DE60037583T2

DE60037583T2 - Kommunikationseinrichtung zum Senden und Empfangen von OFDM Signalen in einem Funkkommunikationssystem

Info

Publication number: DE60037583T2
Application number: DE60037583T
Authority: DE
Inventors: Seiichi Advanced Tec Hedelfinger Strasse 61 Izumi
Original assignee: Sony Deutschland GmbH
Current assignee: Sony Deutschland GmbH
Priority date: 2000-08-24
Filing date: 2000-08-24
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2020-08-25
Also published as: EP2031788B1; JP2002135228A; US7414959B2; US9455806B2; US20070064825A1; JP2008271602A; JP4986349B2; DE60043202D1; US8743675B2; US7633848B2; EP1821480B1; JP5100547B2; JP2012253796A; JP5847664B2; US7085223B2; US9596059B2; EP2755344A3; EP2755344B1; EP2256979A3; EP2256979A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kommunikationsvorrichtung zum Empfangen und Senden von OFDM-Signalen in einem drahtlosen Kommunikationssystem.
Bei drahtlosen OFDM-Kommunikationssystemen kommuniziert eine Kommunikationsvorrichtung, wie z. B. eine Basisstation, über eine drahtlose Kommunikationsverbindung unter Verwendung von OFDM-Signalen mit einer anderen Kommunikationsvorrichtung, wie z. B. einem mobilen Endgerät. OFDM (= orthogonal frequency division multiplex = orthogonaler Frequenzvielfachzugriff) ist ein Mehrträger-Modulationsverfahren, bei dem zu sendende Informationen (z. B. durch eine Phasenumtastung) auf eine Mehrzahl von orthogonalen Hilfsträger- bzw. Zwischenträgersignalen unterschiedlicher Frequenzen, die anschließend in ein OFDM-Signal kombiniert werden, abgebildet werden. Jede Zwischenträgerfrequenz definiert einen Übertragungskanal, in dem über die Kommunikationsverbindung Informationen gesendet werden können. Für mehr Hintergrundinformationen über OFDM wird beispielsweise auf K. David, T. Benkner: „Digitale Mobilfunksysteme", B. G. Teubner Stuttgart, 1996, S. 174–176 verwiesen.
Die Kommunikationsverbindung verursacht unerwünschte Pegelschwankungen und eine Verzerrung des gesendeten OFDM-Signals, z. B. aufgrund eines schnellen Schwunds (engl.: fading) oder einer Laufzeitstreuung. Diversity-Verfahren können die ungünstigen Wirkungen eines Schwunds milder. Ein Verwenden einer Mehrzahl von Antennenelementen, die in einem bestimmten Mindestabstand beabstandet sind, erlaubt es, durch geeignetes Kombinieren von Empfangssignalen, die durch die verschiedenen Antennenelemente empfangen werden, die Basisbandinformationen, die von einer anderen Kommunikationsvorrichtung gesendet werden, zuverlässig wiederherzustellen, selbst wenn auf einem oder mehreren der Übertragungswege über die Kommunikationsverbindung ein Schwund auftritt (Empfänger-Diversity). Ein Senden ein und desselben Sendesignals, das von mehreren Antennenelementen gegenseitig verzögert wird, erlaubt es, ein strahlengeschärftes Antennenmuster zu erzeugen und die empfangene Signalleistung auf der Empfängerseite zu erhöhen (Sender-Diversity). Für mehr Hintergrundinformationen über Empfänger- und Sender-Diversity siehe beispielsweise EP 0 881 782 A2 .
Bei einem Empfangen von OFDM-Signalen durch Array-Antennen oder andere Diversity-Antennen kann bei einem (oder mehreren) der Antennenelemente der Diversity-Antenne ein starker Amplitudenschwund bei dem gesamten OFDM-Signal auftreten. Man hat jedoch herausgefunden, dass ein Amplitudenschwund häufig nicht bei allen Zwischenträgersignalen eines OFDM-Signals in dem gleichen Ausmaß auftritt. In einigen Fällen kann beobachtet werden, dass lediglich spezielle Zwischenträgersignale einem Amplitudenschwund unterworfen sind, während andere Zwischenträgersignale und möglicherweise sogar das OFDM-Signal insgesamt keinen schwerwiegenden Amplitudenschwund zeigen.
