DE29825109U1 - Transmitter diversity technique - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf drahtlose Kommunikation und insbesondere auf Techniken für eine effektive drahtlose Kommunikation in Gegenwart von Schwund und anderen Verschlechterungen.The The present invention relates to wireless communication and especially on techniques for effective wireless communication in the presence of fading and other deteriorations.
Die effektivste Gegenmaßnahme bei einem Mehrwegeschwund in einem drahtlosen Funkkanal besteht darin, den Effekt des Schwundes am Sender auszugleichen, indem die Leistung des Senders gesteuert wird. Das heißt, wenn die Kanalbedingungen am Sender (an einer Seite der Verbindung) bekannt sind, dann kann der Sender das Signal vorverzerren, um die Auswirkungen des Kanals an dem Empfänger (an der anderen Seite) zu überwinden. Jedoch gibt es bei dieser Herangehensweise zwei grundlegende Probleme. Das erste Problem ist der Dynamikbereich des Senders, Damit der Sender einen Schwund von x dB überwinden kann, muss er seine Leistung um x dB erhöhen, was in den meisten Fällen aufgrund von Begrenzungen der Abstrahlungsleistung sowie der Größe und Kosten der Verstärker nicht praktikabel ist. Das zweite Problem ist, dass der Sender keinerlei Wissen über den Kanal besitzt, wie dieser vom Sender gesehen wird (außer bei Systemen mit Zeitgetrenntlageverfahren (time division duplex), bei denen der Sender Leistung von einem bekannten anderen Sender über den gleichen Kanal empfängt). Wenn man daher einen Sender auf der Basis von Kanaleigenschaften steuern will, muss Kanalinformation vom Empfänger an den Sender übermittelt werden, wodurch eine Verschlechterung des Durchsatzes und eine zusätzliche Komplexität sowohl beim Sender wie auch beim Empfänger verursacht wird.The most effective countermeasure there is a wireless radio channel in the event of multipath shrinkage in compensating for the effect of the fading on the transmitter by the Power of the transmitter is controlled. That is, if the channel conditions are known on the transmitter (on one side of the connection), then can the transmitter pre-distorts the signal to the effects of the channel at the recipient (on the other side) to overcome. However, there are two basic problems with this approach. The first problem is the dynamic range of the transmitter, so the Transmitters overcome a loss of x dB can, it must increase its power by x dB, which is due in most cases limitations on radiation power, size and cost the amplifier is not practical. The second problem is that the transmitter has none Know about has the channel as seen by the broadcaster (except for Systems with time division duplex, at which the transmitter power from a known other transmitter over the same channel). So if you have a transmitter based on channel properties channel information must be transmitted from the receiver to the transmitter causing a deterioration in throughput and an additional complexity is caused both at the transmitter and at the receiver.
Andere effektive Techniken sind die Zeitdiversität und die Frequenzdiversität. Die Verwendung einer Zeitverschachtelung zusammen mit einer Kodierung kann eine Verbesserung der Diversität mit sich bringen. Das gleiche gilt für Frequenzsprungverfahren und die Spread-Spektrum-Technik. Allerdings führt die Zeitverschachtelung zu unnötig großen Verzögerungen, wenn der Kanal sich langsam ändert. Entsprechend sind Frequenzdiversitätstechniken ineffektiv, wenn die Kohärenzbandbreite des Kanals groß ist (geringe Verzögerungsspreizung).Other effective techniques are time diversity and frequency diversity. The usage a time interleaving together with an encoding can be a Improve diversity entail. The same applies to frequency hopping and the spread spectrum technique. However, the time interleaving leads too unnecessary huge delays when the channel changes slowly. Accordingly, frequency diversity techniques are ineffective if the coherence bandwidth of the channel is big (slight spread of delay).
