DE602004011999T2

DE602004011999T2 - Mehrbenutzer-übertragungssystem

Info

Publication number: DE602004011999T2
Application number: DE602004011999T
Authority: DE
Inventors: Gerhard Bauch; Pedro TU München TEJERA
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2004-11-05
Filing date: 2004-11-05
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2024-11-06
Also published as: EP1807991A1; JP2008519510A; WO2006048037A1; EP1807991B1; DE602004011999D1; JP4536780B2

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Telekommunikation und insbesondere auf dem Gebiet von Systemen mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen (MIMO-Systeme, MIMO = multiple input multiple Output).
Bei einem Punkt-Zu-Mehrpunkt-Kommunikationssystem, beispielsweise der Abwärtsstrecke eines Mobilkommunikationssystems, weist der Sender die wichtige Aufgabe auf, den Empfängern in seiner Reichweite Ressourcen wie z. B. Zeit-, Frequenz- und Raumkomponenten zuzuweisen. Falls der Sender keinerlei Kanalkenntnis aufweist, werden jedem Benutzer unterschiedliche Zeit- oder Frequenzschlitze zugewiesen, um eine Mehrbenutzer-Interferenz zu vermeiden. Kennt jedoch der Sender den Kanal jedes Benutzers, können mehrere Benutzer zur gleichen Zeit und über dieselbe Frequenz bedient werden, wobei sie räumlich multiplexiert werden.
In diesem Zusammenhang werden lediglich beispielhaft eine Anzahl von Benutzern K betrachtet, von denen jeder Informationen von dem Kanal durch eine Anzahl von Ausgängen r_k empfängt. Der Sender sendet durch eine Anzahl von Eingängen t Informationen an den Kanal, und es wird eine Sequenz von N Kanälen betrachtet, die an dem Sender bestens bekannt ist. Diese Sequenz kann als die N orthogonalen Kanäle eines Mehrträger-Übertragungsschemas wie z. B. OFDM (wavelength division multiplex, Wellenlängenmultiplex) betrachtet werden. Wenn man die N Kanäle betrachtet, kann ein zusammengesetzter Kanal als
definiert werden. Bei einer bestimmten Frequenz n ist der entsprechende Mehrbenutzerkanal durch
gegeben, wobei H_K(n) die Matrix ist, die einem Benutzer k auf dem n.ten Unterträger entspricht. Üblicherweise ist die maximale Anzahl von Signalen, die über einen derartigen Kanal multiplexiert werden können, durch die Mindestabmessung der Matrix H(n) gegeben, d. h. min{r₁ + ... + r_K, t}. Abgesehen von einem Vorcodieren von Signalen, um Informationen im räumlichen Bereich zu multiplexieren, muss eine Entscheidung über die Anzahl von räumlichen Abmessungen getroffen werden, die einem Benutzer bei jeder Frequenz zugewiesen werden, d. h. es wird eine Unterträgerzuteilung benötigt, und sowohl ein Vorcodieren als auch eine Unterträgerzuteilung sind gemäß einem gewissen Optimalitätskriterium ausgelegt.
Eine Lösung für die Summenkapazitätsmaximierung wurde für N = 1 bei S. Vishwanath, N. Jindal und A. J. Goldsmith: „Duality, Achievable Rates, and Sum-Rate Capacity of Gaussian MIMO Broadcast Channels", IEEE Trans. an Information Theory, Bd. 49: 2658–2668, Okt. 2003, die auf unkomplizierte Weise auf jegliches N > 1 erweitert werden kann, gefunden. Jedoch ist dies ein theoretisches Ergebnis, das von einer unendlichen Implementierungskomplexität ausgeht. Für eine praktische Implementierung sind Nullforcierungsansätze (zero forcing), die räumliche Komponenten, die verschiedenen Benutzern zugewiesen sind, entkoppeln, und die die Anwendung von Ratenmaximierungsbitladetechniken über die resultierenden orthogonalen Unterkanäle ermöglichen, relevanter.
Falls t ≥ r₁ + ... + r_K und r₁ = ... = r_K = 1 gilt, ist es hinreichend bekannt, dass ein Lineares-Nullforcieren-Vorcodierer auf jeden Unterträger angewendet werden kann, S. Thoen, L. Perre, M. Engels und H. Man.: „Adaptive Loading for OFDM/SDMA-Based Wireless Networks", IEEE Trans. Communications, Bd. 50: 1798–1810, 2002, um einen Satz von orthogonalen Kanälen zu erhalten, über den eine Übertragungsrate in Abhängigkeit von Gesamtsendeleistungs- und Fehlerrateneinschränkungen maximiert werden kann. Eine bessere Option besteht darin, in der Kanalmatrix eine dreieckige Struktur zu bewirken, indem man mit einer unitären Matrix an dem Sender vorcodiert. Obwohl Kanäle nicht vollständig entkoppelt sind, kann die restliche Interferenz effektiv neutralisiert werden, indem das Schmutzpapier-Codierprinzip (dirty paper coding principle) von M. Costa, „Writing an Dirty Paper", IEEE Trans. an Information Theory, Bd. 29: 439–441, Mai 1983, angewendet wird. Wie bei G. Caire und S. Shamai: „On the Achievable Throughput of a Multi-Antenna Gaussian Broadcast Channel", IEEE Trans. an Information Theory, Bd. 49: 1691–1706, Juli 2003, bezeichnen wir diese Technik als Nullforcieren-Schmutzpapier-Codieren (ZF-DPC – zero forcing dirty paper coding). Wenn man den Satz von effektiv entkoppelten skalaren Kanälen berücksichtigt, der durch die diagonalen Einträge der dreieckigen Kanalmatrix gegeben ist, kann ohne weiteres eine Maximierung der Summenrate durchgeführt werden, indem die Ladetechniken von G. Ginis und J. Cioffi, „A Multiuser Precoding Scheme achieving Crosstalk Cancellation with Application to DSL Systems", Asilomar Conference an Signals, Systems and Computers, S. 1627–1631, Okt. 2000, eingesetzt werden. Bezüglich dieses letzten Verfahrens wird beobachtet, dass die Ordnung (Reihenfolge) der Zeilen der Kanalmatrizes H(n), das die Ordnung, in der Signale, die für die unterschiedlichen Benutzer bestimmt sind, codiert werden, angibt, für die resultierende Summenrate wesentlich ist. Bei C. Windpassinger, T. Vencel und R. F. H. Fischer, „Precoding and Loading for BLAST-like Systems", in ICC'03, S. 3061–3065, Anchorage, Alaska, Mai 2003, wird ein Ordnungsverfahren vorgeschlagen, das auf eine Maximierung der Summenrate abzielt. Jedoch stützt sich das Verfahren auf die Bedingung t ≥ r₁ + ... + r_K. Falls t < r₁ + ... + r_K, muss vor der Ordnung von Benutzern eine Unterträgerzuteilung durchgeführt werden, und diesbezüglich bietet das bei C. Windpassinger, T. Vencel und R. F. H. Fischer: „Precoding and Loading for BLAST-like Systems", in ICC'03, S. 3061–3065, An chorage, Alaska, Mai 2003, vorgeschlagene Verfahren keine Antwort.