Dies ist aus 1 ersichtlich, die ein Beispiel für die Frequenzselektivität eines schnellen Schwunds schematisch zeigt. In 1 zeigt die horizontale Abszisse die Zwischenträgerzahl n an, und die vertikale Ordinate zeigt die Signalamplitude A der ausgerichteten Präambel-OFDM-Zwischenträger an, wobei acht Antennenelemente positioniert sind, um einen Kreis zu bilden. Es sei bemerkt, dass die Senke in der Mitte nicht auf einen Schwund zurückzuführen ist, sondern auf die Tatsache, dass bei dem Bran-Hiperlan2-Lösungsansatz, der die Basis für die Simulation ist, der mittlere Zwischenträger nicht verwendet wird. Durch Sicherstellen, dass es in dem Basisbandsignal keine Gleichstromkomponente gibt, wird die Demodulationskomplexität reduziert. 1 zeigt jedoch deutlich einen frequenzselektiven Schwund, der abhängig von der Anwendungsumgebung erscheinen könnte.
Nach einem Entdecken dieser Wirkungen ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Energieverbrauch auf der Senderseite zu reduzieren, indem man aus der vorhergehenden Einsicht einen Vorteil zieht. Die Aufgabe besteht ferner darin, die Signalenergie bei der empfangenden Antenne auf der gleichen Basis zu optimieren.
Gemäß einem ersten Aspekt schafft die Erfindung eine Kommunikationsvorrichtung zum Empfangen und Senden von OFDM-Signalen in einem drahtlosen Kommunikationssystem, bei dem jedes OFDM-Signal aus einer Mehrzahl von Zwischenträgersignalen, von denen jedes einem jeweiligen Übertragungskanal des Kommunikationssystems zugewiesen ist, zusammengesetzt ist, wobei die Kommunikationsvorrichtung folgende Merkmale aufweist:

– eine Diversity-Antenneneinrichtung, die eine Mehrzahl von Antennenelementen umfasst,
– eine Prüfeinrichtung, die angepasst ist, um einzeln für jedes Antennenelement mindestens ein Zwischenträgersignal eines OFDM-Empfangssignals, das durch ein jeweiliges der Antennenelemente empfangen wird, zu prüfen und aus dem Resultat einer solchen Zwischenträgersignalprüfung Dämpfungsinformationen über Dämpfungseigenschaften mindestens einiger der Zwischenträgersignale, die dem jeweiligen Antennenelement zugeordnet sind, zu gewinnen, und
– eine Amplitudeneinstelleinrichtung, die angepasst ist, um einzeln für jedes Antennenelement die Amplitude mindestens eines Zwischenträgersignals eines OFDM-Sendesignals, das von einem jeweiligen der Antennenelemente zu senden ist, wobei für das mindestens eine Zwischenträgersignal die Dämpfungsinformationen gewonnen wurden, gemäß den Dämpfungsinformationen einzustellen, um dem Zwischenträgersignal des OFDM-Sendesignals eine höhere Amplitude zu verleihen, wenn die Dämpfungsinformationen eine niedrigere Dämpfung anzeigen, und um dem Zwischenträgersignal des OFDM-Sendesignals eine niedrigere Amplitude zu verleihen, wenn die Dämpfungsinformationen eine höhere Dämpfung anzeigen.

Die erfinderische Lösung zieht einen Nutzen aus der vorhergehenden Beobachtung (d. h. einer Zwischenträgerabhängigkeit eines Amplitudenschwunds) und reduziert die Amplitude derjenigen Zwischenträgersignale des OFDM-Sendesignals bei einem speziellen Antennenelement, von denen erwartet wird, dass sie einem Amplitudenschwund unterworfen sind. Da es höchst unwahrscheinlich ist, dass ein Übertragungskanal bei allen Antennenelementen gleichzeitig stark beeinflusst ist, wird eine Amplitudenreduzierung eines speziellen Zwischenträgersignals, das von einem der Antennenelemente gesendet wird, lediglich – wenn überhaupt – eine vernachlässigbare Wirkung auf die Fähigkeit haben, die Informationen, die in diesem speziellen Zwischenträgersignal versteckt sind, auf der Empfängerseite zuverlässig wiederherzustellen, da das gleiche Zwischenträgersignal von anderen Antennenelementen immer noch mit einer normalen oder nur leicht reduzierten Amplitude gesendet werden wird. Dadurch, dass denjenigen Zwischenträgersignalen, die aufgrund eines Schwunds die empfangende Kommunikationsvorrichtung nicht mit einem angemessenen Amplitudenpegel erreichen werden, eine geringfügige Rolle eingeräumt wird, kann eine Verschwendung von nutzloser Energie vermieden werden und eine Signalstörung, die durch eine solche nutzlose Energie bei anderen empfangenden Kommmunikationsvorrichtungen verursacht wird, reduziert werden. Eine Bewertung dahingehend, welche der Zwischenträgersignale des OFDM-Sendesignals wahrscheinlich einem Amplitudenschwund unterworfen sind und deren Amplitude daher reduziert werden sollte, erfolgt durch Prüfen eines OFDM-Empfangssignals, das von der Kommunikationsvorrichtung gesendet wird, die der Adressat des OFDM-Sendesignals sein soll. Diese Signalprüfung erfolgt einzeln für jedes Antennenelement.