Es ist allgemein bekannt, dass in den meisten streuenden Umgebungen eine Antennendiversität die zweckmäßigste und wirksamste Technik darstellt, um die Auswirkungen von Mehrwegeschwund zu verringern. Die klassische Herangehensweise an die Antennendiversität besteht darin, am Empfänger mehrere Antennen zu verwenden und eine Kombination (oder Selektion) durchzuführen, um die Qualität des empfangenen Signals zu verbessern.It is well known in most scattered environments an antenna diversity the most appropriate and Most effective technique represents the effects of reusable shrinkage to reduce. The classic approach to antenna diversity exists in it, at the receiver use multiple antennas and a combination (or selection) perform, about the quality to improve the received signal.
Das Hauptproblem bei der Verwendung des Prinzips der Empfängerdiversität in üblichen drahtlosen Kommunikationssystemen wie IS-136 und GSM sind die Einschränkungen bei Kosten, Größe und Leistungsverbrauch der Empfänger. Aus offensichtlichen Gründen sind geringe Größe, Gewicht und Kosten vorrangig. Das Hinzufügen von mehrfachen Antennen und Funkketten (oder Auswahl- und Umschalt-Schaltkreisen) in Empfängern ist gegenwärtig nicht machbar. Daher wurden Diversitätstechniken oft nur verwendet, um die Übertragungsqualität in Aufwärtsrichtung (Empfänger an Basis) mit einer Vielzahl von Antennen (und Empfängern) an der Basisstation zu verbessern. Da eine Basisstation oft Tausende von Empfängern bedient, ist es ökonomischer, Basisstationen aufzurüsten als die Empfänger.The Main problem when using the principle of recipient diversity in usual wireless communication systems like IS-136 and GSM are the restrictions in terms of cost, size and power consumption the recipient. For obvious reasons are small size, weight and cost priority. The addition of multiple antennas and radio chains (or selection and switching circuits) in receivers is present impossible. Therefore, diversity techniques were often only used the transmission quality in the upward direction (Receiver base) with a variety of antennas (and receivers) to improve the base station. Because a base station is often thousands of recipients served, it is more economical To upgrade base stations than the recipients.
Kürzlich wurden einige interessante Ansätze für eine Senderdiversität angeregt. Ein Verzögerungs-Diversitätssystem wurde von A. Wittneben vorgeschlagen in „Base Station Modulation Diversity for Digital SIMULCAST", Proceeding of the 1991 IEEE Vehicular Technology Conference (VTC 41 st), pp. 848-853, May 1991, und in „A New Bandwidth Efficient Transmit Antenna Modulation Diversity Scheme For Linear Digital Modulation", in Proceeding of the 1993 IEEE International Conference on Communications (IICC 1993), pp. 1630-1634, May 1993. Der Vorschlag besteht darin, dass eine Basisstation eine Folge von Symbolen durch eine Antenne überträgt und dieselbe Folge von Symbolen – aber verzögert – durch eine andere Antenne.Recently some interesting approaches for one transmitter diversity stimulated. A delay diversity system was proposed by A. Wittneben in “Base Station Modulation Diversity for Digital SIMULCAST ", Proceeding of the 1991 IEEE Vehicular Technology Conference (VTC 41 st), pp. 848-853, May 1991, and in “A New Bandwidth Efficient Transmit Antenna Modulation Diversity Scheme For Linear Digital Modulation ", in Proceeding of the 1993 IEEE International Conference on Communications (IICC 1993), pp. 1630-1634, May 1993. The proposal is to that a base station transmits a sequence of symbols through an antenna and the same Sequence of symbols - but delayed - by another antenna.
