DE202007000422U1

DE202007000422U1 - Vorrichtung zum Implementieren der Raum-Zeit-Verarbeitung mit ungleichen Modulations- und Codierungsschemata

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Publication number: DE202007000422U1
Application number: DE202007000422U
Authority: DE
Original assignee: InterDigital Technology Corp
Current assignee: InterDigital Technology Corp
Priority date: 2006-01-11
Filing date: 2007-01-11
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2017-01-12
Also published as: EP1989806A2; RU2406234C2; KR101298292B1; TW201429200A; CN106411380A; KR101680802B1; US20170163383A1; WO2007081977A3; TW200731717A; EP3059890B1; ES2720173T3; JP2016034156A; JP5436863B2; CN101371481A; US8971442B2; KR20130143120A; KR101623556B1; US20130039441A1; KR20080089465A; US8295401B2

Abstract

Sender zum Implementieren räumlicher Datenverarbeitung mit ungleichen Modulations- und Codierungsschemata (MCSen), wobei der Sender aufweist:
einen räumlichen Prozessor zum Durchführen der räumlichen Verarbeitung für mindestens einen von mehreren Datenströmen, wobei für jeden Datenstrom unabhängig ein MCS ausgewählt wird; und
mehrere Sendeantennen zum Senden der Datenströme.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft drahtlose Kommunikationssysteme. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Implementierung der räumlichen Verarbeitung mit ungleichen Modulations- und Codierungsschemata (MCSen).
Die IEEE 802.11n-Joint-Proposal-Group schlägt aktuell die Verwendung eines hybriden Raum-Zeit-Blockcodierungs-(STBC-) und eines Raumteilungsmultiplex-(SDM-) Schemas für die nächste Generation von drahtlosen Hochleistungsnetzwerken vor. Dieses hybride STBC/SDM-Schema führt zu einer unausgewogenen Dienstqualität für Datenströme, die sich in ein niedrigeres restliche Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) an dem Empfängerausgang überträgt. In herkömmlichen Systemen werden auf alle räumlichen Ströme die gleichen MCSen angewendet. Dies führt jedoch zu einem Verlust an Vorteilen der Diversitätsverstärkung für den räumlichen Strom, der von der STBC-Vorcodierung befördert wird.
Daher wäre es wünschenswert, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, um ungleiche MCSen oder stromabhängige MCSen anzuwenden, während die räumliche Verarbeitung, wie etwa STBC, ausgeführt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Implementieren von räumlicher Verarbeitung mit ungleichen MCSen oder stromabhängigen MCSen. Eingangsdaten können in mehrere Datenströme zerlegt werden, und die räumliche Verarbeitung wird auf den Datenströmen durchgeführt, um mehrere räumliche Ströme zu erzeugen. Für jeden Datenstrom wird unabhängig ein MCS ausgewählt. Die räumlichen Ströme werden dann über mehrere Sendeantennen gesendet. Mindestens eines der Verfahren STBC, Raum-Frequenz-Blockcodierung (SFBC), quasiorthogonale Alamouti-Codierung, zeitlich umgekehrte Raum-Zeit-Blockcodierung, lineare räumliche Verarbeitung und zyklische Verzögerungsdiversität (CDD) können für die Datenräumlichen Ströme durchgeführt werden. Dann kann eine Antennenabbildungsmatrix auf die räumlichen Ströme angewendet werden. Die sich ergebenden räumlichen Ströme werden dann über mehrere Sendeantennen gesendet. Das MCS für jeden Datenstrom kann basierend auf einem SNR jedes zu dem Datenstrom gehörenden räumlichen Stroms bestimmt werden.