Falls einige der Benutzer bei der Punkt-Zu-Mehrpunkt-Verbindungsstrecke mehrere Kanalausgänge aufweisen, d. h. r_k > 1, bestünde ein unkomplizierter Lösungsansatz darin, Kanalausgänge als einzelne Benutzer zu behandeln und die in dem vorherigen Absatz beschriebenen Techniken anzuwenden. Demgemäß wird eine Interferenz zwischen Ausgängen eines selben Benutzers (Mehrstrom-Interferenz) unterdrückt, wodurch die Anzahl von Nullforcierungseinschränkungen unnötig erhöht wird. Bei R. L. Choi, M. T. Ivrlac, R. D. Murch und J. A. Nossek, „Joint Transmit and Receive Multi-user MIMO Decomposition Approach for the Downlink of Multi-user MIMO Systems", in VTC Fall '03, Orlando, Okt. 2003, wurde ein Lösungsansatz eines linearen Nullforcierens vorgestellt, der lediglich eine Interferenz zwischen Benutzern (Mehrbenutzer-Interferenz) unterdrückt. Das Ergebnis ist ein Satz von entkoppelten (orthogonalen) Kanalmatrizes, die verschiedenen Benutzern entsprechen. Eine Diagonalisierung dieser Matrizes ist dann möglich, indem unitäre Transformationen an dem Sender und den Empfängern angelegt werden. Über den Satz von resultierenden orthogonalen Kanälen ist unter Verwendung von Ladetechniken eine Maximierung der Summenrate möglich. Jedoch schneidet das Verfahren bei Kanalmatrizes mit niedrigem Rang H(n) sehr schlecht ab und geht nicht das Problem der Unterträgerzuteilung an, das entsteht, falls t < r₁ + ... + r_K.
Wie man beobachten kann, wurde das Problem des räumlichen Vorcodierens in Kombination mit einer Unterträgerzuteilung in der Literatur bisher fast vollständig ignoriert. Außerdem gehen die meisten Arbeiten über MIMO-OFDM von t ≥ r₁ + ... + r_K über alle Unterträger hinweg aus oder lösen das Problem in zwei Schritten, wobei sie auf sehr heuristische Verfahren zurückgreifen, die nicht unbedingt zu einer Maximierung der Summenrate führen, wie es beispielsweise von X. Zhang und B. Ottersten: „Joint Space-Frequency Optimization in Multi-user MIMO Systems", in IEEE Symposium an Signal Processing and Information Theory (ISSPIT), Darmstadt, Deutschland, 2003, beschrieben wird. Außerdem hat man sich bisher nur selten mit einer spezifischen räumlichen Vorcodierung für den Fall von Benutzern mit mehreren Kanalausgängen beschäftigt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Konzept für eine effiziente Mehrbenutzer-Trennung bei einem Mehrbenutzer-Übertragungssystem zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 15 oder durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 28 oder durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 34 oder durch ein Verfahren gemäß Anspruch 40 oder durch ein Verfahren gemäß Anspruch 41 oder durch ein Verfahren gemäß Anspruch 42 oder durch ein Verfahren gemäß Anspruch 43 oder durch ein Computerprogramm gemäß Anspruch 44 gelöst.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein effizientes Mehrbenutzer-Übertragungssystem bereitgestellt werden kann, wenn verschiedene Benutzersignale, die verschiedenen Benutzer zugeordnet sind, in verschiedenen Unterräumen gesendet werden, wobei die Unterräume zueinander orthogonal sind, wobei jedem Benutzersender, der innerhalb der erfindungsgemäßen Kommunikationsumgebung sendet, ein eindeutiger und benutzerspezifischer Unterraum zur Übertragung zugewiesen werden kann.
Die Erkenntnis beruht auf der Tatsache, dass ein Benutzersignal im digitalen Bereich, das eine Mehrzahl von Koeffizienten aufweist, als ein Vektor angesehen werden kann, der in einem Raum angeordnet ist, in dem die Koeffizienten des Vektors angeordnet sind.
Beispielsweise kann ein Benutzersignal, das drei Koeffizienten aufweist, als ein Vektor angesehen werden, der in einem dreidimensionalen Raum angeordnet ist, wobei der Raum durch orthogonale Eigenvektoren aufgespannt wird, die Eigenwerten oder Singulärwerten zugeordnet sind. Überdies kann ein Eigenwert, der einem Eigenvektor zugeordnet ist, als Dämpfungs- oder Verstärkungsfaktor angesehen werden, der einer durch den Eigenvektor bestimmten Raumrichtung zugeordnet ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Benutzersignale einer bestimmten gemeinsamen Frequenz zugeordnet sein, die sich ergeben kann, wenn Signale Unterträgern in einem Mehrträgersystem zugewiesen werden. Um die Signale bei der bestimmten Frequenz zu senden, können die Unterräume Unterräume sein, die der bestimmten Frequenz zugeordnet sind. Überdies können gemäß der vorliegenden Erfindung andere Benutzersignale, die einer anderen Frequenz zugeordnet sind, auf andere Unterräume, die zueinander orthogonal sind, projiziert werden. Außerdem kann die verfügbare Bandbreite für z. B. eine Mehrträger-Übertragung auf effiziente Weise genutzt werden, da dasselbe Frequenzband für eine Mehrzahl von Benutzersignalen verwendet werden kann, die dieselben Frequenzen verwenden, jedoch in unterschiedlichen Unterräumen gesendet werden.
In diesem Zusammenhang bezieht sich der Begriff „Unterraum" auf einen teilweisen Teil eines Raums. Unter erneuter Bezugnahme auf das obige Beispiel kann ein einem dreidimensionalen Raum zugeordneter Unterraum beispielsweise eine Ebene sein, die durch Eigenvektoren aufgespannt wird, die z. B. einer ersten und einer zweiten Richtung (z. B. x-, y-Komponenten) zugeordnet sind. Jedoch kann ein Unterraum auch durch lediglich einen Eigenvektor aufgespannt sein. In diesem Fall ist der Unterraum eindimensional. Allgemein gesagt weist ein Unterraum, der einem Raum zugeordnet ist, geringere Abmessungen auf als der Raum selbst.
Der erfindungsgemäße Lösungsansatz ist einfach, da bekannte geometrische und lineare Signalverarbeitungsverfahren, bei spielsweise Drehung, Projektion oder unterraumselektive Verarbeitung, bei der z. B. lediglich einige Signalkomponenten, die bestimmten Unterräumen zugeordnet sind, verarbeitet werden, implementiert werden sollen.
Die vorliegende Erfindung nutzt die geometrische Interpretation von Digitalsignalen und liefert ein Konzept zur Verarbeitung und Trennung von Mehrbenutzersignalen, wobei verschiedene Benutzersignale, die verschiedenen Benutzern zugeordnet sind, auf verschiedene Unterräume projiziert werden, wobei jeder Unterraum zu jedem anderen Unterraum orthogonal ist.
Beispielsweise kann eine Basisstation, die das erfindungsgemäße Konzept zum Senden eines Mehrbenutzersignals an einen ersten Empfänger und an einen zweiten Empfänger, der von dem ersten Empfänger und von der Basisstation räumlich getrennt ist, verwendet, zum Verarbeiten eines ersten Benutzersignals, das durch den ersten Empfänger empfangen werden soll, und eines zweiten Benutzersignals, das durch den zweiten Empfänger empfangen werden soll, konfiguriert sein. Um z. B. eine effiziente Mehrbenutzertrennung an den Empfängern zu ermöglichen, kann die Basisstation gemäß der vorliegenden Erfindung dazu konfiguriert sein, das erste Benutzersignal auf einen ersten Unterraum zu projizieren, das zweite Benutzersignal auf einen zweiten Unterraum zu projizieren, wobei der zweite Unterraum bezüglich des ersten Unterraums orthogonal ist, und die resultierenden räumlich getrennten Signale zu überlagern, um ein Sendesignal, das durch z. B. eine Mehrzahl von Sendepunkten gleichzeitig an den ersten und an den zweiten Empfänger gesendet werden soll, zu erhalten. Falls Kanaleinflüsse an einem jeweiligen Empfänger vollständig beseitigt werden, dann kann der erste Empfänger das erste Benutzersignal aus einer empfangenen Version des Sendesignals extrahieren, indem er den ersten Unterraum erfasst, während er den zweiten Unterraum unterdrückt. Entsprechend kann der zweite Empfänger zum Erfassen des zweiten Unterraums, um das zweite Benutzersignal zu extrahieren und um den ersten Unterraum, der das erste Benutzersignal enthält, zu unterdrücken, konfiguriert sein.