Es ist denkbar, dass die Amplitudeneinstelleinrichtung angepasst ist, um das Zwischenträgersignal des OFDM-Sendesignals, das von dem jeweiligen Antennenelement zu senden ist, zu unterdrücken, wenn die Dämpfungsinformationen anzeigen, dass die Dämpfung des entsprechenden Zwischenträgersignals eine vorbestimmte Schwelle überschreitet.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Kommunikationsvorrichtung eine Speichereinrichtung zum Speichern von Daten auf, die ein vorbestimmtes Bezugssignal darstellen, und die Prüfeinrichtung ist angepasst, um einen vorbestimmten Teil des Zwischenträgersignals des OFDM-Empfangssignals mit dem Bezugssignal zu vergleichen und um aus dem Resultat eines solchen Vergleichs die Dämpfungsinformationen zu gewinnen. Insbesondere kann das Bezugssignal ein Bezugspräambelsymbol aufweisen, und die Prüfeinrichtung kann angepasst sein, um einen Präambelteil des Zwischenträgersignals des OFDM-Empfangssignals mit dem Bezugspräambelsymbol zu vergleichen.
Die Prüfeinrichtung kann ferner angepasst sein, um aus der Zwischenträgersignalprüfung Phasenverschiebungsinformationen über Phasenverschiebungseigenschaften mindestens einiger der Zwischenträgersignale, die dem jeweiligen Antennenelement zugeordnet sind, zu gewinnen. Dann kann eine Phaseneinstelleinrichtung vorgesehen sein, die angepasst ist, um einzeln für jedes Antennenelement mindestens ein Zwischenträgersignal des OFDM-Sendesignals gemäß den Phasenverschiebungsinformationen phasenmäßig einzustellen.
Gemäß einem zweiten Aspekt schafft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Kommunikationsvorrichtung zum Empfangen und Senden von OFDM-Signalen in einem drahtlosen Kommunikationssystem, bei dem jedes OFDM-Signal aus einer Mehrzahl von Zwischenträgersignalen, von denen jedes einem jeweiligen Übertragungskanal des Kommunikationssystems zugewiesen ist, zusammengesetzt ist, wobei die Kommunikationsvorrichtung eine Diversity-Antenneneinrichtung, die eine Mehrzahl von Antennenelementen umfasst, aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

– Prüfen mindestens eines Zwischenträgersignals eines OFDM-Empfangssignals, das durch ein jeweiliges der Antennenelemente empfangen wird, einzeln für jedes Antennenelement, und Gewinnen von Dämpfungsinformationen über Dämpfungseigenschaften mindestens einiger der Zwischenträgersignale, die dem jeweiligen Antennenelement zugeordnet sind, aus dem Resultat einer solchen Zwischenträgersignalprüfung, und
– Einstellen der Amplitude mindestens eines Zwischenträgersignals eines OFDM-Sendesignals, das von einem jeweiligen der Antennenelemente zu senden ist, wobei für das mindestens eine Zwischenträgersignal die Dämpfungsinformationen gewonnen wurden, gemäß den Dämpfungsinformationen, um dem Zwischenträgersignal des OFDM-Sendesignals eine höhere Amplitude zu verleihen, wenn die Dämpfungsinformationen eine niedrigere Dämpfung anzeigen, und um dem Zwischenträgersignal des OFDM-Sendesignals eine niedrigere Amplitude zu verleihen, wenn die Dämpfungsinformationen eine höhere Dämpfung anzeigen.

Das vorhergehende Verfahren kann den Schritt eines Unterdrückens des Zwischenträgersignals des OFDM-Sendesignals, das von dem jeweiligen Antennenelement zu senden ist, wenn die Dämpfungsinformationen anzeigen, dass die Dämpfung des entsprechenden Zwischenträgersignals eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, aufweisen.
Falls die Kommunikationsvorrichtung eine Speichereinrichtung zum Speichern von Daten, die ein vorbestimmtes Bezugssignal darstellen, aufweist, kann das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung den Schritt eines Vergleichens eines vorbestimmten Teils des Zwischenträgersignals des OFDM-Empfangssignals mit dem Bezugssignal und eines Gewinnen der Dämpfungsinformationen aus dem Resultat eines solchen Vergleichs aufweisen. Insbesondere kann das Bezugssignal ein Bezugspräambelsymbol aufweisen; dann kann ein Präambelteil des Zwischenträgersignals des OFDM-Empfangssignals mit dem Bezugspräambelsymbol verglichen werden.