Ein detaillierteres Verständnis der Erfindung kann aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform erhalten werden, die beispielhaft gegeben wird und die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu verstehen ist, wobei:
1 ein Blockdiagramm eines gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebauten Senders ist;
2 ein Blockdiagramm eines gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebauten Empfängers ist;
3 ein Blockdiagramm einer beispielhaften räumlichen Verarbeitungseinheit ist, die eingerichtet ist, STBC und/oder eine lineare räumliche Abbildung durchzuführen; und
4 und 5 Simulationsergebnisse für IEEE 802.11n-Kanäle E und B zeigen, die einen 3×2-Antennenaufbau und einen linearen Empfänger mit minimalem mittlerem Quadratfehler (LMMSE-Empfänger) verwenden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden auf verschiedene räumliche Ströme ungleiche MCSen oder stromabhängige MCSen angewendet. Die vorliegende Erfindung kann auf ein orthogonales Frequenzteilungsmultiplex-(OFDM-) Mehrfacheingangs-Mehrfachausgangssystem (MIMO-System), ein Mehrträger-Codeteilungs-Vielfachzugriffsystem (MC-CDMA-System), ein CDMA-System oder ähnliche angewendet werden. Ungleiche MCSen werden in verschiedenen Datenströmen angewendet, um für verschiedene Datenströme ungleiche SNRs auszunutzen. Zum Beispiel kann ein MCS höherer Ordnung auf einen räumlichen Strom angewendet werden, der Diversitätscodierung aufweist, und ein MCS mit niedrigerer Ordnung kann auf einen räumlichen Strom, der keine räumliche Diversitätscodierung hat, angewendet werden, um die gesamte selbstinduzierte Interferenz zu verringern. Bei ungleichen MCSen oder stromabhängigen MCSen kann aufgrund der verringerten Selbstinterferenz ein einfacherer Empfängeralgorithmus (z.B. linearer minimaler mittlerer Quadratfehler (LMMSE)) verwendet werden.
1 ist ein Blockdiagramm eines gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebauten Senders 100. Der Sender 100 umfaßt einen Kanalcodierer 102, eine Ratenanpassungseinheit 104, einen räumlichen Parser 106, mehrere Verschachtelungsvorrichtungen 108a–108n_ss , mehrere Konstellationsabbildungsvorrichtungen 110a–110n_ss , mehrere Multiplexer 116a–116n_ss , eine räumliche Verarbeitungseinheit 120, mehrere schnelle inverse Fouriertransformationseinheiten (IFFT-Einheiten) 122a–122n_tx , mehrere zyklische Präfix-Einfügevorrichtungen (CP-Einfügevorrichtungen) 124a–124n_tx und mehrere Sendeantennen 126a–126n_tx . Es sollte bemerkt werden, daß der in 1 gezeigte Aufbau als ein Beispiel, nicht als eine Einschränkung, bereitgestellt wird, und die von den Komponenten durchgeführte Verarbeitung kann mit mehr oder weniger Bestandteilen implementiert werden, und die Reihenfolge der Verarbeitung kann geändert werden.
Der Kanalcodierer 102 codiert Eingangsdaten 101. Es wird adaptive Modulation und Codierung (AMC) verwendet, und jede Codierungsrate und jedes Codierungsschema können verwendet werden. Zum Beispiel kann die Codierungsrate 112, 1/3, 1/5, 3/4 oder ähnliches sein. Das Codierungsschema kann Turbo-Codierung, Faltungscodierung, Blockcodierung, Paritätsprüfungscodierung mit geringer Dichte (LDPC) oder ähnliches sein. Die codierten Daten 103 können von der Ratenanpassungseinheit 104 punktiert werden.
Die nach der Ratenanpassung codierten Daten 105 werden von dem räumlichen Parser 106 in mehrere (N_ss) räumliche Ströme 107a–107n_ss zerlegt. Datenbits auf jedem Datenstrom 107a–107n_ss werden bevorzugt von den Verschachtelungsvorrichtungen 108a–108n_ss verschachtelt. Die Datenbits nach dem Verschachteln 109a–109n_ss werden dann von den Konstellationsabbildungsvorrichtungen 110a–110n_ss gemäß einem ausgewählten Modulationsschema auf Symbole 111a–111n_ss abgebildet. Das Modulationsschema kann Quadraturphasenumtastmodulation (QPSK), 8PSK, 16-Quadraturamplitudenmodulation (QAM), 64-QAM oder ähnliches sein. Steuerdaten 112a–112n_ss und/oder Piloten 114a–114n_ss werden von den Multiplexern 116a–116n_ss mit Symbolen 111a–111n_ss gemultiplext. Die Symbole 117a–117n_ss (einschließlich der gemultiplexten Steuerdaten 112a–112n_ss und/oder Piloten 114a–114n_ss ) werden von der räumlichen Verarbeitungseinheit 120 verarbeitet.
Alternativ können die Eingangsdaten 101 vor der Kanalcodierung geteilt werden, und die geteilten mehreren Eingangsdaten können von zwei oder mehreren getrennten Codierern codiert werden. Alternativ, statt dessen oder zusätzlich zu dem Zerlegen eines Datenstroms in mehrere Datenströme können mehrere Eingangsdatenströme, die zu einem oder mehreren Benutzern gehören können, verarbeitet werden, um über mehrere räumliche Ströme gesendet zu werden.