Falls jedoch die Kommunikationskanäle, d. h. falls ein erster Kommunikationskanal, der sich zwischen dem Sender und dem ersten Empfänger erstreckt, und der zweite Kommunikationskanal, der sich zwischen dem Sender und dem zweiten Empfänger erstreckt, in Bezug aufeinander nicht-orthogonal sind, dann kann eine Interferenz auftreten. In diesem Fall kann der Empfänger zum Ausgleichen (equalizing) der Kanäle, um die Interferenzen zu beseitigen, um den jeweiligen Unterraum zu erfassen, konfiguriert sein.
Zusätzlich zu dem Ausgleichskonzept liefert die vorliegende Erfindung ferner ein Konzept zum Umgang mit nicht-orthogonalen Kanälen, um zu verhindern, dass Interferenzen das jeweilige getrennte Benutzersignal verfälschen, bei dem lediglich bestimmte Unterräume ausgewählt sind.
Statt die Kanäle zu orthogonalisieren, d. h. statt auf steuerbare Weise Interferenzen bei dem ersten und dem zweiten Benutzersignal zu bewirken, um die Interferenzen, die sich beim Senden durch physische Kommunikationskanäle ergeben, zu kompensieren, liefert die vorliegende Erfindung ein Konzept, das auf linearen Projektionen der Signale auf unterschiedliche „Kanalunterräume" basiert, wobei z. B. das erste Signal auf einen ersten Unterraum eines Raums projiziert wird, der durch Koeffizienten des ersten Kanals bestimmt wird, der sich zwischen dem Sender und dem ersten Empfänger erstreckt, und wobei das zweite Benutzersignal auf einen zweiten Unterraum eines Raums projiziert wird, der durch Koeffizienten des zweiten Kanals bestimmt wird, der sich zwischen dem Sender und dem zweiten Empfänger erstreckt.
Mit anderen Worten, statt die Kanäle zu orthogonalisieren, werden zum Senden unterschiedlicher Benutzersignale lediglich bestimmte „Kanalunterräume", die zueinander orthogonal sind, verwendet, wobei „Kanalunterräume", die in Bezug auf andere „Kanalunterräume" nicht-orthogonal sind, von einem Senden der Benutzersignale ausgeschlossen werden.
Beispielsweise weist der Sender t Sendepunkte auf, wobei jeder Sendepunkt eine Antenne aufweist, wobei das Sendesignal, das t Koeffizienten aufweist, gleichzeitig mittels der t Sendepunkte gesendet werden soll, d. h. wobei jeder Koeffizient des Sendesignals mittels eines anderen Sendepunktes gesendet werden soll. Falls t größer ist als eins, wird der resultierende Kanal anhand von unterschiedlichen Pfaden ermittelt, die jedem Sendepunkt zugeordnet sind. Somit können die Kanalkoeffizienten dahin gehend angeordnet sein, eine Matrix zu bilden, die eine Mehrzahl von Spalten und z. B. t Zeilen, oder umgekehrt, aufweist.
Um die erfindungsgemäße Benutzertrennung an einem jeweiligen Empfänger zu ermöglichen, indem das erste Benutzersignal und das zweite Benutzersignal in zueinander orthogonalen Unterräumen gesendet werden, und um Interferenzen, die auf eine Nicht-Orthogonalität der Kommunikationskanäle zurückzuführen sind, zu reduzieren, ist der erste Unterraum, auf den das erste Benutzersignal projiziert werden soll, ein Unterraum eines Raums, in dem die Koeffizienten der ersten Kanalmatrix angeordnet sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der zweite Unterraum ferner ein bestimmter Unterraum eines Raums, in dem Koeffizienten der zweiten Kanalmatrix angeordnet sind. Im Einzelnen wird der zweite Unterraum aus dem Raum ausgewählt, in dem die Koeffizienten der zweiten Kanalmatrix angeordnet sind, so dass der zweite Unterraum orthogonal zu dem ersten Unterraum ist. Da die verschiedenen Benutzersignale in Abhängigkeit von dem jeweiligen Kanal auf orthogonale Unterräume projiziert werden, können die Interferenzen trotz der Tatsache, dass das Sendesignal durch nicht-orthogonale Kanäle gesendet wird, vollständig eliminiert oder zumindest reduziert werden.
Die vorliegende Erfindung liefert ferner eine Möglichkeit eines räumlich und Benutzer-selektiven Zuweisens von Kommu nikationsressourcen zu verschiedenen Benutzern in Abhängigkeit von bestimmten Übertragungsanforderungen wie z. B. Dienstqualität, Bitfehlerrate, Verzögerung usw. Unter erneuter Bezugnahme auf das Beispiel mit den zwei Benutzersignalen kann das erste Benutzersignal mehr Bandbreite erfordern als das zweite Benutzersignal. In diesem Fall kann der erste Unterraum derart ausgewählt werden, dass er mehr Abmessungen aufweist als der komplementäre zweite Unterraum, der zum Senden des zweiten Benutzersignals verwendet werden soll. Beispielsweise kann die Unterraumzuweisung in einer Mehrzahl von aufeinander folgenden Schritten durchgeführt werden. Bei einem ersten Schritt wird der erste Unterraum ausgewählt, der eine ausreichend große Abmessung zum Erhöhen der Datenrate aufweist oder der durch Eigenvektoren aufgespannt wird, die großen Eigenwerten zugeordnet sind, um eine Dämpfung zu reduzieren oder, allgemein, um die Übertragungsanforderung, die einem Senden des ersten Benutzersignals zugeordnet ist, zu erfüllen. Da der erste und der zweite Kommunikationskanal zueinander nicht-orthogonal sein können, kann der erste Unterraum Komponenten aufweisen, die sich mit dem Raum, in dem Koeffizienten des zweiten Kanals angeordnet sind, überlappen. Deshalb kann der zweite Unterraum aus einem resultierenden komplementären Raum, in dem Koeffizienten des zweiten Kanals angeordnet sind, ausgewählt werden, wobei sich der komplementäre Raum ergibt, wenn die überlappenden Komponenten des ersten Unterraums aus dem Raum, in dem Koeffizienten des zweiten Kanals angeordnet sind, ausgeschlossen werden.
Die vorliegende Erfindung liefert ferner eine Möglichkeit eines räumlich und Benutzer-selektiven Zuweisens von Kommunikationsressourcen zu verschiedenen Benutzern in Abhängigkeit von bestimmten Übertragungsanforderungen wie z. B. minimale Kanaldämpfung, Übertragungsverzögerung, Benutzerpriorität, Bitrate, Bitfehlerrate usw.
Unter Bezugnahme auf das oben erörterte Beispiel bezüglich der zwei Benutzersignale können die Komponenten des ersten und des zweiten Unterraums, d. h. die Eigenvektoren, die den ersten Unterraum aufspannen, und die Eigenvektoren, die den zweiten Unterraum aufspannen, während aufeinander folgender Iterationsschritte sukzessiv bestimmt werden. Mit anderen Worten können statt eines sukzessiven Bestimmens von Unterräumen, was das oben beschriebene erfindungsgemäße Konzept ist, beispielsweise Eigenvektoren z. B. entweder für den ersten oder für den zweiten Unterraum bestimmt werden. Deshalb können bestimmte Charakteristika von einzelnen Eigenwerten, die den auszuwählenden Eigenvektoren zugeordnet sind, berücksichtigt werden, während der erste und der zweite Unterraum sukzessiv, beispielsweise auf iterative Weise, so bestimmt werden, dass beide Unterräume zueinander orthogonal sind. Somit können bestimmte Unterraumeigenschaften explizit berücksichtigt werden.
Eine mögliche Unterraumeigenschaft kann einer Übertragungseigenschaft zugeordnet sein, da z. B. eine Dämpfung direkt von Eigenwerten abhängen kann, die Eigenvektoren, die den Unterraum aufspannen, zugeordnet sind. In diesem Fall wäre es interessant, Eigenvektoren auszuwählen, die größten Eigenwerten zugeordnet sind. Beispielsweise wird bei einem ersten Iterationsschritt ein Eigenvektor, der einem größten Eigenwert von verfügbaren Eigenwerten zugeordnet ist, ausgewählt, beispielsweise für den ersten oder zweiten Benutzer. Anschließend kann ein Unterraum, der durch den gewählten Eigenvektor aufgespannt wird, von dem verfügbaren Unterraum subtrahiert werden, um einen verringerten Unterraum für weitere Iterationen zu erhalten.
