicular Technology Conference, Volume 2, 25-28. July 1995, pages 815-819 , and in the document of AN Mody and GL Stuber, "Synchronization for MIMO OFDM Systems", IEEE Globecom 2001, Vol. 1, pp. 509-513 , which are hereby incorporated herein by reference in their entirety.

Nun wird erneut Bezug auf 4 genommen. Modusinformationen werden durch die Ausführung eines Verbindungsanpassungsalgorithmus erlangt (Schritt 404). In der Ausführungsform, die durch 4A veranschaulicht ist, kann die Änderung des Modus langsam stattfinden. Dies ermöglicht es, dass ein Verbindungsanpassungsalgorithmus benutzt werden kann, um zu entscheiden, welcher der möglichen Moduskandidaten im Hinblick auf das durchschnittliche Langzeit-SNR für die Verwendung am besten geeignet ist. Die Verwendung eines Verbindungsanpassungsalgorithmus kann gewährleisten, dass, wenn ein Modusauswahlkriterium (z. B. eine maximale Datenrate und eine minimale Sendeleistung) gegeben ist, immer der effizienteste Modus im Hinblick auf variierende Langzeit-Kanal-/-SNR-Bedingungen verwendet wird. Ein beispielhafter Verbindungsanpassungsalgorithmus, der in frequenzselektiven MIMO-Systemen benutzt werden kann, ist zum Beispiel in dem Dokument „Adaptive Modulation and MIMO Coding for Broadband Wireless Data Networks” (Adaptive Modulation und MIMO-Codierung für drahtlose Breitband-Datennetzwerke) von S. Catreux et al., IEEE Communications Magazine, Band 40, Nr. 6, Juni 2002, Seiten 108–115 beschrieben, das hiermit durch Bezugnahme darauf in seiner Gesamtheit zum Bestandteil der vorliegenden Schrift wird. Die Modusauswahl kann allgemein unabhängig von dem Mechanismus zum Auswählen von Sender-/Empfängerantennenelementen sein. Der Modus kann auf der Grundlage von ausschließlich Langzeit-SNR-Statistiken ausgewählt werden. Dementsprechend ändert er sich mit einer viel langsameren Geschwindigkeit als der Geschwindigkeit, mit der die Antennen ausgewählt werden. Mit anderen Worten, der Auswahlalgorithmus kann eine neue Untermenge von Antennen in Bezug auf jede Paketrealisierung auswählen, während sich der Modus als eine Funktion von Langzeit-SNR-Schwankungen ändert. Now reference is made again 4 taken. Mode information is obtained through the execution of a connection adaptation algorithm (step 404 ). In the embodiment, by 4A is illustrated, the change of the mode can take place slowly. This allows a link adaptation algorithm to be used to decide which of the possible mode candidates is best suited for use in terms of the average long-term SNR. The use of a link adaptation algorithm can ensure that, when given a mode selection criterion (eg, a maximum data rate and a minimum transmit power), the most efficient mode is always used with respect to varying long-term channel / SNR conditions. An example connection adaptation algorithm that may be used in MIMO frequency selective systems is, for example, in the document "Adaptive Modulation and MIMO Coding for Broadband Wireless Data Networks" by S. Catreux et al., IEEE Communications Magazine, Vol. 40, No. 6, June 2002, pages 108- 115 which is hereby incorporated herein by reference in its entirety. The mode selection may be generally independent of the mechanism for selecting transmitter / receiver antenna elements. The mode can be selected based on long-term SNR statistics only. Accordingly, it changes at a much slower speed than the speed at which the antennas are selected. In other words, the selection algorithm may select a new subset of antennas with respect to each packet realization, while the mode changes as a function of long term SNR variations.

Die Schritte 406, 408 und 410 werden in einer Schleife wiederholt ausgeführt, bis alle möglichen Kombinationen von Untermengen von Sende-/Empfangsantennenelementen ausgewertet worden sind (Schritt 411). Wenn man zum Beispiel ein MIMO-OFDM-System der Art betrachtet, das in 3 dargestellt ist (und das z. B. mit 4 Sendeantennenelementen 316 und 4 Empfangsantennenelementen 338 ausgestattet ist), kann die komplette Kanalmatrix in dem Frequenzbereich bei dem Ton k durch eine 4×4-Matrix repräsentiert werden, die mit Hk bezeichnet ist. Nach der Auswahl einer Untermenge von zwei Antennen auf jeder Seite wird die Unterkanalmatrix in der Größe auf eine 2×2-Matrix reduziert, die mit H ~k bezeichnet wird. Es gibt ( 4 / 2) = 6 Möglichkeiten beim Auswählen von 2 Elementen aus insgesamt 4 Elementen. Da die Antennenauswahl sowohl beim Sender 302 als auch beim Sender 330 angewendet wird, ist die Gesamtanzahl an Kombinationen, die für H ~k möglich ist, gleich 36. Im allgemeinen Fall eines M×M MIMO-Systems, das in der Größe auf ein n×n MIMO-System reduziert wird (wobei M > n ist), gibt es ( M / n) = M! / n!(M – n)! Möglichkeiten für das Auswählen von n Antennenelementen aus M möglichen Elementen. Wenn die Auswahl sowohl an einem Sender als auch an einem Empfänger stattfindet, ist die Gesamtanzahl an Kombinationen für H ~k gleich ( M! / n!(M – n)!)2. Dies entspricht der Anzahl an Iterationen der Schleife, die aus den Schritten 406, 408 und 410 besteht. Diese Iterationen können der Reihe nach (z. B. Wiederverwendung, gemeinsame Verarbeitungsressourcen) oder parallel (z. B. auf Kosten von zusätzlichen Verarbeitungsressourcen) durchgeführt werden. In einem exemplarischen Beispiel könnten alle möglichen Antennenkombinationen gleichzeitig verarbeitet werden, was die Verwendung einer separaten Verarbeitungsressource für jede mögliche Antennenkombination bedeuten kann.The steps 406 . 408 and 410 are repeatedly executed in a loop until all possible combinations of subsets of transmit / receive antenna elements have been evaluated (step 411 ). For example, consider a MIMO-OFDM system of the kind that is described in US Pat 3 is shown (and that, for example, with 4 transmitting antenna elements 316 and 4 receiving antenna elements 338 equipped), the complete channel matrix in the frequency domain at the tone k may be represented by a 4 × 4 matrix, designated H k . After selecting a subset of two antennas on each side, the subchannel matrix is reduced in size to a 2x2 matrix, which can be used with H ~ k referred to as. There is (4/2) = 6 Options for selecting 2 elements from a total of 4 elements. Because the antenna selection both at the transmitter 302 as well as the transmitter 330 is applied, is the total number of combinations for H ~ k is 36. In the general case of an MxM MIMO system that is reduced in size to an nxn MIMO system (where M> n), there is (M / n) = M! / n! (M - n)! Possibilities for selecting n antenna elements from M possible elements. If the selection takes place both at a transmitter and at a receiver, the total number of combinations for H ~ k equal (M! / N! (M - n)!) 2 . This corresponds to the number of iterations of the loop resulting from the steps 406 . 408 and 410 consists. These iterations may be performed sequentially (eg, reuse, shared processing resources) or in parallel (eg, at the expense of additional processing resources). In an exemplary example, all possible antenna combinations could be processed simultaneously, which may mean using a separate processing resource for each possible antenna combination.

Jede Iteration in der Schleife, die aus den Schritten 406, 408 und 410 besteht, bewirkt die Verarbeitung von einem einzigen Antennensubsystem. Zuerst wird die 2×2-Matrix H ~k quer durch alle Töne (k = 1, ..., Nt) für das Subsystem von Interesse erlangt (Schritt 406). Das Signal-Interferenz-plus-Rausch-Verhältnis (SINR) nach der Verarbeitung wird dann bei jedem Ton k und für jedes gesendete, räumlich gemultiplexte Signal berechnet (Schritt 408). Das SINR kann am häufigsten durch eine geschlossene Lösung in Abhängigkeit davon herausgefunden werden, welche Signalverarbeitungsmethode an dem Sender 302 und/oder dem Empfänger 330 verwendet wird (z. B. das sogenannte „Maximum Ratio Combining” (MRC), die „Minimum Mean Square Error”-(minimaler mittlerer quadratischer Fehler)-Methode (MMSE), das Eigen-Beamforming (Eigen-Strahlformung) und die Maximum-Likelihood-/(ML)-Methode (Methode der maximalen Wahrscheinlichkeit)). Wenn zum Beispiel keine räumliche Verarbeitung an dem Sender 302 implementiert ist und an dem Empfänger 330 MMSE angewendet wird, kann das SINR wie folgt bestimmt werden:

  • Figure 00290001
    berechnen, wobei
    Figure 00290002
    ist, σ2 und σ 2 / s jeweils für die Rausch- und Signalleistung stehen und k = 1, ..., Nt ist (Schritt 408-1).
  • Ck = 1/diag(B –1 / k) berechnen. Dies ist ein N×1-Vektor für jeden k = 1, ..., Nt (Schritt 408-2).
  • Figure 00290003
    berechnen. Dies ist ein N×1-Vektor für jeden k = 1, ..., Nt (Schritt 408-3).
Each iteration in the loop, resulting from the steps 406 . 408 and 410 the processing results from a single antenna subsystem. First, the 2 × 2 matrix H ~ k across all tones (k = 1, ..., N t ) for the subsystem of interest (step 406 ). The signal-to-interference-plus-to-noise ratio (SINR) after processing is then calculated at each tone k and for each transmitted spatially multiplexed signal (step 408 ). The SINR can most often be found by a closed solution depending on which signal processing method at the transmitter 302 and / or the recipient 330 (eg Maximum Ratio Combining (MRC), Minimum Mean Square Error (MMSE), Eigen Beamforming, and Maximum) -Likelihood - / (ML) -method (maximum probability method)). For example, if there is no spatial processing on the sender 302 is implemented and at the receiver 330 MMSE is applied, the SINR can be determined as follows:
  • Figure 00290001
    calculate, where
    Figure 00290002
    is, σ 2 and σ 2 / s are each for the noise and signal power and k = 1, ..., N t (step 408-1 ).
  • C k = 1 / diag (B -1 / k) to calculate. This is an N × 1 vector for each k = 1, ..., N t (step 408-2 ).
  • Figure 00290003
    to calculate. This is an N × 1 vector for each k = 1, ..., N t (step 408-3 ).