Die räumliche Verarbeitungseinheit 120 führt selektiv basierend auf Kanalzustandsinformationen 118 eine räumliche Verarbeitung der Symbole 117a–117n_ss durch und gibt N_TX Datenströme 121a–121n_tx aus. Die räumliche Verarbeitung kann Raum-Zeit-Codierung (STC), räumliches Multiplexen (SM), eine lineare räumliche Abbildung oder Sendebündelformung sein. Für die STC kann jede Art von STC, einschließlich STBC, SFBC, quasiorthogonale Alamouti für vier (4) Sendeantennen, zeitlich umgekehrte STBC (TR-STBC), CDD oder ähnliches, verwendet werden.
Die Kanalzustandsinformationen 118 können eine V-Matrix für jeden Teilträger und/oder ein SNR und/oder ein Kanalmatrixrang und/oder eine Kanalzustandsnummer und/oder eine Verzögerungsspreizung oder kurz- und/oder langfristige Kanalstatistiken sein. Die V-Matrix ist eine unitäre Matrix, die aus der Singulärwert-Zerlegung (SVD) der geschätzten Kanalmatrix erhalten wird. Die Kanalzustandsnummer betrifft den Rang der Kanalmatrix. Ein Kanal mit schlechtem Zustand kann einen ungenügenden Rang haben. Ein niedriger Rang oder ein Kanal mit schlechtem Zustand würde unter Verwendung eines Diversitätsschemas, wie etwa STBC, eine bessere Robustheit zeigen, da der Kanal keinen ausreichenden Freiheitsgrad hätte, um SM mit Sendebündelformung zu unterstützen. Ein Kanal mit hohem Rang würde unter Verwendung von SM mit Sendebündelformung höhere Datenraten unterstützen. Die Kanalzustandsinformation 118 kann unter Verwendung herkömmlicher Verfahren, wie etwa direkter Kanalrückkopplung (DCFB), erhalten werden.
Die Datenströme 121a–121n_tx von der räumlichen Verarbeitungseinheit 120 werden von den IFFT-Einheiten 122a-122n_tx verarbeitet, welche Zeitdomänendaten 123a–123n_tx ausgeben. Von den CP-Einfügevorrichtungen 124a–124n_tx wird zu jedem der Zeitdomänendaten 123a–123n_tx ein CP hinzugefügt. Die Zeitdomänendaten mit CP 125a–125n_tx werden dann über die Sendeantennen 126a–126n_tx gesendet.
2 ist ein Blockdiagramm eines gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebauten Empfängers 200. Der Empfänger 200 weist auf: mehrere Empfangsantennen 202a–202n_rx , eine Kanalschätzvorrichtung 204, eine Rauschschätzvorrichtung 206, eine Kanalkorrelationsmatrix-Berechnungsvorrichtung 208, eine SNR-Normierungskonstanten-Berechnungsvorrichtung 210, mehrere OFDM-Verarbeitungseinheiten 212a–212n_rx , einen räumlichen Decoder 214, mehrere Konstellationsrückabbildungsvorrichtungen 216a–216n_ss , mehrere SNR-Normierungseinheiten 218a–218n_ss , mehrere Entschachtelungsvorrichtungen 220a–220n_ss , einen räumlichen Deparser 222 und einen Decoder 224. Es sollte bemerkt werden, daß der in 2 gezeigte Aufbau als ein Beispiel, nicht als Einschränkung, bereitgestellt wird, und die von den Komponenten durchgeführte Verarbeitung durch mehr oder weniger Komponenten implementiert werden kann, und die Reihenfolge der Verarbeitung geändert werden kann.
Mehrere empfangene Datenströme 203a–203n_rx werden in die Kanalschätzvorrichtung 204, die Rauschschätzvorrichtung 206 und die OFDM-Verarbeitungseinheiten 212a–212n_rx eingegeben. Die Kanalschätzvorrichtung 204 führt unter Verwendung eines herkömmlichen Verfahrens die Kanalschätzung aus, um eine Kanalmatrix 205 zu erhalten. Die Rauschschätzvorrichtung 206 berechnet eine Rauschstreuung 207. Die Kanalkorrelationsmatrix-Berechnungsvorrichtung 208 erzeugt eine Korrelationsmatrix 209 aus der Kanalmatrix 205, was hier nachstehend im Detail erklärt wird. Die SNR-Normierungskonstanten-Berechnungsvorrichtung 210 berechnet SNR-Normierungskonstanten 211a–211n_ss aus der Korrelationsmatrix 209 und der Rauschstreuung 207, was hier nachstehend im Detail erklärt wird.