Das US-Patent 5,479,448, Nambirajan Seshadri, 26. Dezember 1995, offenbart eine ähnliche Anordnung, bei der eine Folge von Codes durch zwei Antennen überfragen wird. Die Codefolge wird durch einen zyklischen Schalter weitergeleitet, der jeden Code sukzessive an die verschiedenen Antennen lenkt. Da Kopien desselben Symbols durch verschiedene Antennen zu unterschiedlichen Zeiten übertragen werden, erreicht man sowohl eine Raum- wie auch eine Zeitdiversität. Ein MLSE (maximum likelihood sequence estimator, Maximalwahrscheinlichkeits-Sequenzabschätzer) oder ein MMSE- (minimum mean squared error, minimales mittleres Fehlerquadrat) Entzerren wird dann be nützt, um die Mehrvegeverzerrung aufzulösen und einen Diversitätsgewinn zu erreichen. Siehe auch N. Seshadri, J.H. Winters, „Two Signaling Schemes for Improving the Error Performance of FDD Transmission Systems Using Transmitter Antenna Diversity," Proceeding of the 1993 IEEE Vehicular Technology Conference (VTC 43rd), pp. 508-511, May 1993; und J.H. Winters, „The Diversity Gain of Transmit Diversity in Wireless Systems with Rayleigh Fading," Proceeding of the 1994 ICC/SUPERCOMM, New Orleans, Vol. 2, pp. 1121-1125, May 1994.U.S. Patent 5,479,448, Nambirajan Seshadri, December 26, 1995, discloses a similar arrangement in which a sequence of codes is interrogated by two antennas. The code sequence is forwarded by a cyclical switch that successively directs each code to the different antennas. Because copies of the same symbol are transmitted by different antennas at different times, you can achieve both a space and a time diversity. An MLSE (maximum likelihood sequence estimator) or an MMSE (minimum mean squared error) equalization is then used to dissolve the multiplicity distortion and to achieve a diversity gain. See also N. Seshadri, JH Winters, "Two Signaling Schemes for Improving the Error Performance of FDD Transmission Systems Using Transmitter Antenna Diversity," Proceeding of the 1993 IEEE Vehicular Technology Conference (VTC 43 rd ), pp. 508-511, May 1993 ; and JH Winters, "The Di versity Gain of Transmit Diversity in Wireless Systems with Rayleigh Fading, "Proceeding of the 1994 ICC / SUPERCOMM, New Orleans, Vol. 2, pp. 1121-1125, May 1994.
Ein weiterer interessanter Ansatz wird offenbart von Tarokh, Seshadri, Calderbank und Naguib in der US-Anmeldung Nr. 08/847635, vom 25. April 1997 (basierend auf einer vorläufigen Anmeldung vom 7. November 1996), bei der Symbole entsprechend den Antennen, durch welche sie gleichzeitig übertragen werden, codiert werden und decodiert werden, indem ein Maximum-Likelihood- (Maximalwahrscheinlichkeits-) Decodierer verwendet wird. Insbesondere bearbeitet der Prozess an dem Sender die Information in Blöcken von M1 Bits, wobei M1 ein Vielfaches von M2 ist, d.h., M1 = k*M2. Er wandelt jede aufeinanderfolgende Gruppe von M2 Bits in Informationssymbole um (und erzeugt dabei k Informationssymbole), codiert jede Sequenz von k Informationssymbolen in n Kanalcodes (entwickelt dabei eine Gruppe von n Kanalcodes für jede Sequenz von k Informationssymbolen) und wendet jeden Code einer Gruppe von Codes für eine unterschiedliche Antenne an.On another interesting approach is revealed by Tarokh, Seshadri, Calderbank and Naguib in U.S. Application No. 08/847635, dated 25 April 1997 (based on preliminary registration from November 7th 1996), when the symbols correspond to the antennas by which they broadcast simultaneously be encoded and decoded using a maximum likelihood (Maximum probability) decoder is used. In particular the process at the transmitter processes the information in blocks of M1 bits, where M1 is a multiple of M2, i.e., M1 = k * M2. He converts each successive group of M2 bits into information symbols um (generating k information symbols) encodes each sequence of k information symbols in n channel codes (develops one Group of n channel codes for each sequence of k information symbols) and turns each code one Group of codes for a different antenna.