Bei einem weiteren Iterationsschritt kann der verringerte Unterraum von einem Durchführen einer Singulärwertzergliederung, um Eigenwerte und denselben zugeordnete Eigenvektoren zu erhalten, wobei die Eigenvektoren den verringerten Unterraum aufspannen, abhängig sein. Bei einem weiteren Iterationsschritt können die Eigenwerte analysiert werden, um z. B. einen weiteren größten Wert unter den ermittelten Eigenwerten zu bestimmen. Beispielsweise kann der weitere größte Eigenwert einem ersten oder einem zweiten Benutzer zugewiesen werden, je nach z. B. einer Benutzeranforderung wie z. B. einer Bitfehlerrate, einer Dienstqualität, einer Verzögerung usw., oder je nach der Eignung des Eigenvektors für den jeweiligen Benutzer.
Bei einem weiteren Iterationsschritt kann ein Unterraum, der durch die zuvor ausgewählten Eigenvektoren aufgespannt wird, von dem verfügbaren Unterraum subtrahiert werden, um einen komplementären Unterraum zu erhalten, der als Basis für weitere Iterationen dient, und so weiter. Die Iteration kann enden, wenn alle verfügbaren Abmessungen, die dem verfügbaren Unterraum zugeordnet sind, Benutzern zugewiesen sind, oder wenn die restlichen Abmessungen z. B. kleinen Eigenwerten, wobei z. B. 0,01 der größte Eigenwert ist, zugeordnet sind, so dass für die entsprechenden räumlichen Richtungen eine beträchtliche Dämpfung zu erwarten ist, so dass diese Richtungen nicht berücksichtigt werden. Am Ende der Iterationen aufspannen die dem ersten Benutzer zugewiesenen Eigenvektoren den ersten Unterraum, und die dem zweiten Benutzer zugewiesenen Eigenvektoren aufspannen den zweiten Unterraum. Da bei jeder Iteration der bereits zugewiesene Unterraum von dem derzeit verfügbaren Unterraum subtrahiert werden kann, wird im Folgenden ein komplementärer Raum in Betracht gezogen. Deshalb kann immer eine Orthogonalität zwischen dem resultierenden ersten und zweiten Unterraum erzielt werden.
In diesem Zusammenhang bezieht sich der Begriff „orthogonal" auf den Fall, in dem eine ideale und rundungsfehlerfreie Bestimmung von Eigenvektoren, die die Unterräume aufspannen, durchgeführt werden kann. Wenn die Eigenvektoren jedoch digital berechnet werden, wird eventuell lediglich eine begrenzte Rechengenauigkeit erzielt, so dass ein Orthogonalitätsfehler, der z. B. auf eine endliche Wortlänge oder einen Rundungsfehler zurückzuführen ist, auftreten kann. Deshalb bezieht sich der Begriff „orthogonal" im Folgenden z. B. auf Vektoren, die innerhalb eines Orthogonali tätsbereichs, der sich zwischen z. B. 0 und 0,001, 0 und 0,01 oder 0 und 0,1 erstreckt (z. B. in Bezug auf eine Nicht-Orthogonalität), je nach einer Rechengenauigkeit, orthogonal sind.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die erfindungsgemäße geometrische Verarbeitung des Benutzersignals linear und einfach ist, da die Benutzersignale lediglich auf verschiedene Unterräume projiziert werden sollen. Diese Projektionen können auf effiziente Weise durchgeführt werden, indem ein jeweiliges Benutzersignal mit einer jeweiligen Projektionsmatrix multipliziert wird.
Da die vorliegende Erfindung statt auf einem Bewirken von Interferenzen in zu sendenden Signalen auf einem Projizieren der Benutzersignale auf verschiedene Unterräume, die verschiedenen Kanälen zugeordnet sind, beruht, ist das erfindungsgemäße Konzept gegenüber Schwankungen der Kanalkoeffizienten, die z. B. nicht die Orthogonalität der Unterräume beeinflussen, robust.
Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden in Bezug auf die folgenden Figuren beschrieben, bei denen:
1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Erzeugen von Koeffizienten zeigt, die verschiedene Unterräume aufspannen, die zueinander orthogonal sind, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine Black-Box-Darstellung des erfindungsgemäßen Lösungsansatzes zeigt;
3 ein Diagramm zeigt, das den erfindungsgemäßen Lösungsansatz demonstriert;
4 das Leistungsverhalten des erfindungsgemäßen Lösungsansatzes demonstriert;
5 das Leistungsverhalten des erfindungsgemäßen Lösungsansatzes demonstriert;
6 das Leistungsverhalten des erfindungsgemäßen Lösungsansatzes demonstriert;
7 das Leistungsverhalten des erfindungsgemäßen Lösungsansatzes demonstriert;
8 das Leistungsverhalten des erfindungsgemäßen Lösungsansatzes demonstriert; und
9 das Leistungsverhalten des erfindungsgemäßen Lösungsansatzes demonstriert.
Im Folgenden wird der Einfachheit halber lediglich der Fall zweier Benutzer angenommen. Die folgenden Beschreibungen und Merkmale gelten jedoch auf unkomplizierte Weise für den Fall einer Mehrzahl von Benutzern.
Um Gewichtungskoeffizienten zu bestimmen, die zum Gewichten der Benutzersignale verwendet werden sollen, derart, dass die Benutzersignale auf orthogonale Unterräume projiziert werden, liefert die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Erzeugen eines ersten Satzes von Gewichtungskoeffizienten und eines zweiten Satzes von Gewichtungskoeffizienten, wobei der erste Satz von Gewichtungskoeffizienten zum Gewichten eines ersten Benutzersignals, das einem ersten Benutzer zugeordnet ist, verwendet werden soll, um ein erstes Sendesignal zu erhalten, und wobei der zweite Satz von Gewichtungskoeffizienten zum Gewichten eines zweiten Benutzersignals verwendet werden soll, um ein zweites Sendesignal zu erhalten. Beispielsweise sollen das erste und das zweite Sendesignal mittels eines gemeinsamen Senders, z. B. einer Basisstation, an getrennte und nicht-kooperierende Empfänger gesendet werden, wobei jeder Empfänger einem jeweiligen Benutzer zugeordnet ist. In diesem Fall können die Sendesignale vor der Übertragung überlagert werden. Jedoch kann das erste Sendesignal durch einen Sender gesendet werden, der dem ersten Benutzer zugeordnet ist, und das zweite Sendesignal kann durch einen zweiten Sender gesendet werden, der dem zweiten Benutzer zugeordnet ist, wobei der erste und der zweite Sender getrennte Sender sein können, die miteinander nicht kooperieren, und wobei das erste und das zweite Sendesignal an z. B. einen gemeinsamen Empfänger, beispielsweise eine Basisstation, gesendet werden sollen. In diesem Fall überlagern sich das gesendete erste und zweite Sendesignal während der Übertragung.
Demgemäß kann die Vorrichtung zum Erzeugen der Gewichtungskoeffizienten ein Bestandteil eines gemeinsamen Senders oder ein Bestandteil eines jeweiligen Empfängers oder ein Bestandteil eines gemeinsamen Empfängers oder ein Teil eines jeweiligen Senders sein.
Um den jeweiligen Satz von Gewichtungskoeffizienten zu erzeugen, kann die Vorrichtung eine Einrichtung zum Berechnen von m Eigenvektoren aufweisen, die einen ersten Unterraum eines Raums aufspannen, wobei m gleich oder größer als 1 ist, so dass die m Eigenvektoren den ersten Satz von Gewichtungskoeffizienten, der dem ersten Benutzer zugewiesen werden soll, bilden. Demgemäß ist die Einrichtung zum Berechnen dazu konfiguriert, n Eigenvektoren zu berechnen, die einen zweiten Unterraum eines weiteren Raums aufspannen, wobei der zweite Unterraum zu dem ersten Unterraum orthogonal ist, wobei n gleich oder größer als 1 ist, wobei die n Eigenvektoren den zweiten Satz von Koeffizienten für den zweiten Benutzer bilden können.