Jede der OFDM-Verarbeitungseinheiten 212a–212n_rx entfernt ein CP aus jedem empfangenen Datenstrom 203a–203n_rx und führt eine schnelle Fouriertransformation (FFT) aus, um Frequenzdomändendaten 203a–203n_rx auszugeben. Die Ausgaben 213a–213n_rx von den OFDM-Verarbeitungseinheiten 212a–212n_rx werden von dem räumlichen Decoder 214 verarbeitet. Der räumliche Decoder 214 kann ein Decoder mit minimalem mittleren Quadratfehler (MMSE), ein schrittweiser MMSE-Interferenzunterdrückungsdecoder (SIC-MMSE-Decoder) oder ein Maximalwahrscheinlichkeitsdecoder (ML-Decoder) sein.
Nach dem räumlichen Decodieren werden die decodierten Daten 215a–215n_ss von den Konstellationsrückabbildungsvorrichtungen 216a–216n_ss verarbeitet, um Bitströme 217a–217n_ss zu erzeugen. Die Bitströme 217a–217n_ss werden von den SNR-Normierungseinheiten 218a–218n_ss basierend auf den SNR-Normierungskonstanten 211a–211n_ss normiert. Die nor mierten Bitströme 219a–219n_ss werden dann von den Entschachtelungsvorrichtungen 220a–220n_ss verarbeitet. Die entschachtelten Bits 221a–221n_ss werden von dem räumlichen Deparser 222 in einen Bitstrom 223 zusammengeführt. Der Bitstrom 223 wird dann von dem Decoder 224 verarbeitet, um die Eingangsdaten 225 wiederzugewinnen.
Die räumliche Verarbeitung an dem Sender 100 und dem Empfänger 200 wird hier im weiteren unter Bezug auf STBC als ein repräsentatives Beispiel erklärt. Die folgenden Definitionen werden verwendet:

N_TX:: die Anzahl von Sendeantennen;
N_SS:: die Anzahl von räumlichen Strömen;
N_STS:: die Anzahl der Ströme nach der STBC;
d_k,n:: ein Datenvektor zur Symbolzeit n;
s_k,n:: ein Vektor nach der STBC zur Symbolzeit n;
x_k,n:: ein Vektor nach der P-Matrix in 3 zur Symbolzeit n; und
y_k,n:: ein Empfangsvektor zur Symbolzeit n.

3 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften räumlichen Verarbeitungseinheit 120, die aufgebaut ist, um STBC und/oder eine lineare räumliche Abbildung durchzuführen. Die räumliche Verarbeitungseinheit 120 kann eine STBC-Einheit 302, eine CDD-Einheit 304 und eine Antennenabbildungseinheit 306 umfassen. Jedes der Symbole 117a–117n_ss ist ein Strom aus komplexen Zahlen. Ein auf einem räumlichen Strom i eines Teilträgers k übertragenes komplexes Symbol eines OFDM-Symbols n wird mit d_k,i,n bezeichnet. Die STBC-Einheit 302 verarbeitet in jedem Teilträger zwei aufeinanderfolgende OFDM-Symbole. Die Ausgangssymbole aus der STBC-Einheit 302 auf einem Ausgangs-Raum-Zeitsstrom i_STS auf einem Teilträger k auf OFDM-Symbolen 2m und 2m+1 sind gegeben durch:
wobei
in Tabelle 1 definiert sind.
Tabelle 1
Die lineare räumliche Verarbeitung kann von der CDD-Einheit 304 und der Antennenabbildungseinheit 306 für die Ausgangssymbole von der STBC-Einheit 302 durchgeführt werden. Wenn keine STBC-Codierung durchgeführt wird, ist s_k,i,n = d_k,i,n und N_STS = N_SS. Die lineare räumliche Verarbeitung ist als eine Folge von Drehungen des Symbolvektors definiert, der in einem gegebenen Teilträger übertragen werden soll. Die Verarbeitung durch die CDD-Einheit 304 und die Antennenabbildungseinheit 306 wird wie folgt ausgedrückt:
wobei
ein NSTS-Vektor von Modulationssymbolen ist, die auf einem Teilträger k eines OFDM-Symbols n übertragen werden sollen. C_CDD(k) ist eine N_SSxN_SS- Diagonalmatrix mit zyklischen Verzögerungen, welche die zyklische Verzögerung in der Frequenzdomäne darstellt. Die Diagonalwerte sind gegeben durch

ist eine N_TXxN_STS-Matrix, die erste N_STS Spalten der unitären N_TXxN_TX-Antennenabbildungsmatrix PAbb(k) aufweist. Dies kann eine Einheitsmatrix für die Direktabbildungsoperation, eine Abbildungsmatrix für die räumliche Spreizoperation oder eine kanalspezifische Steuerungsmatrix als ein Satz von Kanaleigenvektoren sein. x_k,n ist ein N_TX-Vektor von gesendeten Symbolen in einem Teilträger k eines OFDM-Symbols n.