Zusätzlich kann der Schritt eines Gewinnen von Phasenverschiebungsinformationen über Phasenverschiebungseigenschaften mindestens einiger der Zwischenträgersignale, die dem jeweiligen Antennenelement zugeordnet sind, aus der Zwischenträgersignalprüfung und eines phasenmäßigen Einstellen mindestens eines Zwischenträgersignals des OFDM-Sendesignals gemäß den Phasenverschiebungsinformationen vorgesehen sein.
Gemäß einem noch anderen Aspekt schafft die Erfindung ein Computerprogramm, das, wenn dasselbe durch einen Prozessor einer Kommunikationsvorrichtung ausgeführt wird, das im Vorhergehenden beschriebene Verfahren durchführt.
Die vorliegende Erfindung ist in der folgenden Beschreibung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter erklärt, in denen:
1 eine schematische grafische Darstellung ist, die die Größe der ausgerichteten Präambel-OFDM-Zwischenträger als eine Funktion der Zwischenträgerzahl zeigt,
2 ein schematisches Blockdiagramm einer Kommunikationsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist,
3 schematisch zeigt, wie eine Frequenzdomänen-Kanalschätzung innerhalb der Kommunikationsvorrichtung von 2 durchgeführt wird, und
4a bis 4c die Erzeugung eines komplexen Gewichtungskoeffizienten schematisch zeigen.
Die Kommunikationsvorrichtung, die in 2 dargestellt ist, kann beispielsweise eine Basisstation oder ein mobiles Endgerät eines drahtlosen TDMA-TDD-Kommunikationssystems sein, das ein Zeitvielfachzugriff-(engl.: time division multiplex access; TDMA) und ein Zeitduplex-(engl.: time division duplex; TDD) Verfahren für eine OFDM-Signalkommunikation zwischen den verschiedenen Kommunikationsvorrichtungen des Kommunikationssystems verwendet. Die Kommunikationsvorrichtung weist alle Komponenten auf, die zum Verarbeiten von empfangenen OFDM-Signalen und Erzeugen von zu sendenden OFDM-Signalen notwendig sind. Die Kommunikationsvorrichtung weist insbesondere eine Diversity-Antenne, z. B. eine Array-Antenne, auf, die allgemein durch 10 bezeichnet ist. Die Diversity-Antenne 10 weist eine Mehrzahl von gegenseitig beabstandeten Antennenelementen 12 in sich auf, von denen lediglich zwei gezeigt sind. Ein OFDM-Signal, das von einem fernen mobilen Endgerät (nicht gezeigt) oder einem anderen Typ einer Kommunikationsvorrichtung gesendet wird, wird durch jedes Antennenelement 12 empfangen. Im Allgemeinen wird es eine Phasendifferenz zwischen den ankommenden OFDM-Signalen bei den unterschiedlichen Antennenelementen 12 geben. Die empfangenen OFDM-Signale werden durch die Kommunikationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einzeln verarbeitet. Die empfangenen OFDM-Signale gehen insbesondere durch eine Abwärtsumwandlungs- und Analog-zu-Digital-Umwandlungseinrichtung 14, eine Einrichtung 16 für eine schnelle Fourier-Transformation (engl.: fast Fourier transforming; FFT), eine Demodulationseinrichtung 18 und anschließende Verarbeitungseinrichtungen (nicht detailliert gezeigt), wie ein Entschachtler, ein Kanal-Decodierer und ein Sprach-Codec, die es erlauben, die Basisbandinformationen, die von der entfernten Station oder dem entfernten Endgerät gesendet werden, wiederherzustellen. An einem Punkt in der Signalverarbeitungskette ist eine Kombiniereinrichtung zum Kombinieren der unterschiedlichen empfangenen OFDM-Signale gemäß einem geeignet ausgewählten Kombinierverfahren, das als solches in der Technik gut bekannt ist, vorgesehen.
Falls die Kommunikationsvorrichtung ein OFDM-Sendesignal zu der entfernten Station oder dem entfernten Endgerät senden möchte, wird dieses OFDM-Sendesignal durch eine Sendesignal-Erzeugungseinrichtung 20 (die solche Funktionen wie ein Kanalcodieren, ein Verschachteln und eine Modulation umfasst) erzeugt und wird anschließend einer Einrichtung 22 für eine inverse schnelle Fourier-Transformation (engl.: inverse fast Fourier transforming; IFFT) und einer Aufwärtsumwandlungs- und Digital-zu-Analog-Umwandlungseinrichtung 24 zugeführt. Das OFDM-Sendesignal wird dann von jedem Antennenelement 12 mit einer Phasendifferenz von einem Antennenelement 12 zu dem nächsten gesendet. Die Phasendifferenz bei einer Sendung wird basierend auf der Phasenbeziehung zwischen den ankommenden Signalen bei den unterschiedlichen Antennenelementen 12 bei einem Signalempfang bestimmt, um eine Signalleistung bei der entfernten Station oder dem entfernten Endgerät zu steigern und eine Signalleistung an anderen Orten zu reduzieren.