Der Raum und der weitere Raum können unterschiedliche, benutzerspezifische Räume sein, aus denen der jeweilige Unterraum ausgewählt werden soll. Jedoch können der Raum und der weitere Raum gleich sein, so dass die jeweiligen Unterräume aus einem Raum ausgewählt werden können, den die Benutzern gemeinsam haben.
Außerdem kann sich die Anzahl m von Eigenvektoren für den ersten Benutzer von einer Anzahl n von Eigenvektoren für den zweiten Benutzer unterscheiden. Da eine Anzahl von Eigenvektoren eine Abmessung eines entsprechenden Unterraums bestimmt, können verschiedenen Benutzern verschiedene Bitraten zugewiesen werden, indem den Benutzern verschiedene Abmessungen zugewiesen werden, so dass z. B. eine benutzerspezifische Dienstqualität oder Benutzerpriorität berücksichtigt werden kann, während die Sätze von Gewichtungskoeffizienten erzeugt werden.
Jedoch können m und n gleich sein, so dass dem ersten und dem zweiten Benutzer dieselbe Anzahl von Eigenvektoren und somit Abmessungen zugewiesen werden. In diesem Fall können z. B. verschiedene tolerierbare Bitfehlerraten, die derselben Bitrate für die Benutzer zugeordnet sind, berücksichtigt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Einrichtung zum Berechnen zum iterativen Berechnen der Eigenvektoren konfiguriert sein. Diesbezüglich kann die Einrichtung zum Berechnen der Eigenvektoren dazu konfiguriert sein, zuerst die m Eigenvektoren, die den ersten Unterraum aufspannen, zu bestimmen, und, nachdem sie den ersten Unterraum bestimmt hat, die n Eigenvektoren, die den zweiten Unterraum aufspannen, zu bestimmen.
Jedoch kann die Einrichtung zum Berechnen zum iterativen Berechnen der Eigenvektoren konfiguriert sein, die in dem ersten oder dem zweiten Unterraum enthalten sind, wobei bei jedem Iterationsschritt z. B. entweder ein Eigenvektor des ersten Unterraums oder ein Eigenvektor des zweiten Unterraums bestimmt wird.
In beiden Fällen wird der erste Satz von Gewichtungskoeffizienten derart bestimmt, dass nach dem Gewichten des ersten Benutzersignals unter Verwendung des ersten Satzes von Gewichtungskoeffizienten das erste Sendesignal eine Projektion des ersten Benutzersignals auf den ersten Unterraum darstellt, und nach dem Gewichten des zweiten Benutzersignals unter Verwendung des zweiten Satzes von Gewichtungskoeffizienten das zweite Sendesignal eine Projektion des zweiten Benutzersignals auf den zweiten Unterraum darstellt.
1 zeigt ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Erzeugen eines ersten und eines zweiten Satzes von Gewichtungskoeffizienten gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die in 1 gezeigte Vorrichtung weist einen Gewichter 101 auf, der einen Eingang und einen Ausgang aufweist, wobei der Ausgang mit einem Eingang eines Unterraumzergliederers 103 gekoppelt ist, wobei der Unterraumzergliederer 103 einen mit einem Eingang eines Selektors 105 gekoppelten Ausgang aufweist, wobei der Selektor 105 einen mit einem Unterraumausschließer 107 gekoppelten Ausgang aufweist, wobei der Unterraumausschließer 107 einen mit dem Eingang des Gewichters 101 gekoppelten Ausgang aufweist. Ferner kann der Selektor 105 einen weiteren Ausgang 109 aufweisen. Beispielsweise werden der Gewichter 101, der Unterraumzergliederer 103, der Selektor 105 und der Unterraumausschließer 107 durch die Einrichtung zum Berechnen der Gewichtungskoeffizienten gebildet.
Die in 1 gezeigte Vorrichtung ist zum Erzeugen eines ersten Satzes von Gewichtungskoeffizienten, die einen ersten Unterraum aufspannen, und zum Erzeugen eines zweiten Satzes von Gewichtungskoeffizienten, die einen zweiten Unterraum aufspannen, konfiguriert, wobei gemäß der vorliegenden Erfindung der erste Unterraum und der zweite Unterraum innerhalb eines oben erwähnten Orthogonalitätsbereichs zueinander orthogonal sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung soll der erste Satz von Gewichtungskoeffizienten zum Gewichten eines ersten Benutzersignals verwendet werden, um ein erstes Sendesignal zu erhalten, das eine Projektion des ersten Benutzersignals auf den ersten Unterraum darstellt. Demgemäß soll der zweite Satz von Koeffizienten zum Gewichten eines zweiten Benutzersignals verwendet werden, um ein zweites Sendesignal zu erhalten, das eine Projektion des zweiten Benutzersignals auf den zweiten Unterraum darstellt.
Beispielsweise kann die in 1 gezeigte Vorrichtung durch einen gemeinsamen Sender, z. B. eine Basisstation, der bzw. die zum gleichzeitigen Senden von Signalen an eine Mehrzahl von Empfängern konfiguriert ist, wobei jeder Empfänger einem jeweiligen Benutzer zugeordnet ist, gebildet sein. In diesem Fall kann die Vorrichtung ferner zum Überlagern des ersten Sendesignals und des zweiten Sendesignals, um ein Sendesignal zu erhalten, das z. B. an einen ersten Empfänger, der dem ersten Benutzer zugeordnet ist, und an einen zweiten Empfänger, der dem zweiten Benutzer zugeordnet ist, gesendet werden soll, konfiguriert ist.
Die vorliegende Erfindung liefert ferner ein Mehrbenutzer-Trennsystem, bei dem eine Mehrzahl von Sendern verschiedene Benutzersignale an einen gemeinsamen Empfänger senden, wobei der gemeinsame Empfänger z. B. eine Basisstation ist, oder bei dem der gemeinsame Sender (z. B. eine Basisstation) Signale an eine Mehrzahl gesonderter Empfänger sendet, die verschiedenen Benutzern zugeordnet sind. In diesem Fall kann jeder Sender, der einem jeweiligen Benutzer zugeordnet ist, die in 1 gezeigte Vorrichtung aufweisen, wobei beispielsweise lediglich der Teilsatz von Gewichtungskoeffizienten ermittelt wird, die einen Unterraum aufspannen, der einem jeweiligen Benutzer zugeordnet ist. In diesem Fall wird die Mehrzahl von Sendesignalen getrennt an den Empfänger gesendet, wobei der Empfänger zum Erfassen eines jeweiligen Unterraums, der einem jeweiligen Empfänger zuge ordnet ist, um ein jeweiliges Benutzersignal zu extrahieren, konfiguriert ist.
Ferner kann die in 1 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung auch in einer zentralen Kommunikationsverwaltungseinheit angeordnet sein, die zum Verwalten einer Mehrbenutzer-Übertragung konfiguriert ist. In diesem Fall kann die in 1 gezeigte Vorrichtung ferner einen Sender umfassen, der dazu konfiguriert ist, den ersten Satz von Gewichtungskoeffizienten, die dem ersten Benutzer zugeordnet sind, an einen ersten Sender zu senden, der zum Senden des ersten Benutzersignals konfiguriert ist. Demgemäß kann die in 1 gezeigte Vorrichtung zum Senden des zweiten Satzes von Gewichtungskoeffizienten an einen zweiten Sender konfiguriert sein, der zum Senden des zweiten Benutzersignals konfiguriert ist. Demgemäß kann die Vorrichtung den ersten und den zweiten Satz von Gewichtungskoeffizienten an einen gemeinsamen Sender senden, der an eine Mehrzahl von Empfängern unterschiedliche Signale sendet.