Eine Kanalmatrix H_eff ist ein von dem Vektor s_k,n gesehener effektiver Kanal, so daß: yk,n = Heff sk,n + nk,n Gleichung (3)
In dem Empfänger werden y_k,2m und y * / k,2m+1 wie folgt zu einem einzigen Vektor kombiniert:
Unter Verwendung der Gleichungen (3) und (4):
In den Vektoren s_k,2m und s * / k,2m+1 erscheint jeder Datenwert, der in einem von ihnen erscheint, entweder in beiden konjugiert oder in beiden unkonjugiert. Dies ermöglicht das Schreiben der Gleichung (5) als eine einfache Matrixform, wie durch das folgende spezifische Beispiel dargestellt.
Betrachten Sie den Fall N_tx = 3 und N_SS = 2 (d.h. an dem Sender 100 werden von dem räumlichen Parser 106 aus Eingangsdaten zwei (2) räumliche Ströme erzeugt, und von der räumlichen Verarbeitungseinheit 120 werden drei Datenströme erzeugt). Für die Sendediversität wird, wie weiter unten gezeigt, einer der drei Datenströme aus der veränderten Kopie eines Datenstroms des räumlichen Parsers 106 erzeugt.
Aus der Tabelle 1 ist für den Fall N_tx = 3 und N_SS = 2 das Folgende zu sehen: Sk,1,2m = dk,1,2m; Sk,2,2m = –d*k,1,2m+1 ; und Sk,3,2m = dk,2,2m so daß
Auch sk,1,2m+1 = dk,1,2m+1; sk,2,2m+1 = d*k,1,2m ; und sk,3,2m+1 = dk,2,2m+1 so daß
Unter Verwendung der Gleichungen (6) und (8) kann Gleichung (5) unter Einbeziehung der vier Datenwerte d_k,1,2m, d * / k,1,2m+1, d_k,2,2m, d * / k,2,2m+1 als eine Standardmatrixgleichung umgeschrieben werden (die Sternchen bedeuten eine Konjugation, keine Hermitesche Konjugation).
Dies ist nun in einer Standard-MIMO-Form, aber mit einer Kanalmatrix, die eine Zusammensetzung aus den verschiedenen Spalten von H_eff ist. Der Empfänger 200 demoduliert den Datenvektor d:
Für den Datenvektor in Gleichung (10) kann ein MMSE-Demodulator verwendet werden. Die Kanalmatrix in Gleichung (9) werde wie folgt geschrieben:
Eine MMSE-Lösung ist wie folgt (wobei der Index k fallengelassen wird und das Symbol '+' für die Hermitesch Konjugierte verwendet wird):
oder äquivalent
Die Gleichung (9) kann wie folgt umgeschrieben werden: y = H ~d + n Gleichung (14)
Das Einsetzung von Gleichung (14) in Gleichung (12) ergibt:
Unter Verwendung der Gleichung (11) wird die Korrelationsmatrix H ~⁺H ~ wie folgt:
Das effektive SNR für den k-ten Datenstrom in Gleichung (9) nach der MMSE-Empfängerverarbeitung ist bekannt als:
für ein hohes SNR wird Gleichung (17) zu:
Die Matrix H ~⁺H ~ hat die Form:
Die Definitionen der Parameter in Gleichung (19) werden leicht aus dem Ausdruck für H ~⁺H ~ herausgebunden. Unter Verwendung der allgemeinen Formel für die Inverse einer Matrix folgt:
Es kann gezeigt werden, daß die Diagonalelemente von (H ~⁺H ~)^–1 gegeben sind durch:
Unter Verwendung von Gleichung (18) werden SNRs für jeden Datenstrom wie folgt erhalten:
Für jede obige Kanalrealisierung haben die ersten zwei Komponenten von d (die, auf welche der STBC-Code angewendet wurde) das gleiche SNR, und die anderen haben ebenfalls das gleiche SNR. Das zweite ist im allgemeinen kleiner als das erste. Das Verhältnis der SNRs für die codierten zu den uncodierten Komponenten von d ist wie folgt:
Unter der Annahme, daß die drei Spalten von H_eff ähnliche Eigenschaften haben, wird das SNR im Mittel etwa 3 dB höher für die STBC-codierten Symbole sein.