Im Schritt 410 wird die SINR-Information in eine BER-Information im Hinblick auf den aktuellen Modus umgewandelt (siehe z. B. Schritt 404). Da die BER eine komplizierte Funktion des Kanals 318 und der verwendeten Codierungs-/Modulationstechniken und Antennenkombinierungstechniken sein kann, kann eine Approximation der BER verwendet werden. Die Approximation kann auch eine Funktion des Kanals 318 und der anwendbaren Codierungs-/Modulationstechniken und Antennenkombinierungstechniken sein. Die BER durch das Paket (z. B. an dem Ausgang des Viterbi-Decoders, wenn eine Codierung verwendet wird) für einen gesendeten Teilstrom i kann als eine nichtlineare, unbekannte Funktion f des Satzes von SINRk, wobei k = 1, ..., Nt ist, zum Beispiel folgendermaßen ausgedrückt werden: BERt = f({SINR i / k), i = 1, ...,N; k = 1, ...,Nt In step 410 the SINR information is converted into BER information with respect to the current mode (see eg step 404 ). Since the BER is a complicated function of the channel 318 and the coding / modulation techniques and antenna combining techniques used, an approximation of the BER can be used. The approximation may also be a function of the channel 318 and the applicable coding / modulation techniques and antenna combining techniques. The BER through the packet (eg, at the output of the Viterbi decoder, if encoding is used) for a transmitted sub-stream i may be considered a nonlinear, unknown function f of the set of SINR k , where k = 1, .. ., N t , for example, are expressed as follows: BER t = f ({SINR i / k), i = 1, ..., N; k = 1, ..., N t

Als nächstes wird die Funktion f durch eine bekannte Funktion approximiert. Insbesondere wird die Ausgangs-BER durch den Mittelwert der Bitfehlerrate über den Kanal zum Beispiel folgendermaßen approximiert:

Figure 00300001
wobei BER i / k die Bitfehlerrate hinsichtlich eines gegebenen SINR beim Ton k für den räumlich gemultiplexten Teilstrom i ist. In einem anderen Beispiel kann BERk auch die Bitfehlerrate hinsichtlich eines gegebenen Signal-Rausch-Verhältnisses beim Ton k sein. Der Mittelwert kann auch in dem Zeitbereich genommen werden, in dem BERk die Bitfehlerrate hinsichtlich des gegebenen SINR bei dem Kanalzeitabtastwert k ist. BERk kann die Bitfehlerrate im Hinblick auf eine gegebene Signalkomponente sein (z. B. ein Signalton oder eine Abzweigungsverzögerung (tap delay)).Next, the function f is approximated by a known function. In particular, the output BER is approximated by the average bit error rate over the channel, for example, as follows:
Figure 00300001
in which BER i / k is the bit error rate with respect to a given SINR in the sound k for the spatially multiplexed substream i. In another example, BER k may also be the bit error rate with respect to a given signal-to-noise ratio in the sound k. The mean value can also be taken in the time range in which BER k is the bit error rate with respect to the given SINR at the channel time sample k. BER k may be the bit error rate with respect to a given signal component (eg, a beep or a tap delay).

Des Weiteren wird BERk auch durch eine einfache geschlossene Funktion approximiert. Durch Simulationen hat man herausgefunden, dass für den Modus 1 von 802.1-1a (z. B. BPSK, R1/2) das Verhalten der durchschnittlichen Bitfehlerrate BER in Bezug auf das SINR oder SNR (in einigen Beisielen kann der BER-Normalisierungsfaktor 1/Nt weggelassen werden, da er die Antennenauswahl nicht beeinflusst) zum Beispiel modelliert werden kann durch:

Figure 00300002
Furthermore, BER k is also approximated by a simple closed function. Through simulations, it has been found that for mode 1 of 802.1-1a (eg BPSK, R1 / 2) the behavior of the average bit error rate BER with respect to the SINR or SNR (in some instances the BER normalization factor may be 1 / N t , since it does not affect the antenna selection), for example, can be modeled by:
Figure 00300002

Die BER bei der Signalkomponente k ist durch –tanh (SINRk) approximiert worden.The BER at the signal component k has been approximated by -tanh (SINR k ).

Die tanh-Funktion kann die BER möglicherweise nicht immer adäquat approximieren, insbesondere für unterschiedliche Modulationstechniken. Einige der nachfolgenden Funktionen können im Allgemeinen bessere Approximationen bieten, wenn bestimmte Techniken verwendet werden:

  • 1) Die BER einer uncodierten BPSK-Modulation in einem AWGN-Kanal (engl.: AWGN = Additive White Gaussian Noise; auf Deutsch: AWGR = additives weißes gaußsches Rauschen) ist (siehe z. B. J. G. Proakis, Digital Communications (Digitale Kommunikationen), 3. Auflage, McGraw-Hill Series, 1995 )
    Figure 00310001
    Die Form der Funktion erfc wird durch die Funktion vernünftig approximiert (im Vergleich zu y = –tanh(x))
    Figure 00310002
  • 2) Die BER einer uncodierten QPSK-Modulation in einem AWGN-Kanal ist (siehe z. B. J. G. Proakis, Digital Communications, 3. Auflage, McGraw-Hill Series, 1995 )
    Figure 00310003
    Die Form von erfc(√x/2) wird durch die Funktion:
    Figure 00310004
    besser approximiert als durch y = –tanh(x).
  • 3) Die BER einer uncodierten 16QAM-Modulation in einem AWGN-Kanal kann von der Symbolfehlerrate (SER; Symbol Error Rate), die zum Beispiel in J. G. Proakis, Digital Communications, 3. Auflage, McGraw-Hill Series, 1995 , gegeben ist, abgeleitet werden als
    Figure 00310005
    Eine geeignete Anpassungsfunktion ist y = –(1 – e–0,2x).
  • 4) Die BER einer uncodierten 64QAM-Modulation in einem AWGN-Kanal kann von der Symbolfehlerrate (SER), die zum Beispiel in J. G. Proakis, Digital Communications, 3. Auflage, McGraw-Hill Series, 1995 , gegeben ist, abgeleitet werden als
    Figure 00320001
    Eine geeignete Anpassungsfunktion ist
    Figure 00320002
The tanh function may not always adequately approximate the BER, especially for different modulation techniques. Some of the following functions can generally provide better approximations when using certain techniques:
  • 1) The BER of an uncoded BPSK modulation in an AWGN (AWGN = Additive White Gaussian Noise) channel (AWGR = additive white Gaussian noise) is (see eg. JG Proakis, Digital Communications, 3rd Edition, McGraw-Hill Series, 1995 )
    Figure 00310001
    The form of the function erfc is reasonably approximated by the function (compared to y = -tanh (x))
    Figure 00310002
  • 2) The BER of an uncoded QPSK modulation in an AWGN channel is (see eg. JG Proakis, Digital Communications, 3rd Edition, McGraw-Hill Series, 1995 )
    Figure 00310003
    The shape of erfc (√ x / 2 ) is by the function:
    Figure 00310004
    better approximated than by y = -tanh (x).
  • 3) The BER of an uncoded 16QAM modulation in an AWGN channel may be of the symbol error rate (SER), for example, in JG Proakis, Digital Communications, 3rd Edition, McGraw-Hill Series, 1995 , is given as derived
    Figure 00310005
    An appropriate fit function is y = - (1-e -0.2x ).
  • 4) The BER of an uncoded 64QAM modulation in an AWGN channel may be of the symbol error rate (SER), for example, in JG Proakis, Digital Communications, 3rd Edition, McGraw-Hill Series, 1995 , is given as derived
    Figure 00320001
    A suitable adaptation function is
    Figure 00320002

Es sollte klar sein, dass jede Anpassungsfunktion, die das Verhalten der BER gegenüber dem SINR vernünftig modelliert, in der Gleichung (2) verwendet werden kann. Die Anzahl an geeigneten Anpassungsfunktionen ist nicht auf die wenigen, oben gegebenen Beispiele beschränkt.It should be understood that any fitting function that reasonably models the behavior of the BER over the SINR can be used in equation (2). The number of suitable fitting functions is not limited to the few examples given above.