Die Probleme der Systeme nach dem Stand der Technik werden überwunden und ein Fortschritt in der Technik wird erreicht mit einer einfachen Blockcodierungsanordnung, bei der Symbole über eine Vielzahl von Übertragungskanälen übertragen werden und die Codierung nur einfache arithmetische Operationen umfasst, wie beispielsweise Negation und Konjugation. Die Diversität, die von dem Sender erzeugt wird, verwendet Raumdiversität und entweder Zeitdiversität oder Frequenzdiversität. Raumdiversität wird erreicht, indem redundant über eine Vielzahl von Antennen übertragen wird; Zeitdiversität wird erreicht, indem redundant zu verschiedenen Zeiten übertragen wird; und Frequenzdiversität wird erreicht, indem redundant bei verschiedenen Frequenzen übertragen wird. Verwendet man beispielsweise zwei Sendeantennen und eine einzige Empfangsantenne, sorgt eine der gezeigten Ausführungsformen denselben Diversitätsgewinn wie das MRRC (maximal-ratio receiver combining, Maximalverhältnis- Empfängerkombinations)-System mit einer Sendeantenne und zwei Empfängerantennen. Die neuartige Vorgehensweise erfordert keine Bandbreitenerweiterung oder Rückkopplung von dem Empfänger zum Sender und besitzt dieselbe Decodierungskomplexität wie das MRRC. Die Diversitätsverbesserung ist dieselbe wie bei der Verwendung von MRRC (maximal-ratio receiver combining) an dem Empfänger mit derselben Anzahl von Antennen. Die Grundlagen dieser Erfindung können auf Anordnungen mit mehr als zwei Antennen angewendet werden und eine beispielhafte Ausführungsform wird gezeigt, die denselben Raumsperrcode mit zwei Sende- und Empfängerantennen verwendet. Dieses System sorgt für denselben Diversitätsgewinn wie ein MRRC mit vier Zweigen.The Problems of the prior art systems are overcome and progress in technology is achieved with a simple one Block coding arrangement in which symbols transmit over a plurality of transmission channels and coding just simple arithmetic operations includes such as negation and conjugation. The diversity that of the transmitter is generated uses space diversity and either time diversity or frequency diversity. Spatial diversity is achieved by redundantly over transmit a variety of antennas becomes; time diversity is achieved by transmitting redundantly at different times becomes; and frequency diversity is achieved by transmitting redundantly at different frequencies becomes. For example, if you use two transmit antennas and a single one Receiving antenna, one of the embodiments shown provides the same diversity gain like the MRRC (maximal-ratio receiver combining) system with one Transmitting antenna and two receiving antennas. The new approach does not require an increase in bandwidth or feedback from the recipient to the transmitter and has the same decoding complexity as the MRRC. The diversity improvement is the same as when using MRRC (maximal-ratio receiver combining) at the recipient with the same number of antennas. The basics of this invention can on Arrangements with more than two antennas are used and one exemplary embodiment shown the same room lock code with two transmitter and receiver antennas used. This system ensures the same diversity gain like an MRRC with four branches.
Gemäß der Grundlagen dieser Erfindung wird eine effektive Kommunikation durch eine Codierung von Symbolen erreicht, die nur Negationen und Konjugationen von Symbolen umfasst (was in der Tat eine bloße Negation des Imaginärteils ist) in Kombination mit einer sendererzeugten Diversität. Raumdiversität und entweder Frequenzdiversität oder Zeitdiversität werden verwendet.According to the basics This invention provides effective communication through coding of symbols that only have negations and conjugations of Symbols (which is in fact a mere negation of the imaginary part) in combination with a transmitter-generated diversity. Space diversity and either frequency diversity or time diversity are used.