Beim Implementieren der STBC kann ein Paar aufeinanderfolgender Symbole über eine gleiche Frequenz oder verschiedene Frequenzen gesendet werden. Für die Auswertung wird hier der einfachste Fall N_tx = 2 und N_SS = 1 betrach tet, wobei angenommen wird, daß es an dem Empfänger nur eine Empfangsantenne gibt. Die effektive Kanalmatrix wird wie folgt als eine 1×2-Matrix dargestellt: Heff = [h1 h2] Gleichung (30)und der Datenvektor wird wie folgt:
Wenn für die aufeinanderfolgenden Symbole die gleiche Frequenz verwendet wird, ist H_eff für beide Symbole gleich, und die Gleichung (5) wird wie folgt:
Wenn ein Nullen erzwingender Empfänger verwendet wird, ist der erste Schritt, y_k mit der Hermitesch Konjugierten der Kanalmatrix zu multiplizieren:
um zu erhalten:
Die Diagonalmatrixelemente |h₁|² + |h₂|² in dem Signalteil stellen die Diversität der Ordnung 2 dar, die durch den STBC-Code erhalten wird.
Wenn für die aufeinanderfolgenden Symbole verschiedene Frequenzen verwendet werden, sind die effektiven Kanäle für die zwei Symbole wie folgt:
H_eff = [h₁ h₂] für das erste Symbol; und
H_eff = [g₁ g₂] für das zweite Symbol.
In diesem Fall wird die modifizierte Gleichung (5) wie folgt:
und das Folgende wird erhalten:
Die Diagonalmatrixelemente |h₁|² + |g₂|² in dem Signalteil stellen die Diversität der Ordnung 2 dar, die durch den STBC-Code erhalten wird. In diesem Fall stellen die Diagonalelemente immer noch die Diversität der Ordnung 2 dar. Jedoch tragen die Nicht-Diagonalelemente Interferenzen (d.h. Nicht-Orthogonalität) bei.
Für den 2×1-Fall von Tabelle 1 wird die Gleichung (5) wie folgt:
Die MMSE-Schätzung von d ist in diesem Fall wie folgt:
Gleichung (40) wird:
Alternativ können die MMSE-Schätzungen von d_2m und d_2m+1 gefunden werden, indem nur y_2m und dann y_2m+1 verwendet und dann addiert werden. Anwenden dieses Schemas für das erste Symbol ergibt:
und die MMSE-Schätzung des Datenvektors aus dem ersten Symbol ist:
Anwenden dieses Schemas für das zweite Symbol:
und die MMSE-Schätzung des Datenvektors aus dem zweiten Symbol ist:
Unter Verwendung der Gleichungen (47) und (49) werden die zwei Schätzungen von d_2m wie folgt addiert:
Das Ergebnis ist gleich wie das in Gleichung (43) erhaltene Ergebnis. Das Berechnen der Summe für die Schätzung von d_2m+1 ergibt ebenfalls das gleiche wie die von Gleichung (43). Auf diese Weise sind die zwei Decodierungsverfahren bei dem einfachen 2×1-Schema identisch. In dem 3×2-Fall in Tabelle 1 muss es jedoch nicht das gleiche sein.
4 und 5 zeigen Simulationsergebnisse für IEEE 802.11n-Kanäle E und B unter Verwendung einer 3×2-Antennekonfiguration und eines linearen MMSE-(LMMSE-) Empfängers. Die Simulationsergebnisse zeigen, daß der Fall, der ein ungleiches Modulationsschema von 64-QAM und QPSK verwendet, im Hinblick auf die Paketfehlerrate (PER) etwa 1,5 dB (0,8 dB) besser ist als in dem Fall, in dem ein gleiches Modulationsschema von 16 QAM und 16 QAM für den Kanal E verwendet wird (Kanal B).