Wie oben erwähnt worden ist, werden die Schritte 406 bis 410 iterativ durchgeführt, bis alle möglichen Kombinationen von Untermengen von Antennen betrachtet worden sind (Schritt 411). Beim Abschluss dieses iterativen Prozesses wird ein Satz von N Schätzwerten von BER-Werten (einer für jedes räumlich gemultiplexte Signal) für alle M! / n!(M – n)! (oder ( M! / n!(M – n)!)2) möglichen Antennenkombinationen erhalten. Dann braucht nur noch die Untermenge von Antennen ausgewählt zu werden, die den Mittelwert über den Satz von BERs, das Maximum über den Satz von BERs oder das Minimum des Satzes von BERs minimiert (Schritt 412).As mentioned above, the steps become 406 to 410 performed iteratively until all possible combinations of subsets of antennas have been considered (step 411 ). At the conclusion of this iterative process, a set of N estimates of BER values (one for each spatially multiplexed signal) for all M! / n! (M - n)! (or (M! / N! (M - n)!) 2 ) possible antenna combinations obtained. Then, all that remains is to select the subset of antennas that will minimize the mean over the set of BERs, the maximum over the set of BERs, or the minimum of the set of BERs (step 412 ).

Figure 00320003
Figure 00320003

4B ist ein Ablaufdiagramm eines Antennenauswahlalgorithmus 500, in dem der Codierungs-/Modulationsmodus so oft wie einmal pro Paketrealisierung in Reaktion auf entsprechende Änderungen in dem Kanal 318 geändert werden kann. In diesem Beispiel ist der Codierungs-/Modulationsmodus an dieselbe Geschwindigkeit angepasst, mit der die Antennenauswahl bewirkt wird. 4B is a flowchart of an antenna selection algorithm 500 in that the coding / modulation mode is repeated as many times as once per packet realization in response to corresponding changes in the channel 318 can be changed. In this example, the Encoding / Modulation mode is adapted to the same speed at which antenna selection is effected.

Unter Bezugnahme auf 4B sind die Schritte 501 und 502 jeweils ähnlich wie die Schritte 401 und 402. Wie gezeigt ist, umfassen die Schritte 504 bis 510 eine Schleife, die iterativ ausgeführt wird, bis alle möglichen Kombinationen von Untermengen von Antennen ausgewertet worden sind. Daraus folgt, dass die Anzahl an Iterationen dieser Schleife äquivalent zu M! / n!(M – n)! (z. B. Auswahl an einem Ende der Verbindung) oder ( M! / n!(M – n)!)2 (z. B. Auswahl an beiden Enden der Verbindung) ist. In dieser Hinsicht sind die Schritte 504 und 506 jeweils den Schritten 406 und 408 ähnlich. Auf der Grundlage der Kenntnis des augenblicklichen SINR bei allen Tönen bestimmt ein Verbindungsanpassungsblock den effizientesten Modus für jedes räumlich gemultiplexte Signal, wenn ein Modusauswahlkriterium (z. B. eine maximale Datenrate und eine minimale Sendeleistung) vorgegeben ist (Schritt 508). Dieser Schritt ist ähnlich wie der Schritt 404, mit der Ausnahme, dass die Modusentscheidung auf der Grundlage von augenblicklichen SNR-(oder SINR-)-Statistiken und nicht auf den Langzeit-SNR-(oder -SINR-)-Statistiken getroffen wird. Als Folge davon können verschiedene Kombinationen von Untermengen von Antennen unterschiedliche Modusentscheidungen hervorbringen. Schließlich berechnet oder ermittelt der Schritt 510 hinsichtlich der gegebenen augenblicklichen SINR- und Modusinformationen die entsprechende BER in der gleichen Art und Weise, wie dies oben unter Bezugnahme auf den Schritt 410 beschrieben worden ist.With reference to 4B are the steps 501 and 502 each similar to the steps 401 and 402 , As shown, the steps include 504 to 510 a loop that is iteratively executed until all possible combinations of subsets of antennas have been evaluated. It follows that the number of iterations of this loop is equivalent to M! / n! (M - n)! (eg selection at one end of the connection) or (M! / N! (M - n)!) 2 (eg, selection at both ends of the connection). In this regard, the steps are 504 and 506 each of the steps 406 and 408 similar. Based on the knowledge of the instant SINR for all tones, a link adaptation block determines the most efficient mode for each spatially multiplexed signal when a mode selection criterion (e.g., a maximum data rate and a minimum transmit power) is specified (step 508 ). This step is similar to the step 404 with the exception that the mode decision is made on the basis of instantaneous SNR (or SINR) statistics and not on the long term SNR (or SINR) statistics. As a result, different combinations of subsets of antennas can produce different mode decisions. Finally, the step calculates or determines 510 with respect to the given instantaneous SINR and mode information, the corresponding BER in the same manner as described above with reference to the step 410 has been described.

Wiederum werden die Schritte 504 bis 510 durchgeführt, bis alle möglichen Kombinationen von Untermengen von Antennen betrachtet worden sind (Schritt 511). Wenn dies erfolgt ist, wird ein Satz von N Schätzwerten von BER-Werten (z. B. einer für jedes räumlich gemultiplexte Signal) für alle M! / n!(M – n)! (oder ( M! / n!(M – n)!)2) möglichen Antennenkombinationen erhalten. Der Auswahlalgorithmus 500 unterscheidet sich von dem Algorithmus 400 darin, dass die M! / n!(M – n)! (oder ( M! / n!(M – n)!)2) möglichen Antennenkombinationen nicht notwendigerweise den gleichen Codierungs-/Modulationsmodus benutzen. Die Entscheidung, welche Antennenuntermenge ausgewählt werden soll, hängt daher nicht nur von einer Minimierung der BER, sondern auch von dem Modus (z. B. Datenrate oder Durchsatz) ab. Mehrere exemplarische Optionen werden im Hinblick auf die endgültige Entscheidung zur Auswahl einer Untermenge von Antennenelementen gemäß Schritt 512 des Auswahlalgorithmus 500 bereitgestellt:Again, the steps become 504 to 510 until all possible combinations of subsets of antennas have been considered (step 511 ). When this is done, a set of N estimates of BER values (eg one for each spatially multiplexed signal) for all M! / n! (M - n)! (or (M! / N! (M - n)!) 2 ) possible antenna combinations obtained. The selection algorithm 500 is different from the algorithm 400 in that the M! / n! (M - n)! (or (M! / N! (M - n)!) 2 ) possible antenna combinations do not necessarily use the same coding / modulation mode. The decision as to which antenna subset to select depends not only on minimizing the BER, but also on the mode (eg, data rate or throughput). Several exemplary options will be made in view of the final decision to select a subset of antenna elements according to step 512 of the selection algorithm 500 provided:

Option 1Option 1

  • 1) Alle Kombinationen von Untermengen von Antennen, die den gleichen Modus verwenden, in einen gemeinsamen Pool gruppieren.1) Group all combinations of subsets of antennas that use the same mode into a common pool.
  • 2) Den Pool entsprechend dem höchsten Modus auswählen (wodurch sich eine maximale Datenrate ergibt).2) Select the pool according to the highest mode (resulting in a maximum data rate).
  • 3) Die Kombination von Untermengen von Antennen innerhalb dieses Pools auswählen, die die BER in einer Art und Weise minimiert, die im Wesentlichen der ähnlich ist, die unter Bezugnahme auf Schritt 412 beschrieben worden ist.3) Select the combination of subsets of antennas within this pool that minimizes the BER in a manner substantially similar to that described with reference to step 412 has been described.

Option 2Option 2

Auswählen der Kombination von Antennenuntermengen, die die BER in einer Art und Weise minimiert, die im Wesentlichen der ähnlich ist, die unter Bezugnahme auf den Schritt 412 beschrieben worden ist, ohne Berücksichtigung des Modus, der von jeder Kombination verwendet wird.Selecting the combination of antenna subsets that minimizes the BER in a manner substantially similar to that described with reference to the step 412 without regard to the mode used by each combination.

Option 3Option 3

Implementieren einer Hybridversion der Option 1 und der Option 2, zum Beispiel:

  • 1) Alle Kombinationen von Untermengen von Antennen, die den gleichen Modus verwenden, in einen gemeinsamen Pool gruppieren.
  • 2) Die X Pools auswählen, die den X höchsten Modi entsprechen (wodurch sich eine maximale Datenrate ergibt), wobei X eine ganze Zahl gleich 1 oder 2 oder 3, etc. ist.
  • 3) Auswählen der Kombination von Untermengen von Antennen innerhalb dieser Pools, die die BER in einer Art und Weise minimiert, die im Wesentlichen ähnlich zu der unter Bezugnahme auf Schritt 412 beschriebenen Art und Weise ist.
Implement a hybrid version of option 1 and option 2, for example:
  • 1) Group all combinations of subsets of antennas that use the same mode into a common pool.
  • 2) Select the X pools that correspond to the X highest modes (giving a maximum data rate), where X is an integer equal to 1 or 2 or 3, and so on.
  • 3) Selecting the combination of subsets of antennas within these pools which minimizes the BER in a manner substantially similar to that described with reference to step 412 way described is.