Ferner kann die in 1 gezeigte Vorrichtung auch zum Erzeugen von Gewichtungskoeffizienten konfiguriert sein, die an einem Sender oder einem Empfänger zum Gewichten eines empfangenen Signals verwendet werden sollen, um einen jeweiligen Unterraum zu erfassen, um ein jeweiliges Benutzersignal zu extrahieren.
Wie oben erwähnt wurde, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen von Gewichtungskoeffizienten dazu konfiguriert sein, den ersten und den zweiten Satz von Gewichtungskoeffizienten iterativ zu erzeugen, um einen ersten und einen zweiten Unterraum, die zueinander orthogonal sind, auf die das erste und das zweite Benutzersignal projiziert werden sollen, zu bestimmen, um das erste und das zweite Sendesignal zu erhalten.
Wenn jedoch das erste und das zweite Sendesignal durch Kommunikationskanäle gesendet werden, die zueinander nicht or thogonal sind, können Interferenzen auftreten. Wenn überdies z. B. das erste Sendesignal unter Verwendung einer Mehrzahl von Sendepunkten gesendet wird, wobei jeder Sendepunkt eine Sendeantenne aufweist, dann kann der resultierende Kommunikationskanal, der sich zwischen dem Sender, der die Sendepunkte aufweist, und einem Empfänger, der möglicherweise eine Anzahl von Empfangspunkten aufweist, erstreckt, wobei jeder Empfangspunkt eine Antenne aufweist, durch eine Kanalmatrix dargestellt werden, die Kanalkoeffizienten aufweist. Da die Kanalkoeffizienten dazu angeordnet sind, die Kanalmatrix zu bilden, sind Elemente der Kanalmatrix Elemente eines Raums, in dem die Kanalkoeffizienten angeordnet sind. Dieser Kanalraum wird durch Eigenvektoren und Eigenwerte aufgespannt, wobei die Eigenwerte als Dämpfungskoeffizienten bezüglich einer entsprechenden räumlichen Richtung, die durch den entsprechenden Eigenvektor bestimmt wird, angesehen werden können. Wenn also z. B. das erste Sendesignal durch den Kommunikationskanal gesendet wird, können räumliche Komponenten des ersten Sendesignals, die räumlichen Richtungen der Kanalmatrix zugeordnet sind, die eine beträchtliche Dämpfung erfährt, beträchtlich gedämpft werden.
Gemäß der Erfindung werden die obigen Probleme dadurch angegangen, dass der erste und der zweite Unterraum entsprechend ausgewählt werden. Beispielsweise können die Unterräume kanalspezifisch sein.
Beispielsweise weist die Vorrichtung eine Einrichtung zum Bereitstellen von Kanalinformationen auf, die Kanalkoeffizienten aufweisen, die den Kommunikationskanal darstellen, der dem ersten Benutzer zugeordnet ist, z. B. den Kommunikationskanal, der sich zwischen einem Sender und einem Empfänger, der dem ersten Benutzer zugeordnet ist, erstreckt, und die Kanalkoeffizienten aufweisen, die entsprechend dem zweiten Benutzer zugeordnet sind. Die Kanalkoeffizienten können auf einer Basis einer Kanalschätzung bereitgestellt werden, die z. B. an einem jeweiligen Empfänger oder an einem jeweiligen Sender durchgeführt wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Gewichter 101 zum Gewichten einer ersten Kanalmatrix, die einen ersten Kanal darstellt, der dem ersten Benutzer zugeordnet ist, unter Verwendung eines Satzes von Projektionskoeffizienten, die einen Projektionsunterraum aufspannen, um eine projizierte erste Kanalmatrix zu erhalten, die eine Projektion der ersten Kanalmatrix auf den Projektionsunterraum darstellt, und/oder zum Gewichten einer zweiten Kanalmatrix, die einen zweiten Kanal darstellt, der dem zweiten Benutzer zugeordnet ist, unter Verwendung eines Satzes von Projektionskoeffizienten, die einen Projektionsunterraum aufspannen, um eine projizierte zweite Kanalmatrix zu erhalten, die eine Projektion der zweiten Kanalmatrix auf den Projektionsunterraum darstellt, konfiguriert sein.
Der Unterraumzergliederer 103 kann zum Durchführen einer Singulärwertzergliederung der projizierten ersten Kanalmatrix, um eine erste Mehrzahl von Eigenvektoren zu erhalten, die Eigenwerten zugeordnet sind, oder zum Durchführen einer Singulärwertzergliederung der zweiten projizierten Kanalmatrix, um eine zweite Mehrzahl von Eigenvektoren zu erhalten, die Eigenwerten zugeordnet sind, konfiguriert sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Selektor 105 zum Auswählen von s Eigenvektoren aus der ersten Mehrzahl von Eigenvektoren konfiguriert, wobei s eine Zahl ist, die gleich oder größer als null und kleiner als oder gleich m ist, und wobei die s Eigenvektoren Eigenvektoren sind, die durch den ersten Unterraum gebildet sind, d. h. Eigenvektoren, die zumindest einen Teilunterraum des ersten Unterraums aufspannen. Dementsprechend kann der Selektor zum Auswählen von s Eigenvektoren aus der zweiten Mehrzahl von Eigenvektoren konfiguriert sein, um den zweiten Unterraum, der zu dem ersten Unterraum orthogonal ist, zu bestimmen, wobei s eine Zahl ist, die gleich oder größer als null oder gleich oder größer als n ist.
Wie oben erwähnt wurde, können der erste und der zweite Unterraum iterativ bestimmt werden, wobei bei jedem Iterationsschritt entweder Eigenvektoren oder Unterräume bestimmt werden, je nach einer Anzahl von bei jedem Iterationsschritt ausgewählten Eigenvektoren.
Um Unterräume iterativ zu bestimmen (Unterraum-Modus), kann der Selektor bei einem Iterationsschritt zum Auswählen von s = m Eigenvektoren, die den ersten Unterraum für den ersten Benutzer aufspannen, und s = 0 Eigenvektoren für den zweiten Benutzer, konfiguriert sein. Bei einem weiteren Iterationsschritt kann der Selektor zum Auswählen von s = 0 Eigenvektoren für den ersten Benutzer konfiguriert sein, da der erste Unterraum bereits in einem vorherigen Iterationsschritt ermittelt wurde, und zum Auswählen von s = n Eigenvektoren, die den zweiten Unterraum für den zweiten Benutzer aufspannen, konfiguriert sein. Umgekehrt kann der Selektor zuerst s = n Eigenvektoren für den zweiten Benutzer auswählen und anschließend s = m Eigenvektoren für den ersten Benutzer auswählen, wenn z. B. die Priorität des zweiten Benutzers höher ist als die Priorität des ersten Benutzers.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Selektor zum iterativen Bestimmen von Eigenvektoren (Eigenvektor-Modus) für die jeweiligen Unterräume konfiguriert sein. Beispielsweise kann der Selektor bei einem Iterationsschritt zum Auswählen von s = 2 Eigenvektoren aus z. B. m = 3 Eigenvektoren, die für den ersten Benutzer ausgewählt werden sollen, konfiguriert sein. Bei einem weiteren Iterationsschritt kann der Selektor den verbleibenden Eigenvektor auswählen, um m Eigenvektoren zu erhalten. Jedoch kann der Selektor bei dem weiteren Iterationsschritt s = 1 Eigenvektoren aus z. B. n = 2 Eigenvektoren für den zweiten Benutzer auswählen, oder er kann den verbleibenden Eigenvektor für den ersten oder den zweiten Benutzer bei weiteren Ite rationen auswählen. Somit werden in diesem Modus Eigenvektoren bestimmt.
Überdies können der Unterraum-Modus und der Eigenvektor-Modus nebeneinander existieren.