Ein OFDM-Signal ist aus einer Mehrzahl von überlagerten Zwischenträgersignalen mit unterschiedlichen Zwischenträgerfrequenzen zusammengesetzt. Eine Kanalschätzungseinrichtung 26 innerhalb der Kommunikationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt einen Dämpfungswert für jedes Zwischenträgersignal (besser: für jeden Übertragungskanal, der einer jeweiligen Zwischenträgerfrequenz zugeordnet ist) des empfangenen OFDM-Signals einzeln für jedes Antennenelement 12. Der Dämpfungswert gibt ein Maß für die Dämpfung, der das jeweilige Zwischenträgersignal während dessen Sendung von der entfernten Station oder dem entfernten Endgerät zu dem jeweiligen Antennenelement 12 der Kommunikationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung unterworfen wurde. Eine solche Dämpfung kann z. B. durch einen schnellen Schwund und einen langsamen Schwund verursacht werden. Um die Dämpfungswerte zu bestimmen, vergleicht die Kanalschätzungseinrichtung 26 einen Präambelteil von mindestens einem der Zwischenträgersignale mit einem bekannten Bezugspräambelsymbol, das in einem Speicher 28 vorgespeichert ist. Die Kanalschätzungseinrichtung 26 vergleicht insbesondere die Größen des Präambelteils des Zwischenträgersignals und die Fouriertransformierte Version des Bezugspräambelsymbols und berechnet ein Größenverhältnis (siehe 3). Wenn notwendig, führt die Kanalschätzungseinrichtung 26 vor einem Ausführen des Größenvergleichs eine Phasenausrichtung des Präambelteils des Zwischenträgersignals hinsichtlich des Bezugspräambelsymbols durch.
Die Kanalschätzungseinrichtung 26 berechnet vorzugsweise das Größenverhältnis lediglich für eine begrenzte Zahl von Zwischenträgersignalen aus der Gesamtzahl von Zwischenträgersignalen, die das OFDM-Empfangssignal bei einem jeweiligen der Antennenelemente 12 bilden. Die Kanalschätzungseinrichtung 26 bestimmt dann die Dämpfungswerte für die restlichen Zwischenträgersignale aus den berechneten Größenverhältnissen durch eine Schätzung, z. B. durch eine Interpolation oder ein Filtern. Auf diese Weise können Dämpfungswerte für jeden Übertragungskanal, der einem jeweiligen der Antennenelemente 12 zugeordnet ist, erhalten werden. Es versteht sich jedoch von selbst, dass die Kanalschätzungseinrichtung 26 angepasst sein kann, um das Größenverhältnis für alle Zwischenträgersignale zu berechnen.
Die Kanalschätzungseinrichtung 26 führt die so bestimmten Dämpfungswerte einer Signaleinstelleinrichtung 30 zu, die für jeden Dämpfungswert einen entsprechenden Amplitudeneinstellfaktor bestimmt. Somit wird ein Amplitudeneinstellfaktor in Bezug auf jeden Übertragungskanal, der einem jeweiligen Antennenelement 12 zugeordnet ist, bestimmt. Jeder Amplitudeneinstellfaktor wird an einem Multiplikationspunkt 30 auf das jeweilige Zwischenträgersignal des OFDM-Sendesignals, das von dem jeweiligen Antennenelement 12 zu senden ist, angewandt. Auf diese Weise werden die Amplituden der Zwischenträgersignale des OFDM-Sendesignals gemäß den Dämpfungsbedingungen des entsprechenden Übertragungskanals einzeln eingestellt. Die Amplitudeneinstellung ist insbesondere derart, dass ein niedrigerer Dämpfungswert in einem höheren entsprechenden Amplitudeneinstellfaktor und somit in einer höheren Amplitude des entsprechenden Zwischenträgersignals bei dem jeweiligen Antennenelement 12 resultiert und umgekehrt. Es kann eine lineare Beziehung zwischen dem Größenverhältnis, das in Bezug auf einen speziellen Übertragungskanal bestimmt wird, und dem entsprechenden Amplitudeneinstellfaktor gewählt werden. Alternativ kann für diese Beziehung eine nicht-lineare Beziehung gewählt werden. Die Beziehung kann beispielsweise derart gewählt werden, dass, wenn das Größenverhältnis unter einer vorbestimmten Schwelle liegt, das entsprechende Zwischenträgersignal bei dem jeweiligen Antennenelement 12 unterdrückt wird. Und wenn das Größenverhältnis über der Schwelle liegt, wird dem entsprechenden Zwischenträgersignal eine vorbestimmte konstante Amplitude gegeben. Im Allgemeinen wird die Wahl einer geeigneten Beziehung zwischen dem Größenverhältnis (d. h. dem Dämpfungswert) und dem Amplitudeneinstellfaktor für Fachleute ohne weiteres verfügbar sein.