Der Sender und der Empfänger können eine drahtlose Sende/Empfangseinheit (WTRU) oder eine Basisstation sein. Der Begriff "WTRU" umfaßt ein Benutzergerät (UE), eine Mobilstation, eine feste oder mobile Teilnehmereinheit, einen Funkrufempfänger, ein Zellulartelefon, einen Minicomputer (PDA), einen Computer oder jede andere Art von Benutzergerät, das fähig ist, in einer drahtlosen Umgebung zu arbeiten, ist aber nicht darauf beschränkt. Der Begriff "Basisstation" umfaßt einen Node B, eine Standortsteuerung, einen Zugangspunkt (AP) oder jede andere Art von Schnittstellenvorrichtung, die fähig ist, in einer drahtlosen Umgebung zu arbeiten, ist aber nicht darauf beschränkt.
Obwohl die Merkmale und Elemente der vorliegenden Erfindung in den bevorzugten Ausführungsformen in bestimmten Kombinationen beschrieben sind, kann jedes Merkmal oder Ele ment allein, ohne die anderen Merkmale und Elemente der bevorzugten Ausführungsformen, oder in verschiedenen Kombinationen mit oder ohne andere Merkmale und Elemente der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die in der vorliegenden Erfindung bereitgestellten Verfahren oder Flußdiagramme können in einem Computerprogramm, Software oder Firmware implementiert werden, die in einem computerlesbaren Speichermedium greifbar für die Ausführung durch einen Allzweckcomputer oder einen Prozessor ausgeführt sind. Beispiele für computerlesbare Speichermedien umfassen einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen Direktzugriffspeicher (RAM), ein Register, einen Cachespeicher, Halbleitexspeichervorrichtungen, magnetische Medien, wie etwa interne Festplatten und entfernbare Platten, magnetooptische Medien, magnetooptische Medien und optische Medien, wie etwa CD-ROM-Platten und digitale vielseitige Platten (DVDs).
Geeignete Prozessoren umfassen beispielhaft einen Universalprozessor, einen Prozessor für einen bestimmten Zweck, einen herkömmlichen Prozessor, einen digitalen Signalprozessor (DSP), mehrere Mikroprozessoren, einen oder mehrere Mikroprozessoren in Verbindung mit einem DSP-Kern, einen Controller, einen Mikrocontroller, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), frei programmierbare Gate Array-Schaltungen (FPGAs) und jede andere Art einer integrierten Schaltung (IC) und/oder eine Zustandsmaschine.
Ein Prozessor in Verbindung mit Software kann verwendet werden, um einen Funkfrequenztransceiver für die Verwendung in einer drahtlosen Sende/Empfangseinheit (WTRU), einem Benutzergerät (UE), einem Endgerät, einer Basisstation, einer Funknetzsteuerung (RNC) oder jedem Leitrechner zu implementieren. Die WTRU kann in Verbindung mit Modulen verwendet werden, welche in Hardware und/oder Software implementiert sind, wie zum Beispiel einer Kamera, einem Videokameramodul, einem Bildschirmtelefon, einem Lautsprechertelefon, einer Vibrationsvorrichtung, einem Lautsprecher, einem Mikrophon, einem Fernsehtransceiver, einem Kopfhörer für freie Hände, einer Tastatur, einem Bluetooth^®-Modul, ei ner frequenzmodulierten (FM) Funkeinheit, einer Flüssigkristallanzeigeeinheit (LCD-Anzeigeeinheit), einer organischen lichtemittierenden Diodenanzeigeeinheit (OLED-Anzeigeeinheit), einem digitalen Musikabspielgerät, einem Speicherabspielgerät, einem Videospiel-Spielgerätemodul, einem Internet-Browser und/oder jedem drahtlosen lokalen Netzwerkmodul (WLAN-Modul).
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Implementieren der räumlichen Verarbeitung mit ungleichen Modulations- und Codierungsschemata (MCSen) oder stromabhängigen MCSen offenbart. Eingangsdaten können in mehrere Datenströme zerlegt werden, und für die Datenströme wird eine räumliche Verarbeitung durchgeführt, um mehrere räumliche Ströme zu erzeugen. Ein MCS für jeden Datenstrom wird unabhängig ausgewählt. Die räumlichen Ströme werden über mehrere Sendeantennen gesendet. Mindestens eines der Verfahren Raum-Zeit-Blockcodierung (STBC), Raum-Frequenz-Blockcodierung (SFBC), quasiorthogonale Alamouti-Codierung, zeitlich umgekehrte Raum-Zeit-Blockcodierung, lineare räumliche Verarbeitung und zyklische Verzögerungsdiversität (CDD) können für die Daten-/räumlichen Ströme durchgeführt werden. Dann kann eine Antennenabbildungsmatrix auf die räumlichen Ströme angewendet werden. Die sich ergebenden räumlichen Ströme werden dann über mehrere Sendeantennen gesendet. Das MCS für jeden Datenstrom kann basierend auf einem Signal-Rausch-Verhältnis jedes zu dem Datenstrom gehörenden räumlichen Stroms bestimmt werden.