Beispielsweise soll bei einem bestimmten Iterationsschritt der erste Unterraum, der durch m Eigenvektoren aufgespannt wird, bestimmt werden (Unterraum-Modus). Somit wählt der Selektor bei diesem Iterationsschritt s = m Eigenvektoren aus, um die Eigenvektoren, die den ersten Unterraum aufspannen, zu erhalten, und wählt null Eigenvektoren aus der zweiten Mehrzahl von Eigenvektoren aus, da der zweite Unterraum bei einem weiteren Iterationsschritt bestimmt wird. Bei dem weiteren Iterationsschritt wählt der Selektor n Eigenvektoren aus der zweiten Mehrzahl von Eigenvektoren aus, um Eigenvektoren zu bestimmen, die den zweiten Unterraum aufspannen, der zu dem ersten Unterraum orthogonal ist.
Statt eines iterativen Bestimmens von Unterräumen können die Eigenvektoren für die Unterräume iterativ bestimmt werden. In diesem Fall wählt der Selektor beispielsweise bei einem Iterationsschritt lediglich einen Eigenvektor aus, der einem größten Eigenwert aus der ersten und der zweiten Mehrzahl von Eigenwerten zugeordnet ist. Beispielsweise ist der größte Eigenwert dem ersten Benutzer zugeordnet. Nachdem der Eigenvektor, der dem größten Eigenwert zugeordnet ist, ausgewählt wurde, kann ein Unterraum, der durch den Eigenvektor aufgespannt wird, aus weiteren Überlegungen ausgeschlossen werden, z. B. aus einem verfügbaren Unterraum ausgeschlossen werden, so dass ein verringerter Unterraum verbleibt. Beispielsweise kann der ausgewählte Eigenvektor aus den verfügbaren Eigenvektoren ausgeschlossen werden, um bei einem nächsten Iterationsschritt z. B. einen größten Eigenwert zu bestimmen, der den verbleibenden Eigenvektoren zugeordnet ist, und so weiter. Jedoch kann der verringerte Unterraum bei dem nächsten Iterationsschritt zergliedert werden, um Eigenwerte und Eigenvektoren zu erhalten, die den verringerten Unterraum aufspannen. Dann kann wiederum z. B. ein größer Eigenwert aus der Mehrzahl von Eigenwerten ausgewählt werden, und so weiter, wobei die Mehrzahl von Eigenwerten die erste und die zweite Mehrzahl von Eigenwerten, die der ersten und der zweiten Mehrzahl von Eigenvektoren zugeordnet sind, umfassen kann. Somit werden die Eigenvektoren, die den ersten und den zweiten Unterraum bilden, iterativ bestimmt, so dass nach Durchführung einer Anzahl von Iterationsschritten die Eigenvektoren, die den ersten Unterraum aufspannen, und die Eigenvektoren, die den zweiten Unterraum aufspannen, bestimmt werden.
Es ist zu erwähnen, dass der Selektor bei jedem Iterationsschritt zum Auswählen von mehr als einem Eigenvektor, z. B. zum Auswählen von 2 oder 3 Eigenvektoren auf einmal, konfiguriert sein kann.
Um entweder den Unterraum-Modus oder den Eigenvektor-Modus einzustellen, kann die Vorrichtung ferner eine Modussteuerung aufweisen, die zum Einstellen von s = m oder s = n in dem Unterraum-Modus und zum Einstellen von s < m oder s < n in dem Eigenvektor-Modus konfiguriert ist. Überdies kann die Modussteuerung z. B. den Unterraum-Modus für einen bestimmten Benutzer einstellen, der z. B. die höchste Priorität aufweist, und kann den Eigenvektor-Modus für andere Benutzer einstellen.
Um Unterräume oder Teilunterräume, die bereits dem ersten oder dem zweiten Benutzer zugewiesen sind, auszuschließen, um eine Orthogonalität zu verhindern, kann der Unterraumausschließer 107 zum Subtrahieren eines Unterraums, der durch die s Eigenvektoren aufgespannt wird, die dem ersten und/oder dem zweiten Benutzer zugewiesen sind, von dem Schutzunterraum, d. h. von dem verfügbaren Unterraum, der durch den Satz von projizierenden Koeffizienten aufgespannt wird, um einen verringerten Projektionsraum zu erhalten, der als Projektionsunterraum bei einer weiteren Iteration verwendet werden soll, konfiguriert sein.
Eine Anzahl von Iterationen kann z. B. durch eine Anzahl von verfügbaren Abmessungen, die den Benutzern zugewiesen werden sollen, bestimmt werden. Beispielsweise endet der Iterationsprozess, wenn nach einer Durchführung eines Unterraumausschlusses ein resultierender Projektionsunterraum z. B. ein Null-Unterraum ist oder Eigenvektoren aufweist, die z. B. kleinen Eigenwerten zugeordnet sind, wodurch eine beträchtliche Dämpfung bewirkt wird, wenn ein resultierendes Signal durch den Kanal gesendet wird.
Um die Unterraumsubtraktion (den Unterraumausschluss) durchzuführen, kann der Unterraumausschließer 107 zum Bestimmen eines Satzes von Koeffizienten konfiguriert sein, die den Unterraum darstellen, der auf der Basis der s Eigenvektoren ausgeschlossen werden soll, und kann zum Subtrahieren des Satzes von Koeffizienten von dem Satz von projizierenden Koeffizienten derart, dass ein aktualisierter Satz von projizierenden Koeffizienten, die den Projektionsunterraum darstellen, resultiert, konfiguriert sein.
Um die Iterationen zu initialisieren, kann z. B. eine Einheitsmatrix als Projektionsmatrix, die bei einem ersten Iterationsschritt verwendet werden soll, ausgewählt werden. Jedoch kann jegliche andere anfängliche Matrix ausgewählt werden, die z. B. alle möglichen Eigenvektoren, die einen Raum aufspannen, in dem Koeffizienten oder eine Mehrzahl von Kanälen angeordnet sein können, aufweist.
Um Eigenvektoren/Eigenwerte für den ersten/zweiten Unterraum iterativ zu bestimmen, kann der Gewichter 101 zum Gewichten der ersten Kanalmatrix und der zweiten Kanalmatrix unter Verwendung desselben Satzes von Projektionskoeffizienten, um die projizierte erste Kanalmatrix zu erhalten, die eine Projektion der ersten Kanalmatrix auf den Projektionsunterraum darstellt, und um die projizierte zweite Kanalmatrix zu erhalten, die eine Projektion der zweiten Kanalmatrix auf den Projektionsraum darstellt, konfiguriert sein. Mit anderen Worten werden die erste und die zweite Kanalmatrix auf denselben Projektionsunterraum projiziert.
Der Unterraumzergliederer 103 kann zum Durchführen einer Unterraumzergliederung auf der Basis einer Singulärwertzergliederung der projizierten ersten Kanalmatrix und der projizierten zweiten Kanalmatrix, um eine Mehrzahl von Eigenvektoren, die Eigenwerten zugeordnet sind, zu erhalten, konfiguriert sein, wobei die Mehrzahl von Eigenvektoren z. B. die oben erwähnte erste und zweite Mehrzahl von Eigenvektoren umfasst. Mit anderen Worten können die projizierten Matrizes unter Verwendung des Unterraumzergliederungsansatzes, z. B. unter Verwendung der Singulärwertzergliederung, in Eigenvektor- und Eigenwert-Matrizes zergliedert werden.
Es ist zu beachten, dass statt der Singulärwertzergliederung auch eine Eigenwertzergliederung durchgeführt werden kann, je nach einer Struktur der zu zergliedernden Matrix, da die Eigenwertzergliederung als Sonderfall einer Singulärwertzergliederung angesehen werden kann.
Der Selektor 105 kann zum Auswählen der s Eigenvektoren für den ersten Benutzer und/oder für den zweiten Benutzer aus der Mehrzahl der Eigenvektoren, die der Mehrzahl von Eigenwerten zugeordnet sind, in Abhängigkeit von einer Übertragungseigenschaft, die einem Senden des ersten und/oder des zweiten Sendesignals zugeordnet ist, konfiguriert sein.