5 stellt veranschaulichend die Paketfehlerrate (PER; packet error rate) als eine Funktion des SNR dar, das sich aus der Verwendung einer exemplarischen Antennenauswahltechnik innerhalb eines SM-MIMO-OFDM-System ergibt, das in einer rauschbegrenzten Umgebung betriebsbereit ist. Die Ergebnisse von 5 können zum Beispiel auf ein System anwendbar sein, das vier Sende- und Empfangsantennen in der Art und Weise verwendet, wie dies durch 3 beispielhaft dargestellt ist. Die Ergebnisse reflektieren als lediglich exemplarische Beispiele eine Paketgröße von 1000 Bytes und einen festgelegten Codierungs-/Modulationsmodus. Die Ergebnisse reflektieren auch, dass zwei exemplarische HF-Ketten sowohl in dem verwendbaren Sender als auch in dem verwendbaren Empfänger integriert sind. Außerdem verwenden die Ergebnisse von 5 eine BPSK-Modulation, eine Codierungsrate von 1/2 (z. B. einen Modus 1 von 802.11a), ein Kanalmodell, das als „Kanal A” charakterisiert ist (z. B. 50 ns rms Delay Spread (Verzögerungsdispersion), 0,5 Antennenkorrelation) und eine Anpassungsfunktion von tanh. 5 Illustratively illustrates the packet error rate (PER) as a function of SNR resulting from the use of an exemplary antenna selection technique within an SM-MIMO OFDM system that is operational in a noise limited environment. The results of 5 For example, they may be applicable to a system having four transmit and receive antennas in the and Way used as through 3 is shown by way of example. The results reflect, as merely exemplary examples, a packet size of 1000 bytes and a fixed encoding / modulation mode. The results also reflect that two exemplary RF chains are integrated into both the useable transmitter and the useable receiver. Also, use the results of 5 a BPSK modulation, a coding rate of 1/2 (e.g., a mode 1 of 802.11a), a channel model characterized as "channel A" (e.g., 50 ns rms delay spread, 0 , 5 antenna correlation) and an adaptation function of tanh.

Die Beschriftung für die Kurven in 5 lautet folgendermaßen:
2×2 2SM-MIMO MMSE: Dieses System entspricht einem SM-MIMO-OFDM-System, das 2 Sendeantennen und 2 Empfangsantennen zusammen mit 2 räumlich gemultiplexten (SM; spatially-multiplexed) Signalen verwendet. Da die Anzahl an Antennen gleich der Anzahl an SM-Signalen ist, wird keine Antennenauswahl angewendet. Ein Basisbandkombinierungsmechanismus wird an dem Empfänger verwendet, um die beiden Teilströme zu trennen, z. B. MMSE.
The caption for the curves in 5 is as follows:
2 × 2 2SM-MIMO MMSE: This system corresponds to an SM-MIMO-OFDM system that uses 2 transmit antennas and 2 receive antennas along with 2 spatially-multiplexed (SM) signals. Since the number of antennas is equal to the number of SM signals, no antenna selection is applied. A baseband combining mechanism is used at the receiver to separate the two sub-streams, e.g. MMSE.

4×4 2SM-MIMO sel mcap MMSE: Dieses System entspricht einem SM-MIMO-OFDM-System, das 4 Sende- und 4 Empfangsantennenelemente zusammen mit 2 räumlich gemultiplexten (SM-)Signalen verwendet. Ein herkömmlicher Auswahlmechanismus wird sowohl an dem Sender als auch an dem Empfänger angewendet, um eine Untermenge von 2 Antennenelementen aus den vier Antennenelementen entsprechend einem Kriterium der maximalen Kapazität (maximum capacity) auszuwählen (select). Nach der Auswahl an dem Empfänger wird MMSE an das Basisband angelegt, um die beiden Teilströme zu trennen.4 × 4 2 SM-MIMO sel mcap MMSE: This system corresponds to an SM-MIMO OFDM system that uses 4 transmit and 4 receive antenna elements along with 2 spatially multiplexed (SM) signals. A conventional selection mechanism is applied to both the transmitter and the receiver to select a subset of 2 antenna elements from the four antenna elements according to a maximum capacity criterion. After selection at the receiver, MMSE is applied to the baseband to separate the two sub-streams.

2×4 2SM-MIMO sel mber MMSE (bound): Dieses System entspricht einem SM-MIMO-OFDM-System, das 2 Sende- und 4 Empfangsantennenelemente zusammen mit 2 räumlich gemultiplexten (SM-)Signalen verwendet. Ein Auswahlmechanismus wird nur an dem Empfängerende angewendet, um eine Untermenge von 2 Antennenelementen von den vier Antennenelementen entsprechend dem Kriterium der minimalen BER auszuwählen. In diesem Fall wird keine Anpassungsfunktion verwendet, um die BER zu approximieren. Stattdessen wird angenommen, dass die BER perfekt bekannt ist. Dieser Fall mag nicht gerade gerne implementiert werden, sondern sieht vielmehr eine Grenze (bound) bezüglich der Leistung vor, die durch die Verwendung von einigen Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung erzielt werden kann.2 × 4 2 SM MIMO via MMSE (bound): This system corresponds to an SM-MIMO OFDM system using 2 transmit and 4 receive antenna elements along with 2 spatially multiplexed (SM) signals. A selection mechanism is applied only at the receiver end to select a subset of 2 antenna elements from the four antenna elements according to the minimum BER criterion. In this case, no fitting function is used to approximate the BER. Instead, it is assumed that the BER is perfectly known. This case may not be readily implemented, but rather provides a bound on performance that can be achieved through the use of some embodiments in accordance with some aspects of the present invention.

4×4 2SM-MIMO sel mber MMSE (bound): Dieses System entspricht einem SM-MIMO-OFDM-System, das 4 Sende- und 4 Empfangsantennenelemente zusammen mit 2 räumlich gemultiplexten (SM-)Signalen verwendet. Ein Auswahlmechanismus wird sowohl auf der Sendeseite als auch auf der Empfangsseite angewendet, um eine Untermenge von 2 Antennenelementen aus vier Antennenelementen entsprechend dem Kriterium der minimalen BER auszuwählen. In diesem Fall wird keine Anpassungsfunktion verwendet, um die BER zu approximieren. Stattdessen wird angenommen, dass die BER perfekt bekannt ist. Dieser Fall mag nicht gerade gerne implementiert werden, sondern sieht vielmehr eine Grenze (bound) bezüglich der Leistung vor, die durch die Verwendung von einigen Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung erzielt werden kann.4 × 4 2 SM MIMO via MMSE (bound): This system corresponds to an SM-MIMO OFDM system using 4 transmit and 4 receive antenna elements along with 2 spatially multiplexed (SM) signals. A selection mechanism is applied to both the transmitting side and the receiving side to select a subset of 2 antenna elements from four antenna elements according to the minimum BER criterion. In this case, no fitting function is used to approximate the BER. Instead, it is assumed that the BER is perfectly known. This case may not be readily implemented, but rather provides a bound on performance that can be achieved through the use of some embodiments in accordance with some aspects of the present invention.

4×4 2SM-MIMO sel mber MMSE (implementation tanh): Dieses System entspricht einem SM-MIMO-OFDM-System, das 4 Sende- und 4 Empfangsantennenelemente zusammen mit 2 räumlich gemultiplexten (SM-)Signalen verwendet. Ein Auswahlmechanismus in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird sowohl auf der Sendeseite als auch auf der Empfangsseite angewendet, um eine Untermenge von 2 Antennenelementen aus vier Antennenelementen entsprechend einem Kriterium der minimalen BER auszuwählen. Die Anpassungsfunktion zum Approximieren der BER ist tanh.4 × 4 2SM MIMO via MMSE (implementation tanh): This system corresponds to an SM-MIMO OFDM system using 4 transmit and 4 receive antenna elements along with 2 spatially multiplexed (SM) signals. A selection mechanism in accordance with some embodiments in accordance with the present invention is applied to both the transmitting side and the receiving side to select a subset of 2 antenna elements from four antenna elements according to a minimum BER criterion. The fitting function for approximating the BER is tanh.