Zu
einer gegebenen Zeit erfährt
ein Signal, das von einer Sendeantenne gesendet wird, Interferenzeffekte
von dem durchquerten Kanal, der aus der Sendekette, der Luftverbindung
und der Empfangskette besteht. Der Kanal kann durch einen komplexen
multiplikativen Verzerrungsfaktor modelliert werden, der aus einer
Größenantwort
und einer Phasenantwort zusammengesetzt ist. In der folgenden Darstellung
wird daher die Kanalübertragungsfunktion
von der Sendeantenne
Wie
oben erwähnt,
umfasst in der Zwei-Antennenausführungsform
der
Tabelle
1 erläutert
das Übertragungsmuster über die
beiden Antennen der Anordnung aus
Tabelle 1 Table 1
Das
empfangene Signal wird an den Kanalabschätzer
Der
Kombinierer
Setzt
man Gleichung (1) in Gleichung (5) ein, erhält man: wobei wodurch gezeigt ist, dass
die Signale der Gleichung (6) tatsächlich Abschätzungen
der übertragenen
Signale (innerhalb eines multiplikativen Faktors) sind. Entsprechend
werden die Signale der Gleichung (6) an den Maximum-Likelihood-Detektor
Bei dem Versuch si wiederzugewinnen werden zwei Arten von Signalen betrachtet: die Signale, die tatsächlich zur Zeit t und t+T empfangen werden, und die Signale, die hätten empfangen werden sollen, wenn si das Signal wäre, das gesendet wurde. Wie unten gezeigt, wird bezüglich des Wertes von sj keine Annahme gemacht. Das heißt, eine Entscheidung wird getroffen, dass si = sx für den Wert von x, für den wobei d2(x, y) der quadrierte euklidische Abstand zwischen den Signalen x und y ist, d.h.Attempting to recover s i considers two types of signals: the signals that are actually received at time t and t + T, and the signals that should have been received if s i were the signal that was sent. As shown below, no assumption is made as to the value of s j . That is, a decision is made that s i = s x for the value of x, for the where d 2 (x, y) is the squared Euclidean distance between the signals x and y, ie
Indem man erkennt, dass d. h. unabhängig von dem übertragenen Symbol ist, und dass d. h. unabhängig von dem übertragenen Symbol ist, kann Gleichung (7) umgeschrieben werden und es ergibt sich wobei oder gleichbedeutend,By realizing that ie independent of the symbol transmitted, and that ie independent of the symbol transmitted, equation (7) can be rewritten and the result is in which or equivalent,
Bei einer Phasenumtastungsmodulation (phase shift keying modulation) tragen alle Symbole dieselbe Energie, das bedeutet , und daher kann die Entscheidungsregel von Gleichung (9) vereinfacht werden zu wähle Signal ŝi = sx genau dann, wenn With phase shift keying modulation, all symbols carry the same energy, which means , and therefore the decision rule of equation (9) can be simplified to choose signal ŝ i = s x if and only if
Daher
entwickelt der Maximum-Likelihood-Detektor
In
der oben beschriebenen Ausführungsform
wird jeder Block von Symbolen als ein Block mit Hilfe der Kanalabschätzungen und wiedergewonnen.
Es können
jedoch auch andere Vorgehensweisen zur Rückgewinnung der übertragenen
Signale verwendet werden. Tatsächlich
existiert eine Ausführungsform
für die Rückgewinnung
von übertragenen
Symbolen, bei der die Kanalübertragungsfunktionen überhaupt
nicht bestimmt werden müssen,
vorausgesetzt, dass ein Anfangspaar von übertragenen Signalen dem Empfänger bekannt
ist (z.B., wenn das Anfangspaar von übertragenen Signalen vorgegeben
wird). Solch eine Ausführungsform
ist in
und entwickelt schließlich die Signale wobei N3 und N4 Rauschtherme sind. Es kann angemerkt werden, dass das Signal r2 tatsächlich r2 = h0ŝ2 + h1ŝ3 = h0s2 + h1s3 + n2 ist und in ähnlicher Weise für Signal r3. Da die Verarbeitung der Signale A und B sie auch gleichsetzt wobei N1 und N2 Rauschtherme sind, folgt, dass die Signale s2 und s3 gleich sind Wenn die Leistung aller Signale konstant (und auf 1 normalisiert) ist, reduziert sich die Gleichung (15) zuand finally develops the signals where N 3 and N 4 are noise sources. It can be noted that signal r 2 is actually r 2 = h 0 ŝ 2 + h 1 ŝ 3 = h 0 s 2 + h 1 s 3 + n 2 and similarly for signal r 3 . Since the processing of signals A and B also equates them where N 1 and N 2 are noise sources, it follows that the signals s 2 and s 3 are the same If the power of all signals is constant (and normalized to 1), equation (15) reduces
Folglich
sind die Signale und tatsächlich Abschätzungen
der Signale s2 und s3 innerhalb
eines multiplikativen Faktors). Die Linien
Die
Signale und werden
an den Maximum-Likelihood-Detektor
Die
Ausführungsformen
der
Tabelle 2 Table 2
Tabelle 3 Table 3
Basierend auf dem Obigen kann gezeigt werden, dass die empfangenen Signale sind wobei n0, n1, n2 und n3 komplexe Zufallsvariable sind, die thermisches Rauschen, Störungen und dergleichen am Empfänger repräsentieren.Based on the above, it can be shown that the received signals are where n 0 , n 1 , n 2 and n 3 are complex random variables that represent thermal noise, interference and the like at the receiver.