Die vorhergehende Amplitudeneinstellung, die, wenn notwendig, für jedes Antennenelement 12 an jedem Zwischenträgersignal, das von dem jeweiligen Antennenelement 12 zu senden ist, einzeln durchgeführt wird, erlaubt es, eine Sendung einer nutzlosen Energie auf denjenigen Übertragungskanälen, die sich als durch einen Amplitudenschwund stark beeinflusst erwiesen haben, zu vermeiden, wodurch ein Leistungsverbrauch der Kommunikationsvorrichtung selbst und eine Anfälligkeit für eine Störung bei anderen empfangenden Kommunikationsvorrichtungen aufgrund einer Sendung einer sinnlosen Energie reduziert werden.
Die Kanalschätzungseinrichtung 26 kann ferner für jeden Übertragungskanal von jedem Antennenelement 12 einzeln einen Phasendifferenzwert bestimmen, der die Phasenverschiebung darstellt, der das entsprechende empfangene Zwischenträgersignal während dessen Sendung von der entfernten Station oder dem entfernten Endgerät zu dem jeweiligen Antennenelement 12 der Kommunikationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung unterworfen wurde. Zu diesem Zweck kann die Kanalschätzungseinrichtung 26 die relative Phasendifferenz zwischen dem Präambelteil des jeweiligen Zwischenträgersignals und dem im Vorhergehenden erwähnten vorgespeicherten Bezugspräambelsymbol bestimmen. Wiederum kann die Kanalschätzungseinrichtung 26 die relative Phasendifferenz für jedes Zwischenträgersignal einzeln oder lediglich für eine ausgewählte Gruppe von Zwischenträgersignalen, gefolgt von einem Schätzungsverfahren für die restlichen Zwischenträgersignale, berechnen. Aus den durch die Kanalschätzungseinrichtung 26 so bestimmten Phasendifferenzwerten bestimmt dann die Signaleinstelleinrichtung 30 geeignete Phaseneinstellfaktoren, die auf die Zwischenträgersignale des OFDM-Sendesignals anzuwenden sind, um die relativen Phasenverschiebungen auszugleichen, die bei den Zwischenträgersignalen, die von den unterschiedlichen Antennenelementen 12 gesendet werden, auf ihrem Weg zu der entfernten Station oder dem entfernten Endgerät auftreten.
Der Amplitudeneinstellfaktor und der Phaseneinstellfaktor für ein spezielles Zwischenträgersignal, das einem speziellen Antennenelement 12 zugeordnet ist, kann durch einen komplexen Gewichtungskoeffizienten, der auf das jeweilige Sende-Zwischenträgersignal angewandt wird, dargestellt werden. 4a bis 4c zeigen drei Möglichkeiten zum Erzeugen des Gewichtungskoeffizienten. Bei allen drei Fällen ist die Phase des Gewichtungskoeffizienten gleich der Phase, die durch die Kanalschätzungseinrichtung 26 für das entsprechende empfangene Zwischenträgersignal bestimmt wird, hat jedoch ein entgegengesetztes Vorzeichen. Die Größe des Gewichtungskoeffizienten kann gleich (4a) oder proportional (4b) der Zwischenträgergröße sein, die durch die Kanalschätzungseinrichtung 26 bestimmt wird. Alternativ kann die Größe des Gewichtungskoeffizienten das Resultat einer nicht-linearen Funktion, wie einer Schwellen- oder einer quadratischen Funktion, sein, die die Zwischenträgergröße durch die Kanalschätzungseinrichtung 26 als ihr Eingangssignal bestimmen lässt (4c).
Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen unnötigen Energieverbrauch bei dem Sender zu reduzieren. Ferner, wie im Folgenden auf der Basis einer mathematischen Darstellung gezeigt wird, kann die Energie bei der empfangenden Antenne maximiert werden, wenn man das Konzept der vorliegenden Erfindung anwendet.
Um die Gesamt-OFDM-Signalenergie bei dem Empfänger zu maximieren, sollten das Amplitudenverhältnis und die Phase bei jeder Senderantenne optimiert werden. Wir betrachten nun den j-ten Zwischenträger. Von M unterschiedlichen Senderantennen kommen M OFDM-Signale. Diese sind bereits durch den Wert w_jk gewichtet. Das kombinierte Signal kann folgendermaßen geschrieben werden:
"*" ist hier eine Konjugierte. a_jk ist ein komplexer Kanalausdruck eines j-ten Zwischenträgers eines OFDM-Signals, das von einer k-ten Antenne kommt. In einem Vektorausdruck kann ein kombiniertes OFDM-Signal als ajw'j geschrieben werden, wobei a_j = [a_j0, a_j1, ..., a_jM] ein Kanalvektor ist und w_j = [w_j0, w_j1, ..., w_jM] ein Gewichtungsvektor für einen j-ten Zwischenträger ist. „'" ist hier eine hermitesche Transponierte (konjugierte Transponierte).