Claims

Sender zum Implementieren räumlicher Datenverarbeitung mit ungleichen Modulations- und Codierungsschemata (MCSen), wobei der Sender aufweist: einen räumlichen Prozessor zum Durchführen der räumlichen Verarbeitung für mindestens einen von mehreren Datenströmen, wobei für jeden Datenstrom unabhängig ein MCS ausgewählt wird; und mehrere Sendeantennen zum Senden der Datenströme.
Sender nach Anspruch 1, wobei der räumliche Prozessor derart aufgebaut ist, daß er die räumliche Verarbeitung nur für einen Teil der Datenströme durchführt.
Sender nach Anspruch 2, wobei ein MCS für einen Datenstrom, für den eine räumliche Verarbeitung durchgeführt wird, sich von einem MCS für einen Datenstrom unterscheidet, für den keine räumliche Verarbeitung durchgeführt wird.
Sender nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der räumliche Prozessor derart aufgebaut ist, daß er eine Raum-Zeit-Blockcodierung (STBC) für mindestens einen der Datenströme durchführt.
Sender nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der räumliche Prozessor derart aufgebaut ist, daß er ein Paar Symbole für die STBC für den Datenstrom auf eine gleiche Frequenz abbildet.
Sender nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der räumliche Prozessor derart aufgebaut ist, daß er ein Paar Symbole für die STBC für den Datenstrom auf verschiedene Frequenzen abbildet.
Sender nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der räumliche Prozessor derart aufgebaut ist, daß er für mindestens einen der Datenströme eine Raum-Zeit-Blockcodierung (STBC) und/oder eine Raum-Frequenz-Blockcodierung (SFBC) und/oder eine quasiorthogonale Alamouti-Codierung und/oder eine zeitlich umgekehrte Raum-Zeit-Blockcodierung durchführt.
Sender nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der räumliche Prozessor derart aufgebaut ist, daß er eine lineare räumliche Verarbeitung für die Datenströme durchführt.
Sender nach Anspruch 8, wobei der räumliche Prozessor derart aufgebaut ist, daß er zyklische Verzögerungsdiversität (CDD) auf die räumlichen Ströme anwendet.
Sender nach Anspruch 8 oder 9, wobei der räumliche Prozessor derart aufgebaut ist, daß er eine Antennenabbildungsmatrix auf die räumlichen Ströme anwendet.
Sender nach Anspruch 10, wobei die Antennenabbildungsmatrix eine Einheitsmatrix ist.
Sender nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Antennenabbildungsmatrix zum räumlichen Spreizen dient.
Sender nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Antennenabbildung eine kanalspezifische Steuerungsmatrix ist.
Sender nach Anspruch 13, wobei die Antennenabbildungsmatrix einen Satz von Kanaleigenvektoren umfaßt.
Sender nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das MCS für jeden Datenstrom basierend auf einem Signal- Rausch-Verhältnis jedes zu dem Datenstrom gehörenden räumlichen Stroms bestimmt.
Empfänger zum Implementieren räumlicher Datenverarbeitung mit ungleichen Modulations- und Codierungsschemata (MCSen), wobei der Empfänger aufweist: mindestens eine Empfangsantenne zum Empfangen mehrerer räumlicher Ströme, wobei ein an einem Sender unabhängig ausgewähltes MCS für jeden Datenstrom auf die räumlichen Ströme abgebildet wird; eine Kanalschätzvorrichtung zum Durchführen der Kanalschätzung, um eine Kanalmatrix zu erzeugen; und einen räumlichen Decoder zum Decodieren der empfangenen räumlichen Ströme unter Verwendung der Kanalmatrix.
Empfänger nach Anspruch 16, wobei der räumliche Decoder derart aufgebaut ist, daß er eine Decodierung mit minimalem mittleren Quadratfehler (MMSE) durchführt, um die empfangenen räumlichen Ströme zu decodieren.
Empfänger nach Anspruch 16 oder 17, wobei der räumliche Decoder derart aufgebaut ist, daß er eine Nullen erzwingende (ZF) Decodierung zum Decodieren der empfangenen räumlichen Ströme durchführt.