Die Ergebnisse, die veranschaulichend durch 5 dargestellt sind, zeigen, dass alle Systeme, die irgendeine Art von Antennenauswahl verwenden, Gewinne bzw. Verbesserungen im Vergleich zu Systemen ohne Auswahl bereitstellen, und dass die Antennenauswahl auf der Grundlage der minimalen BER eine beträchtlich größere Verbesserung als die Auswahl auf der Grundlage des Kriteriums der maximalen Kapazität bereitstellt. Insbesondere wird bei einem PER-Pegel von 10e-2 und mit einer Antennenauswahl in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, die sowohl an den Sender als auch an den Empfänger angelegt wird, ein Gewinn von 7,6 dB im Vergleich zu einem System ohne Auswahl erzielt, und ein Gewinn von 4,2 dB wird im Vergleich zu einem System demonstriert, in dem die Auswahl auf der maximalen Kapazität basiert. Wenn die Auswahl übereinstimmend mit einigen Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung nur an dem Empfänger angewendet wird, ist zu sehen, dass die resultierende Leistung zwischen der, die erzielt wird, wenn keine Auswahl benutzt wird, und der liegt, die stattfindet, wenn eine Auswahl sowohl an dem Sender als auch an dem Empfänger benutzt wird. Schließlich kommt die Leistung des Systems in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung sehr nahe an eine theoretische Leistungsgrenze heran, die durch 5 veranschaulicht ist.The results illustrative by 5 show that all systems using any type of antenna selection provide gains as compared to systems without selection, and that the antenna selection based on the minimum BER provides a considerably greater improvement than the selection based on the criterion provides the maximum capacity. In particular, at a PER level of 10e-2 and with an antenna selection in accordance with the present invention applied to both the transmitter and the receiver, a gain of 7.6 dB is achieved compared to a system with no selection and a gain of 4.2 dB is demonstrated compared to a system in which the selection is based on the maximum capacity. When the selection according to some embodiments in accordance with some aspects of the present invention is applied only to the receiver, it can be seen that the resulting performance between that achieved when no selection is used and that which occurs when a selection is used at both the sender and the receiver. Finally, the performance of the system in accordance with some embodiments in accordance with some aspects of the present invention comes very close to a theoretical performance limit imposed by 5 is illustrated.

C. Antennenauswahl in einem SC-MIMO-OFDM-SystemC. Antenna selection in a SC-MIMO-OFDM system

6 veranschaulicht ein SC-MIMO-OFDM-System 600, das Vorcodierungstechniken zusätzlich zu einem exemplarischen Antennenauswahlmechanismus in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet. In der Ausführungsform von 6 bezieht sich die Vorcodierung auf verschiedene Basisbandgewichtungs- und -kombinierungsmechanismen, die an einem Sender 602 durchgeführt werden. Unter Bezugnahme auf 6 wird ein einzelner Strom von Symbolen 604 durch einen Satz von komplexen Koeffizienten 608 gewichtet und kombiniert, um einen Satz von N Ausgangssignalen herzustellen, wobei sich N auf die Anzahl an HF-Ketten 612 bezieht, die in dem Sender 602 verwendet werden. Diese N Ausgangssignale werden dann durch die N HF-Ketten 612 geleitet, um N HF-Signale herzustellen. Diese N HF-Signale werden dann mit einer entsprechenden Gruppe von N von M Sendeantennenelementen 616 über einen Schalter 620 gekoppelt und durch einen Kanal 624 gesendet. 6 illustrates an SC-MIMO-OFDM system 600 , which uses precoding techniques in addition to an exemplary antenna selection mechanism in accordance with some embodiments of the present invention. In the embodiment of 6 precoding refers to different baseband weighting and combining mechanisms used at a transmitter 602 be performed. With reference to 6 becomes a single stream of symbols 604 through a set of complex coefficients 608 weighted and combined to produce a set of N output signals, where N is the number of RF chains 612 refers to that in the transmitter 602 be used. These N output signals are then passed through the N RF chains 612 conducted to produce N RF signals. These N RF signals are then coupled to a corresponding set of N of M transmit antenna elements 616 via a switch 620 coupled and through a channel 624 Posted.

An einem Empfänger 622 wird ein Satz von N von M Empfangsantennenelementen 626 über einen Schalter 630 ausgewählt, um die eingehenden Signale zu empfangen, die durch einen Kanal 624 kommuniziert werden. Die N HF-Empfangssignale werden dann durch N HF-Ketten 634 verarbeitet und für die Basisbandverarbeitung in den digitalen Bereich umgewandelt, um das ursprünglich gesendete Signal wiederherzustellen.At a receiver 622 becomes a set of N of M receive antenna elements 626 via a switch 630 selected to receive incoming signals through a channel 624 be communicated. The N RF receive signals are then passed through N RF chains 634 processed and converted to the digital domain for baseband processing to recover the originally transmitted signal.

Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können zum Beispiel vorsehen, dass die Basisbandgewichtungen 608 und der Antennenauswahlmechanismus so ausgelegt sind, dass sie kollektiv zu der Minimierung der BER beitragen. Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können zum Beispiel vorsehen, dass die Basisbandgewichtungen 608 so gewählt werden, dass das Ausgangs-SNR (oder -SINR) oder die Kapazität maximiert werden, während die Antennenauswahl ausgeführt wird, um die BER zu minimieren. Die rechten und linken singulären Vektoren der Unterkanalmatrix H ~k, die dem größten singulären Wert entsprechen, können verwendet werden, um optimale Untermengen von Sendeantennenelementen 616 und Empfangsantennenelementen 626 sowie auch die geeigneten Sende-Basisbandgewichtungen 608 und Empfangs-Basisbandgewichtungen 640 auszuwählen. Die Ermittlung von Basisbandgewichtungswerten in dem Kontext von MIMO-Systemen, die keine Antennenauswahl haben, ist zum Beispiel in dem Dokument von J. B. Andersen, IEEE Antennas and Propagation Magazine, Band 42, Nr. 2, April 2000, Seiten 12–16 beschrieben worden, das hiermit durch Bezugnahme darauf in seiner Gesamtheit zum Bestandteil der vorliegenden Schrift wird.For example, some embodiments in accordance with some aspects of the present invention may provide baseband weights 608 and the antenna selection mechanism is designed to collectively contribute to the minimization of the BER. For example, some embodiments in accordance with some aspects of the present invention may provide baseband weights 608 can be chosen to maximize the output SNR (or -SINR) or capacitance while antenna selection is performed to minimize the BER. The right and left singular vectors of the subchannel matrix H ~ k , which correspond to the largest singular value can be used to provide optimal subsets of transmit antenna elements 616 and receiving antenna elements 626 as well as the appropriate transmit baseband weights 608 and receive baseband weights 640 select. The determination of baseband weighting values in the context of MIMO systems that do not have antenna selection is, for example, in the document of JB Andersen, IEEE Antennas and Propagation Magazine, Vol. 42, No. 2, April 2000, pages 12-16 which is hereby incorporated herein by reference in its entirety.

Die exemplarische Ausführungsform, die in 6 veranschaulicht ist, kann durch das Ersetzen der Basisbandgewichtungen 608 innerhalb des Senders 602 durch einen Raum-Zeit-Codierungsblock modifiziert werden. In diesem Fall kann ein Antennenauswahlmechanismus verwendet werden, um die Untermenge an Antennen sowohl in dem Sender als auch in dem Empfänger entsprechend einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auszuwählen. Außerdem verarbeitet der Raum-Zeit-Codierungsblock den Eingangsstrom von Symbolen, wie dies zum Beispiel in dem Dokument „A simple transmit diversity technique for wireless communications” (Eine einfache Sendediversitätstechnik für drahtlose Kommunikationen) von S. M. Alamouti, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Band 16, Ausgabe 8, Oktober 1998, Seiten 1451–1458 beschrieben ist, das hiermit durch Bezugnahme darauf in seiner Gesamtheit zum Bestandteil der vorliegenden Schrift wird.The exemplary embodiment shown in FIG 6 can be illustrated by replacing the baseband weights 608 within the transmitter 602 be modified by a space-time coding block. In this case, an antenna selection mechanism may be used to select the subset of antennas in both the transmitter and the receiver according to some embodiments of the present invention. In addition, the space-time coding block processes the input stream of symbols, as for example in the document "A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications" by SM Alamouti, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Volume 16, Issue 8, October 1998, pages 1451-1458 which is hereby incorporated herein by reference in its entirety.

D. Antennenauswahl in einem DS-SS-SIMO-SystemD. Antenna Selection in a DS-SS SIMO System

7 stellt einen Empfänger 700 eines DS-SS-SIMO-Systems dar, das zwei Empfangsantennenelemente 704 aufweist (nR = 2). Der Empfänger 700 integriert eine RAKE-Empfänger-Funktionalität zusammen mit einem exemplarischen Antennenauswahlprozess. Wie gezeigt ist, ist der Empfänger 700 mit nur einer einzigen HF-Kette 708 ausgestattet, die so angeordnet ist, dass sie mit nur einer von den zwei Empfangsantennenelementen 704 an einem bestimmten Zeitpunkt über einen Schalter 712 verbunden wird. Die Wahl, welches der beiden Elemente 704 mit der HF-Kette 708 verbunden werden soll, wird auf der Grundlage des Kriteriums der minimalen BER getroffen. Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können vorsehen, dass die BER des empfangenen Signals, die jedem Empfangsantennenelement 704 entspricht, berechnet wird, und das Element 704, das den minimalen Wert der BER hervorbringt, ausgewählt wird. Da die BER typischerweise eine komplizierte Funktion des verwendbaren Kanals und der verwendeten Codierungs-/Modulations- und Antennenkombinierungstechniken umfassen kann, wird die BER für eine gegebene Kanal- und Antennenkombinierungstechnik approximiert, so dass diese als eine Funktion des verwendeten Codierungs-/Modulationsmechanismus variiert. 7 Represents a receiver 700 of a DS-SS SIMO system, the two receiving antenna elements 704 has (n R = 2). The recipient 700 Integrates RAKE receiver functionality with an exemplary antenna selection process. As shown, the receiver is 700 with only a single RF chain 708 equipped so as to communicate with only one of the two receiving antenna elements 704 at a certain time via a switch 712 is connected. The choice of which of the two elements 704 with the HF chain 708 is to be connected is made on the basis of the criterion of minimum BER. Some embodiments in accordance with some aspects of the present invention may provide that the BER of the received signal corresponding to each receive antenna element 704 corresponds, is calculated, and the element 704 that yields the minimum value of BER, is selected. Since the BER may typically comprise a complicated function of the usable channel and coding / modulation and antenna combining techniques used, the BER is approximated for a given channel and antenna combining technique so that it varies as a function of the coding / modulation mechanism used.