In
der Anordnung von
Wie oben gezeigt, beruhen die Prinzipien dieser Erfindung darauf, dass der Sender eine Diversität in den Signalen, die vom Empfänger empfangen werden, erzwingt, und dass die Diversität auf verschiedene Art und Weise erreicht werden kann. Die beispielhaften Ausführungsformen beruhen auf einer Raumdiversität – hervorgerufen durch eine Vielzahl von Sendeantennen, und einer Zeitdiversität – hervorgerufen durch die Verwendung von zwei Zeitintervallen für die Übertragung der codierten Symbole. Man sollte sich dessen bewusst sein, dass zwei unterschiedliche Sendefrequenzen anstelle der zwei Zeitintervalle verwendet werden könnten. Solch eine Ausführungsform würde die Übertragungsgeschwindigkeit verdoppeln, aber sie würde auch den Hardwareaufwand in dem Empfänger erhöhen, weil zwei unterschiedliche Frequenzen gleichzeitig empfangen und verarbeitet werden müssen.How As shown above, the principles of this invention are based on the fact that the broadcaster a diversity in the signals from the receiver are received, enforced, and that diversity is different Way can be achieved. The exemplary embodiments are based on spatial diversity - evoked through a variety of transmit antennas, and a time diversity by using two time intervals for the transmission of the encoded symbols. One should be aware that two are different Transmission frequencies are used instead of the two time intervals could. Such one embodiment would the transmission speed double but she would also increase the hardware expenditure in the receiver because two different ones Frequencies must be received and processed at the same time.
Die oben erläuterten Ausführungsformen sind offensichtlich nur beispielhafte Implementierungen der Prinzipien der Erfindung und verschiedene Abwandlungen und Erweiterungen können von einem Fachmann eingeführt werden, ohne von dem Grundgedanken und dem Umfang dieser Erfindung abzuweichen, welche durch die folgenden Patentansprüche definiert sind. Beispielsweise wurden alle gezeigten Ausführungsformen für die Wahl einer Raum-Zeitdiversität erläutert, aber wie oben erklärt, könnte man auch das Raum-Frequenzpaar wählen. Solch eine Wahl würde eine direkte Auswirkung auf die Konstruktion des Empfängers haben.The explained above embodiments are obviously only exemplary implementations of the principles of the invention and various modifications and extensions can introduced to a specialist without departing from the spirit and scope of this invention to deviate, which is defined by the following claims are. For example, all of the embodiments shown were for choice a space-time diversity explains but as explained above could one can also choose the room-frequency pair. Such a choice would be have a direct impact on the design of the receiver.
Claims (33)
Applications Claiming Priority (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US5901697P | 1997-09-16 | 1997-09-16 | |
US59016P | 1997-09-16 | ||
US5921997P | 1997-09-18 | 1997-09-18 | |
US59219P | 1997-09-18 | ||
US6378097P | 1997-10-31 | 1997-10-31 | |
US63780 | 1997-10-31 | ||
EP03010810A EP1372271A3 (en) | 1997-09-16 | 1998-08-31 | Transmitter diversity technique for wireless communications |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE29825109U1 true DE29825109U1 (en) | 2004-12-02 |
Family
ID=33514774
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
DE29825109U Expired - Lifetime DE29825109U1 (en) | 1997-09-16 | 1998-08-31 | Transmitter diversity technique |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE29825109U1 (en) |
-
1998
- 1998-08-31 DE DE29825109U patent/DE29825109U1/en not_active Expired - Lifetime
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |
Effective date: 20050105 |
|
R151 | Term of protection extended to 8 years |
Effective date: 20051012 |
|
R152 | Term of protection extended to 10 years |
Effective date: 20060908 |
|
R071 | Expiry of right |