Die Leistung des kombinierten Signals beträgt (ajw'j)2 = (ajw'j)'(ajw'j) = (wja'j)(ajw'j) = wjAjw'j
Die Matrix A ist eine hermitesche Matrix, definiert als
Um einen kombinierten j-ten Zwischenträger eines OFDM-Signals zu maximieren, wird gesagt, dass ein Gewichtungsvektor w_j proportional zu dem Eigenvektor des maximalen Eigenwerts der Matrix A_j gewählt werden sollte.
Andererseits kann eine hermitesche Matrix H als
ausgedrückt werden, wobei λ der Eigenwert ist und v der Eigenvektor ist. Wenn man den Ausdruck der Matrix A_j mit diesem Ausdruck einer hermiteschen Matrix H vergleicht, ist ersichtlich, dass die Matrix A_j lediglich einen Eigenwert hat, der nicht null ist, natürlich den maximalen Eigenwert, und dass deren Eigenvektor a_j ist. Der Eigenwert der Matrix A_j ist das innere Produkt von a_ja'_j, und der Eigenvektor wird gewöhnlich als a_j/(a_ja'_j)^1/2 normalisiert.
Um den kombinierten j-ten Zwischenträger des OFDM-Signals zu maximieren, sollte der Gewichtungsvektor w_j wiederum proportional zu dem Vektor a_j sein.
Für andere Zwischenträger soll ein Satz eines komplexen Kanalausdrucks jedes Kanals (jeder Antenne), der Kanalvektor, der Gewichtungsvektor sein. Der komplexe Kanalausdruck jeder Antenne und jedes Zwischenträgen ist bei einem Kanalschätzungsverfahren bekannt.
(Eine Normalisierung des Gewichtungsvektors ist nicht notwendig, da das Verhältnis zwischen Antennen und Zwischenträgern wichtig ist.)

Claims

Kommunikationsvorrichtung zum Empfangen und Senden von Signalen des orthogonalen Frequenzvielfachzugriffs – auf die im Folgenden als OFDM-Signale Bezug genommen ist – in einem drahtlosen Kommunikationssystem, bei dem jedes OFDM-Signal aus einer Mehrzahl von Zwischenträgersignalen, von denen jedes einem jeweiligen Übertragungskanal des Kommunikationssystems zugewiesen ist, zusammengesetzt ist, wobei die Kommunikationsvorrichtung aufweist: eine Diversity-Antenneneinrichtung (10), die eine Mehrzahl von Antennenelementen (12) umfasst, eine Prüfeinrichtung (26), die angepasst ist, um einzeln für jedes Antennenelement (12) mindestens ein Zwischenträgersignal eines OFDM-Empfangssignals, das durch ein jeweiliges der Antennenelemente (12) empfangen wird, zu prüfen und aus dem Resultat einer solchen Zwischenträgersignalprüfung Dämpfungsinformationen über Dämpfungseigenschaften mindestens einiger der Zwischenträgersignale, die dem jeweiligen Antennenelement (12) zugeordnet sind, zu gewinnen, und eine Amplitudeneinstelleinrichtung (30), die angepasst ist, um einzeln für jedes Antennenelement (12) die Amplitude mindestens eines Zwischenträgersignals eines OFDM-Sendesignals, das von einem jeweiligen der Antennenelemente (12) zu senden ist, wobei für das mindestens eine Zwischenträgersignal die Dämpfungsinformationen gewonnen wurden, gemäß den Dämpfungsinformationen einzustellen, um dem Zwischenträgersignal des OFDM-Sendesignals eine höhere Amplitude zu verleihen, wenn die Dämpfungsinformationen eine niedrigere Dämpfung anzeigen, und um dem Zwischenträgersignal des OFDM-Sendesignals eine niedrigere Amplitude zu verleihen, wenn die Dämpfungsinformationen eine höhere Dämpfung anzeigen.
Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitudeneinstelleinrichtung (30) angepasst ist, um das Zwischenträgersignal des OFDM-Sendesignals, das von dem jeweiligen Antennenelement (12) zu senden ist, zu unterdrücken, wenn die Dämpfungsinformationen anzeigen, dass die Dämpfung des entsprechenden Zwischenträgersignals eine vorbestimmte Schwelle überschreitet.
Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Speichereinrichtung (28) zum Speichern von Daten, die ein vorbestimmtes Bezugssignal darstellen, wobei die Prüfeinrichtung (26) angepasst ist, um einen vorbestimmten Teil des Zwischenträgersignals des OFDM-Empfangssignals mit dem Bezugssignal zu vergleichen und um aus dem Resultat eines solchen Vergleichs die Dämpfungsinformationen zu gewinnen.
Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass das Bezugssignal ein Bezugspräambelsymbol aufweist, wobei die Prüfeinrichtung (26) angepasst ist, um einen Präambelteil des Zwischenträgersignals des OFDM-Empfangssignals mit dem Bezugspräambelsymbol zu vergleichen.
Kommunikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfeinrichtung (26) ferner angepasst ist, um aus der Zwischenträgersignalprüfung Phasenverschiebungsinformationen über Phasenverschiebungseigenschaften mindestens einiger der Zwischenträgersignale, die dem jeweiligen Antennenelement (12) zugeordnet sind, zu gewinnen, wobei eine Phaseneinstelleinrichtung (30) vorgesehen ist, die angepasst ist, um einzeln für jedes Antennenelement (12) mindestens ein Zwischenträgersignal des OFDM-Sendesignals gemäß den Phasenverschiebungsinformationen phasenmäßig einzustellen.
Verfahren zum Betreiben einer Kommunikationsvorrichtung zum Empfangen und Senden von Signalen des orthogonalen Frequenzvielfachzugriffs – auf die im Folgenden als OFDM-Signale Bezug genommen ist – in einem drahtlosen Kommunikationssystem, bei dem jedes OFDM-Signal aus einer Mehrzahl von Zwischenträgersignalen, von denen jedes einem jeweiligen Übertragungskanal des Kommunikationssystems zugewiesen ist, zusammengesetzt ist, wobei die Kommunikationsvorrichtung eine Diversity-Antenneneinrichtung (10), die eine Mehrzahl von Antennenelementen (12) umfasst, aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Prüfen mindestens eines Zwischenträgersignals eines OFDM-Empfangssignals, das durch ein jeweiliges der Antennenelemente (12) empfangen wird, einzeln für jedes Antennenelement (12), und Gewinnen von Dämpfungsinformationen über Dämpfungseigenschaften mindestens einiger der Zwischenträgersignale, die dem jeweiligen Antennenelement (12) zugeordnet sind, aus dem Resultat einer solchen Zwischenträgersignalprüfung, und Einstellen der Amplitude mindestens eines Zwischenträgersignals eines OFDM-Sendesignals, das von einem jeweiligen der Antennenelemente (12) zu senden ist, wobei für das mindestens eine Zwischenträgersignal die Dämpfungsinformationen gewonnen wurden, gemäß den Dämpfungsinformationen, um dem Zwischenträgersignal des OFDM-Sendesignals eine höhere Amplitude zu verleihen, wenn die Dämpfungsinformationen eine niedrigere Dämpfung anzeigen, und um dem Zwischenträgersignal des OFDM-Sendesignals eine niedrigere Amplitude zu verleihen, wenn die Dämpfungsinformationen eine höhere Dämpfung anzeigen.
Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch den Schritt eines Unterdrückens des Zwischenträgersignals des OFDM-Sendesignals, das von dem jeweiligen Antennenelement (12) zu senden ist, wenn die Dämpfungsinformationen anzeigen, dass die Dämpfung des entsprechenden Zwischenträgersignals eine vorbestimmte Schwelle überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Kommunikationsvorrichtung eine Speichereinrichtung (28) zum Speichern von Daten, die ein vorbestimmtes Bezugssignal darstellen, aufweist, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch den Schritt eines Vergleichens eines vorbestimmten Teils des Zwischenträgersignals des OFDM-Empfangssignals mit dem Bezugssignal und eines Gewinnens der Dämpfungsinformationen aus dem Resultat eines solchen Vergleichs.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Bezugssignal ein Bezugspräambelsymbol aufweist, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch den Schritt eines Vergleichens eines Präambelteils des Zwischenträgersignals des OFDM-Empfangssignals mit dem Bezugspräambelsymbol.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch den Schritt eines Gewinnens von Phasenverschiebungsinformationen über Phasenverschiebungseigenschaften mindestens einiger der Zwischenträgersignale, die dem jeweiligen Antennenelement (12) zugeordnet sind, aus der Zwischenträgersignalprüfung und eines phasenmäßigen Einstellens mindestens eines Zwischenträgersignals des OFDM-Sendesignals gemäß den Phasenverschiebungsinformationen.
Computerprogramm, das, wenn dasselbe durch einen Prozessor einer Kommunikationsvorrichtung ausgeführt wird, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10 durchführt.