Wenn dann das optimale Element der Antennenelemente 704 ausgewählt worden ist, verhält sich der RAKE-Empfänger in der gleichen Art und Weise, als ob er in einem SISO-(Single-Input Single-Output)/(Ein Eingang, ein Ausgang)-System implementiert wäre (z. B. eine Antenne an jedem Ende der Verbindung). Der RAKE-Empfänger verwendet eine Vielzahl von J Korrelatoren 720 (z. B. J = 2 in 7), von denen jeder einer der ersten J separierbaren Mehrwegekomponenten entspricht. Jede Mehrwegekomponente ist jeweils mit einer Zeitverzögerung τj assoziiert, wobei j = 1, ..., J. Der Ausgang jedes Korrelators 720 (z. B. ein Finger) wird dann gewichtet 730 und kombiniert 740, um ein einziges ausgegebenes empfangenes Signal 750 zu bilden, das einen Schätzwert des gesendeten Signals enthält.If then the optimal element of the antenna elements 704 has been selected, the RAKE receiver behaves in the same way as if it were implemented in a SISO (Single-Input Single-Output) / (An Input, Output) system (e.g. Antenna at each end of the connection). The RAKE receiver uses a variety of J correlators 720 (eg J = 2 in 7 ), each of which corresponds to one of the first J separable multipath components. Each multipath component is associated with a time delay τ j , where j = 1, ..., J. The output of each correlator 720 (eg a finger) is then weighted 730 and combined 740 to a single output received signal 750 forming an estimate of the transmitted signal.

In einer exemplarischen Ausführungsform kann das empfangene Signal, das dem i-ten Antennenelement 704 an dem Eingang des RAKE-Empfängers entspricht, ausgedrückt werden als:

Figure 00400001
wobei Li die Anzahl an Abzweigungen (taps) in dem Kanal ist, der an dem i-ten Antennenelement 704 empfangen wird, hi,l der komplexe Kanalgewinn an der Antenne i und der Abzweigung l ist, P die Signalsendeleistung ist, d die Datensequenz ist, die aus Symbolen des Zeitraums T besteht, und p die Spreizsequenz ist, die sich aus Chips des Zeitraums Tc = T/G zusammensetzt, wobei G der Spreizfaktor ist. Außerdem ist τi,l die Wegeverzögerung, die mit der Abzweigung l und der Antenne i assoziiert ist, entspricht w0 der Trägerfrequenz w0 = 2πf0, und ist θi,t der Phasensprung, der der Abzweigung l und der Antenne i entspricht. Das Rauschen ni, das an dem i-ten Antennenelement 704 gemessen wird, wird als ein AWGN-Prozess mit zweiseitiger spektraler Dichte N0/2 modelliert. Aus Gründen der Einfachheit und der Klarheit des Ausdrucks nimmt die Gleichung (3) eine Einzelbenutzerumgebung an. Aber die vorliegende Erfindung muss nicht darauf beschränkt sein und zieht es auch in Betracht, dass sie in der Gegenwart von mehreren Benutzern angewendet werden kann.In an exemplary embodiment, the received signal corresponding to the ith antenna element 704 at the entrance of the RAKE receiver, expressed as:
Figure 00400001
where L i is the number of taps in the channel that is at the ith antenna element 704 h i, l is the complex channel gain at the antenna i and the branch l, P is the signal transmission power, d is the data sequence consisting of symbols of the period T, and p is the spreading sequence consisting of chips of the period T c = T / G, where G is the spreading factor. In addition, τ i, l is the path delay associated with the branch l and the antenna i, w 0 corresponds to the carrier frequency w 0 = 2πf 0 , and θ i, t is the phase jump corresponding to the branch l and the antenna i , The noise n i , that at the ith antenna element 704 is measured is modeled as an AWGN process with two-sided spectral density N0 / 2. For the sake of simplicity and clarity of expression, equation (3) assumes a single-user environment. However, the present invention need not be limited thereto, and also contemplates that it can be applied in the presence of multiple users.

An dem Ausgang des Korrelators 720 des j-ten Fingers kann das empfangene Signal dargestellt werden als:

Figure 00410001
wobei d0 das gewünschte, zu demodulierende Symbol ist und ni,j die AWGN-Rauschkomponente mit einem Mittelwert Null und mit einer zweiseitigen spektralen Dichte N0/2 ist. Wieder wurde aus Gründen der Einfachheit und der Klarheit der Darstellung in Gleichung (4) angenommen, dass es keine Inter-Pfad-Interferenz (IPI) gibt. Aber die vorliegende Erfindung zieht es auch in Betracht, beim Vorhandensein einer IPI benutzt zu werden.At the output of the correlator 720 of the jth finger, the received signal can be represented as:
Figure 00410001
where d 0 is the desired symbol to be demodulated and i, j n is the AWGN noise component with a mean zero and with a two-sided spectral density N0 / 2. Again, for the sake of simplicity and clarity of presentation in Equation (4), it has been assumed that there is no inter-path interference (IPI). But the present invention also contemplates being used in the presence of an IPI.

Nach der Diversitätskombinierung ist die endgültige Ausgabe des RAKE-Empfängers, der dem i-ten Antennenelement 704 entspricht, Folgende:

Figure 00410002
wobei J die Anzahl an RAKE-Fingern ist, und wobei die optimalen Kombinierungsgewichtungen allgemein so ausgewählt werden, dass sie zu dem Kanal passen, zum Beispiel: wi,j = h * / i,j (6.) After diversity combining, the final output of the RAKE receiver is the i-th antenna element 704 corresponds, following:
Figure 00410002
where J is the number of RAKE fingers, and where the optimal combining weights are generally selected to match the channel, for example: w i, j = h * / i, j (6.)

In diesem Fall führt der RAKE eine Maximum-Verhältnis-Kombinierung durch, und das SNR an dem RAKE-Ausgang, der dem i-ten Antennenelement 704 entspricht, ist gegeben durch

Figure 00420001
wobei γi,j das SNR nach der Kombinierung in dem j-ten Pfad bzw. Weg ist, der mit dem i-ten Antennenelement 704 assoziiert ist. Auf der Grundlage von (4) kann γi,j ausgedrückt werden durch:
Figure 00420002
wobei
Figure 00420003
die Rauschleistung ist.In this case, the RAKE performs maximum ratio combining and the SNR at the RAKE output that is the i th antenna element 704 is given by
Figure 00420001
where γ i, j is the SNR after combining in the jth path that is associated with the ith antenna element 704 is associated. On the basis of (4), γ i, j can be expressed by:
Figure 00420002
in which
Figure 00420003
the noise power is.

Die BER an dem Ausgang des RAKE-Empfängers, der dem i-ten Antennenelement 704 entspricht, kann durch die Kenntnis der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion (WDF) von γi erhalten werden. Wenn zum Beispiel keine Codierung verwendet wird und eine BPSK-Modulation an die Datensequenz entsprechend der Methodologie angelegt wird, die zum Beispiel in „Digital Communications” (Digitale Kommunikationen) von J. G. Proakis, 3. Ausgabe, McGraw-Hill Series, 1995 beschrieben ist, wird die BER herausgefunden, indem die bedinte Fehlerwahrscheinlichkeit, die durch

Figure 00420004
dargestellt ist, über die WDF von γi integriert wird, zum Beispiel:
Figure 00420005
The BER at the output of the RAKE receiver, the i-th antenna element 704 can be obtained by knowing the probability density function (WDF) of γ i . For example, if no coding is used and BPSK modulation is applied to the data sequence according to the methodology described, for example, in US Pat "Digital Communications" by JG Proakis, 3rd Edition, McGraw-Hill Series, 1995 BER is found out by the error probability determined by
Figure 00420004
is integrated over the WDF of γ i , for example:
Figure 00420005

Wenn die BER dann für alle Empfangsantennen geschätzt ist, wird das Antennenelement 704, das die minimale BER hervorbringt, ausgewählt:

Figure 00420006
wobei nR die Gesamtanzahl an Empfängerantennenelementen darstellt.If the BER is then estimated for all receive antennas, the antenna element becomes 704 that produces the minimum BER selected:
Figure 00420006
where n R represents the total number of receiver antenna elements.

Wie ohne weiteres klar sein wird, wird sich, da eine Codierung zu dem System hinzugefügt wird (z. B. Turbocodierung, Faltungscodierung) und andere Modulationspegel verwendet werden, die Modellierungsfunktion, die in (9) für die Schätzung der BER verwendet wird, ändern müssen. Einige Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung können vorsehen, dass jede Anpassungsfunktion, die das BER-Verhalten für ein vorgegebenes System genau modelliert, von einem exemplarischen Antennenauswahlalgorithmus verwendet werden kann. Die Anpassungsfunktion wird allgemein von Parametern abhängig sein, die zum Beispiel einen oder mehrere der Folgenden umfassen: den Kanal, die verwendete Codierung und Modulation, die Signalverarbeitung auf Seiten des Senders und/oder des Empfängers, das Empfänger-SNR und andere Parameter.As will be readily appreciated, since coding is added to the system (eg, turbo coding, convolutional coding) and other modulation levels are used, the modeling function used in (9) for estimating the BER will change have to. Some embodiments in accordance with some aspects of the present invention may provide that any fitting function that accurately models the BER behavior for a given system may be used by an exemplary antenna selection algorithm. The adaptation function will generally depend on parameters which include, for example, one or more of the following: the channel, the encoding and modulation used, the signal processing at the transmitter and / or receiver side, the receiver SNR and other parameters.

Die exemplarische Ausführungsform, die in 7 veranschaulicht ist, kann auf einen zweidimensionalen RAKE-Empfänger erweitert werden, in dem die Verarbeitung sowohl in dem Raumbereich als auch in dem Zeitbereich ausgeführt wird. In diesem Kontext kann ein exemplarischer Antennenauswahlalgorithmus integriert werden, um eine Untermenge von N Antennen (N > 1) aus insgesamt M Antennen (M > N) auszuwählen, die die BER an dem Ausgang des 2D-RAKE minimiert.The exemplary embodiment shown in FIG 7 can be extended to a two-dimensional RAKE receiver in which the processing is performed in both the space area and the time area. In this context, an exemplary antenna selection algorithm may be integrated to select a subset of N antennas (N> 1) from a total of M antennas (M> N) that minimizes the BER at the output of the 2D RAKE.

Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf gewisse Ausführungsformen beschrieben worden ist, wird es von den Fachleuten auf dem Gebiet verstanden werden, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können und Äquivalente ausgetauscht werden können, ohne dass von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abgewichen wird. Außerdem können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der vorliegenden Erfindung anzupassen, ohne dass von deren Schutzumfang abgewichen wird. Deshalb soll die vorliegende Erfindung nicht auf die bestimmten offenbarten Ausführungsformen beschränkt sein, sondern die vorliegende Erfindung wird alle Ausführungsformen umfassen, die in den Schutzumfang der angehängten Ansprüche fallen.Although the present invention has been described with reference to certain embodiments, it will be understood by those skilled in the art that various changes may be made and equivalents may be substituted without departing from the scope of the present invention. In addition, many modifications may be made to adapt a particular situation or material to the teachings of the present invention without departing from the scope thereof. Therefore, the present invention should not be limited to the particular embodiments disclosed, but the present invention will include all embodiments falling within the scope of the appended claims.

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Claims (31)

Kommunikationssystem zum Auswählen von N Antennenelementen in einem M-Antennenelement-Sender oder einem M-Antennenelement-Empfänger, wobei N kleiner als M ist, das Folgendes aufweist: M Antennenelemente in dem M-Antennenelement-Sender oder dem M-Antennenelement-Empfänger; N HF-Ketten; und einen Schalter, der mit den N HF-Ketten gekoppelt ist.A communication system for selecting N antenna elements in an M antenna element transmitter or an M antenna element receiver, where N is less than M, comprising: M antenna elements in the M antenna element transmitter or the M antenna element receiver; N HF chains; and a switch coupled to the N RF chains. Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei der M-Antennenelement-Empfänger eingerichtet ist, eine Ausgangs-Bitfehlerrate für jede mögliche N-Antennenelement-Untermenge der M Antennenelemente zu berechnen, wobei jede Ausgangs-Bitfehlerrate auf der Grundlage wenigstens eines Satzes von Kanalparameterstatistiken berechnet wird, und wobei der M-Antennenelement-Empfänger eingerichtet ist die spezielle N-Antennenelement-Untermenge auf der Grundlage eines Kriteriums auszuwählen, das auf den berechneten Ausgangs-Bitfehlerraten basiert.The communication system of claim 1, wherein the M antenna element receiver is configured to calculate an output bit error rate for each possible N antenna element subset of the M antenna elements, each output bit error rate being calculated based on at least one set of channel parameter statistics, and wherein the M antenna element receiver is arranged to select the particular N antenna element subset based on a criterion based on the calculated output bit error rates. Kommunikationssystem nach Anspruch 2, wobei der Schalter eingerichtet ist, in Reaktion auf die Auswahl der speziellen N-Antennenelement-Untermenge auf der Grundlage des Kriteriums die N HF-Ketten mit den N Antennenelementen der speziellen N-Antennenelement-Untermenge zu koppeln.The communication system of claim 2, wherein the switch is configured to couple the N RF chains to the N antenna elements of the particular N antenna element subset in response to the selection of the particular N antenna element subset based on the criterion. System zum Auswählen einer Untermenge von Empfangsantennen eines Empfängers zum Empfangen eines gesendeten HF-Signals, welches umfasst: Mittel zum Bilden von möglichen Untermengen der Empfangsantennen; Mittel zum Bestimmen von Sätzen von Kanalparameterstatistiken, die den möglichen Untermengen der Empfangsantennen entsprechen; Mittel zum Berechnen von Ausgangs-Bitfehlerraten des Empfängers, wobei jede Ausgangs-Bitfehlerrate auf der Grundlage von wenigstens einem Satz von Kanalparameterstatistiken berechnet wird; Mittel zum Auswählen einer speziellen möglichen Untermenge der Empfangsantennen auf der Grundlage eines Kriteriums, das auf den berechneten Ausgangs-Bitfehlerraten basiert; und Mittel zum Verbinden von einer oder mehreren HF-Ketten des Empfängers mit den Empfangsantennen der ausgewählten speziellen möglichen Untermenge.A system for selecting a subset of receive antennas of a receiver for receiving a transmitted RF signal, comprising: Means for forming possible subsets of the receive antennas; Means for determining sets of channel parameter statistics corresponding to the possible subsets of the receive antennas; Means for calculating output bit error rates of the receiver, wherein each output bit error rate is calculated based on at least one set of channel parameter statistics; Means for selecting a particular possible subset of the receive antennas based on a criterion based on the calculated output bit error rates; and Means for connecting one or more RF chains of the receiver to the receive antennas of the selected special subset. System nach Anspruch 4, das des Weiteren umfasst: Mittel zum Auswählen von Sendemodi, wobei jeder Sendemodus auf der Grundlage von wenigstens einem Satz von Kanalparameterstatistiken ausgewählt wird; und Mittel zum Basieren des Kriteriums auf wenigstens die ausgewählten Sendemodi.The system of claim 4, further comprising: Means for selecting transmission modes, each transmission mode being selected based on at least one set of channel parameter statistics; and Means for basing the criterion on at least the selected transmission modes. System nach Anspruch 4 oder 5, wobei jeder Satz von Kanalparameterstatistiken wenigstens eines bzw. einen von einem Ausgangs-Signal-Rausch-Verhältnis, einem Ausgangs-Signal-Interferenz-plus-Rausch-Verhältnis, einem logarithmischen Wahrscheinlichkeitsverhältnis und einem euklidischen Abstand in einer Signalkonstellation des Empfängers umfasst.The system of claim 4 or 5, wherein each set of channel parameter statistics has at least one of an output signal-to-noise ratio, an output signal-to-interference-plus-noise ratio, a log-likelihood ratio, and a Euclidean distance in a signal constellation of the recipient. System nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei jeder Satz von Kanalparameterstatistiken wenigstens eine von einer Statistik erster Ordnung, einer Statistik zweiter Ordnung und einer Statistik höherer Ordnung aufweist.The system of any one of claims 4 to 6, wherein each set of channel parameter statistics comprises at least one of a first-order statistic, a second-order statistic, and a higher-order statistic. System nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei jeder Satz von Kanalparameterstatistiken über einen Frequenzbereich berechnet wird.The system of any one of claims 4 to 7, wherein each set of channel parameter statistics is calculated over a range of frequencies. System nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei jeder Satz von Kanalparameterstatistiken über einen Zeitbereich berechnet wird.The system of any one of claims 4 to 8, wherein each set of channel parameter statistics is calculated over a time range. System nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei jeder ausgewählte Sendemodus einen Modulationspegel und eine Codierungsrate aufweist.The system of any of claims 5 to 9, wherein each selected transmit mode has a modulation level and a coding rate. System nach einem der Ansprüche 4 bis 10, wobei das Kriterium auf einer Minimierung der Ausgangs-Bitfehlerraten basiert.The system of any one of claims 4 to 10, wherein the criterion is based on minimizing the output bit error rates. System nach einem der Ansprüche 4 bis 11, wobei das Kriterium auf wenigstens einer von einer Maximierung einer Datenrate in einer ersten Stufe des Empfängers und einer Minimierung der Ausgangs-Bitfehlerraten in einer zweiten Stufe des Empfängers basiert. The system of any one of claims 4 to 11, wherein the criterion is based on at least one of maximizing a data rate in a first stage of the receiver and minimizing the output bit error rates in a second stage of the receiver. System nach einem der Ansprüche 4 bis 12, wobei wenigstens eine von den Ausgangs-Bitfehlerraten durch einen geschlossenen Ausdruck approximiert wird.The system of any one of claims 4 to 12, wherein at least one of the output bit error rates is approximated by a closed expression. System nach Anspruch 13, wobei jede Ausgangs-Bitfehlerrate durch einen geschlossenen Ausdruck approximiert wird.The system of claim 13, wherein each output bit error rate is approximated by a closed expression. System nach Anspruch 13, wobei der geschlossene Ausdruck wenigstens einen von
Figure 00460001
umfasst.
The system of claim 13, wherein the closed expression is at least one of
Figure 00460001
includes.
System nach Anspruch 13, wobei der geschlossene Ausdruck von wenigstens einer von einer Codierung und einer Modulation des gesendeten HF-Signals abhängig ist.The system of claim 13, wherein the closed expression depends on at least one of encoding and modulation of the transmitted RF signal. System nach Anspruch 13, wobei der geschlossene Ausdruck eine Funktion eines Ausgangs-Signal-Rausch-Verhältnisses oder eines Ausgangs-Signal-Interferenz-plus-Rausch-Verhältnisses des Empfängers ist.The system of claim 13, wherein the closed expression is a function of an output signal-to-noise ratio or an output signal-to-interference-plus-noise ratio of the receiver. System nach einem der Ansprüche 4 bis 17, wobei die Anzahl der Empfangsantennen größer als die Anzahl an HF-Ketten ist, und wobei die Anzahl an Empfangsantennen in jeder möglichen Untermenge gleich der Anzahl der HF-Ketten ist.System according to one of claims 4 to 17, wherein the number of receiving antennas is greater than the number of RF chains, and wherein the number of receive antennas in each possible subset is equal to the number of RF chains. System zum Auswählen einer Untermenge von Sendeantennen eines Senders zum Senden eines HF-Eingangssignals als eine Vielzahl von HF-Ausgangssignalen, die nachfolgend von einem Empfänger empfangen werden, wobei das System umfasst: Mittel zum Bilden möglicher Untermengen der Sendeantennen; Mittel zum Bestimmen von Sätzen von Kanalparameterstatistiken, die den möglichen Untermengen der Sendeantennen entsprechen; Mittel zum Auswählen von Sendemodi, die jeweils den Sätzen von Kanalparameterstatistiken entsprechen; Mittel zum Berechnen der Ausgangs-Bitfehlerraten des Empfängers, wobei jede Ausgangs-Bitfehlerrate auf der Grundlage wenigstens eines Satzes von Kanalparameterstatistiken und wenigstens eines ausgewählten Sendemodus berechnet wird; Mittel zum Auswählen einer speziellen möglichen Untermenge der Sendeantennen auf der Grundlage eines Kriteriums, das auf wenigstens den berechneten Ausgangs-Bitfehlerraten basiert; und Mittel zum Verbinden einer oder mehrerer HF-Ketten des Senders mit den Sendeantennen der ausgewählten speziellen möglichen Untermenge.A system for selecting a subset of transmit antennas of a transmitter for transmitting an RF input signal as a plurality of RF output signals subsequently received by a receiver, the system comprising: Means for forming possible subsets of the transmit antennas; Means for determining sets of channel parameter statistics corresponding to the possible subsets of the transmit antennas; Means for selecting transmission modes corresponding respectively to the sets of channel parameter statistics; Means for calculating the output bit error rates of the receiver, each output bit error rate being calculated based on at least one set of channel parameter statistics and at least one selected transmit mode; Means for selecting a particular possible subset of the transmit antennas based on a criterion based on at least the calculated output bit error rates; and Means for connecting one or more RF links of the transmitter to the transmit antennas of the selected special subset. System nach Anspruch 19, wobei jeder Satz von Kanalparameterstatistiken wenigstens eines bzw. einen von einem Ausgangs-Signal-Rausch-Verhältnis, einem Ausgangs-Signal-Interferenz-plus-Rausch-Verhältnis, einem logarithmischen Wahrscheinlichkeitsverhältnis und einem euklidischen Abstand in einer Signalkonstellation des Empfängers umfasst.The system of claim 19, wherein each set of channel parameter statistics includes at least one of an output signal-to-noise ratio, an output signal-to-interference-plus-noise ratio, a log-likelihood ratio, and a Euclidean distance in a signal constellation of the receiver includes. System nach Anspruch 19 oder 20, wobei jeder Satz von Kanalparameterstatistiken wenigstens eine von einer Statistik erster Ordnung, einer Statistik zweiter Ordnung und einer Statistik höherer Ordnung umfasst.The system of claim 19 or 20, wherein each set of channel parameter statistics comprises at least one of a first-order statistic, a second-order statistic, and a higher-order statistic. System nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei jeder Satz von Kanalparameterstatistiken über einen Frequenzbereich berechnet wird.The system of any one of claims 19 to 21, wherein each set of channel parameter statistics is calculated over a range of frequencies. System nach einem der Ansprüche 19 bis 22, wobei jeder Satz von Kanalparameterstatistiken über einen Zeitbereich berechnet wird.The system of any one of claims 19 to 22, wherein each set of channel parameter statistics is calculated over a time range. System nach einem der Ansprüche 19 bis 23, wobei jeder ausgewählte Sendemodus einen Modulationspegel und eine Codierungsrate aufweist. The system of any of claims 19 to 23, wherein each selected transmit mode has a modulation level and a coding rate. System nach einem der Ansprüche 19 bis 24, wobei das Kriterium die Ausgangs-Bitfehlerraten des Empfängers minimiert.The system of any of claims 19 to 24, wherein the criterion minimizes the receiver's output bit error rates. System nach einem der Ansprüche 19 bis 25, wobei das Kriterium auf den berechneten Ausgangs-Bitfehlerraten und den ausgewählten Sendemodi basiert.The system of any one of claims 19 to 25, wherein the criterion is based on the calculated output bit error rates and the selected transmit modes. System nach einem der Ansprüche 19 bis 26, wobei das Kriterium auf wenigstens einer von einer Maximierung einer Datenrate in einer ersten Stufe des Empfängers und einer Minimierung der Ausgangs-Bitfehlerraten in einer zweiten Stufe des Empfängers basiert.The system of any one of claims 19 to 26, wherein the criterion is based on at least one of maximizing a data rate in a first stage of the receiver and minimizing the output bit error rates in a second stage of the receiver. System nach einem der Ansprüche 19 bis 27, wobei jede Ausgangs-Bitfehlerrate durch einen geschlossenen Ausdruck approximiert wird.The system of any one of claims 19 to 27, wherein each output bit error rate is approximated by a closed expression. System nach Anspruch 28, wobei der geschlossene Ausdruck wenigstens einen von
Figure 00480001
umfasst.
The system of claim 28, wherein the closed expression is at least one of
Figure 00480001
includes.
System nach Anspruch 28, wobei der geschlossene Ausdruck von wenigstens einer von einer Codierung und einer Modulation der HF-Ausgangssignale abhängig ist.The system of claim 28, wherein the closed expression of at least one of a coding and a modulation of the RF output signals is dependent. System nach Anspruch 28, wobei der geschlossene Ausdruck eine Funktion von wenigstens einem von einem Ausgangs-Signal-Rausch-Verhältnis oder einem Ausgangs-Signal-Interferenz-plus-Rausch-Verhältnis des Empfängers ist.The system of claim 28, wherein the closed expression is a function of at least one of an output signal-to-noise ratio or an output signal-to-interference-plus-noise ratio of the receiver.
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"On Limits of Wireless Communications in a Fading Environment When Using Multiple Antennas" (Die Grenzen von drahtlosen Kommunikationen in einer Schwundumgebung, wenn mehrere Antennen verwendet werden) von G. J. Foschini et al., Wireless Personal Communications, Kluwer Academic Publishers, Band 6, Nr. 3, Seiten 311-355, März 1998
"On optimum MIMO with antenna selection" (Über optimales MIMO mit Antennenauswahl) von R. S. Blum et al., IEEE Communications Letters, Band 6, Ausgabe 8, August 2002, Seiten 322-324
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"Optimum combining for indoor radio systems with multiple users," (Optimales Kombinieren für Innenraumfunksysteme mit mehreren Benutzern) von J. H. Winters, IEEE Transactions on Communications, Band COM-35, Nr. 11, November 1987
"Simplified processing for high spectral efficiency wireless communication employing multi-element arrays" (Vereinfachte Verarbeitung für die drahtlose Kommunikation mit hoher spektraler Effizienz, die Multi-Element-Arrays verwendet) von G. J. Foschini et al., IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Band 17, Ausgabe 11, November 1999, Seiten 1841-1852
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