Beispielsweise kann der Selektor zum Analysieren der Eigenwerte und zum Auswählen eines bestimmten Eigenwerts aus der Mehrzahl von Eigenwerten konfiguriert sein, wobei der bestimmte Eigenwert eine bestimmte Eigenwerteigenschaft aufweisen kann, die einem Erfüllen der Übertragungseigenschaft zugeordnet ist. Beispielsweise ist der Selektor zum Auswählen eines größten Eigenwerts aus der Mehrzahl von Eigenwerten konfiguriert, wobei der größte Eigenwert der geringsten Dämpfung zugeordnet ist, die lediglich beispielhaft die Übertragungseigenschaft ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann die Vorrichtung einen Analysator zum Analysieren der Eigenwerte umfassen. Beispielsweise ist der Analysator zum Analysieren der Eigenwerte, um eine Anzahl von größten Eigenwerten unter den analysierten Eigenwerten zu bestimmen, konfiguriert.
Nachdem er den bestimmten Eigenwert ausgewählt hat, kann der Selektor zum Auswählen eines Eigenvektors, der dem bestimmten Eigenwert zugeordnet ist, konfiguriert sein. Ferner kann der Selektor zum Bestimmen, ob der erste Eigenvektor dem ersten oder dem zweiten Kanal, d. h. dem ersten oder dem zweiten Benutzer, zugeordnet ist, konfiguriert sein. Beispielsweise kann der Eigenvektor, der dem bestimmten Eigenwert zugeordnet ist, dem ersten Benutzer zugeordnet sein. In diesem Fall kann der Selektor zum Auswählen von k-1 Eigenvektoren, die dem ersten Benutzer zugeordnet sind, konfiguriert sein, wobei die k-1 Eigenvektoren z. B. größten Eigenwerten zugeordnet sind, die dem ersten Benutzer zugeordnet sind. Beispielsweise kann der Selektor zum Auswählen eines oder zweier zusätzlicher Eigenvektoren, die dem ersten Benutzer zugeordnet sind, konfiguriert sein. Jedoch kann der Selektor dazu konfiguriert sein, bei diesem Iterationsschritt keinen weiteren Eigenvektor auszuwählen (d. h. s = 1, so dass s – 1 = 0), so dass eine weitere Auswahl bei einem weiteren Iterationsschritt durchgeführt wird.
Weitere Ausführungsbeispiele einer weiteren Übertragungseigenschaft werden nachstehend erörtert.
Auf der Basis der ausgewählten Eigenvektoren kann der Unterraumausschließer 107 zum Bestimmen eines Satzes von Koeffizienten, z. B. eines Satzes von Unterraumkoeffizienten, die den Unterraum darstellen, und zum Subtrahieren des Satzes von Unterraumkoeffizienten von dem Satz von Projektionskoeffizienten, um aktualisierte Projektionskoeffizienten zu erhalten, die den verringerten Projektionsunterraum darstellen, wie oben beschrieben wurde, konfiguriert sein. Insbesondere kann der verringerte Projektionsunterraum zuerst analysiert werden, um zu bestimmen, ob weitere Iterationen möglich sind. Falls der verringerte Projektionsunterraum z. B. ein Null-Unterraum ist, so wird die Iteration angehalten. Bei einem weiteren Iterationsschritt wird der verringerte Projektionsunterraum als Projektionsunterraum verwendet, wobei die Iterationsschritte durchgeführt werden, bis alle Unterräume, die bestimmt werden sollen, bestimmt worden sind.
Wie in 1 angegeben ist, kann der Gewichter 101 die aktualisierten Projektionskoeffizienten als die Projektionskoeffizienten von dem Unterraumausschließer 107 empfangen. Nachdem er die Projektionskoeffizienten empfangen hat, kann der Gewichter 101 zum Gewichten der ersten Kanalmatrix und der zweiten Kanalmatrix unter Verwendung der aktualisierten Projektionskoeffizienten, um eine aktualisierte projizierte erste Kanalmatrix zu erhalten, die eine Projektion der ersten Kanalmatrix auf den verringerten Projektionsunterraum darstellt, und um eine aktualisierte projizierte zweite Kanalmatrix zu erhalten, die eine Projektion der zweiten Kanalmatrix auf den verringerten Projektionsunterraum darstellt, konfiguriert sein.
Demgemäß ist der Unterraumzergliederer 103 zum Durchführen einer Singulärwertzergliederung der projizierten ersten und zweiten Kanalmatrix (der Aktualisierung), um eine Mehrzahl von Eigenvektoren, die Eigenwerten zugeordnet sind, zu erhalten, konfiguriert. Demgemäß wählt der Selektor 105 s weitere Eigenvektoren, die dem ersten Benutzer zugeordnet sind, aus der Mehrzahl von Eigenvektoren aus, wobei s gleich oder größer als null und gleich oder kleiner als m ist, oder er wählt s weitere Eigenvektoren, die dem zweiten Benutzer zugeordnet sind, aus der Mehrzahl von Eigenvektoren aus, wobei s gleich oder größer als null und gleich oder kleiner als n ist, wobei ein Unterraum, der durch die s weiteren Eigenvektoren aufgespannt wird, orthogonal zu einem Unterraum ist, der durch die bei einem vorherigen Iterationsschritt bereitgestellten Eigenvektoren aufgespannt wird.
Demgemäß ist der Unterraumausschließer 107 dazu konfiguriert, einen Unterraum, der durch die s weiteren Eigenvektoren aufgespannt wird, die entweder für den ersten oder für den zweiten Benutzer bestimmt werden, von dem verringerten Projektionsunterraum zu subtrahieren, um einen weiteren Projektionsunterraum zu erhalten, der bei einer weiteren Iteration als Projektionsunterraum verwendet werden soll, und so weiter.
Beispielsweise ist der Satz von projizierenden Koeffizienten dahin gehend angeordnet, eine Matrix zu bilden. In diesem Fall kann der Gewichter 101 zum Durchführen einer matrixweisen Multiplikation, um die projizierte erste oder zweite Kanalmatrix zu erhalten, konfiguriert sein. Somit ist die Unterraumprojektion ein linearer Vorgang, der unter Verwendung von standardmäßigen Hardwarekomponenten implementiert werden kann, was zu einer Verringerung der Komplexität beiträgt.
Um den Satz von Unterraumkoeffizienten, die zum Unterraumausschluss verwendet werden sollen, zu bestimmen, kann der Unterraumausschließer 107 zum Bestimmen z. B. eines Produkts von Eigenvektoren und zum Subtrahieren des Produkts von Eigenvektoren von den aktuellen projizierenden Koeffizienten, um die projizierenden Koeffizienten zu aktualisieren, konfiguriert sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können der erste und der zweite Satz von Gewichtungskoeffizienten für eine bestimmte Frequenz bestimmt werden, so dass ein weiterer erster und ein weiterer zweiter Satz von Gewichtungskoeffizienten für eine weitere Frequenz bestimmt werden können. Allgemein gesagt kann die Vorrichtung zum Bestimmen des ersten und des zweiten Satzes von Koeffizienten für jede verfügbare Frequenz unter Verwendung der verfügbaren Bandbreite konfiguriert sein. Beispielsweise ist das erste Benutzersignal bei einer bestimmten Frequenz einem Unterträger zugeordnet, und das zweite Benutzersignal ist bei derselben bestimmten Frequenz einem Unterträger zugeordnet. Beispielsweise unterliegen das erste Benutzersignal und ein zweites Benutzersignal einem Mehrträger-Modulationsschema, bei dem das erste und das zweite Benutzersignal auf einem Unterträger gesendet werden sollen, der der bestimmten Frequenz zugeordnet ist. Mit anderen Worten können das erste und das zweite Benutzersignal dieselbe Frequenz verwenden.
In diesem Fall kann die Einrichtung zum Berechnen dazu konfiguriert sein, den ersten und den zweiten Satz von Gewichtungskoeffizienten für die bestimmte Frequenz zu berechnen, so dass das erste Sendesignal und das zweite Sendesignal Signale bei der bestimmten Frequenz sind. Mit anderen Worten können das erste und das zweite Benutzersignal und das erste und das zweite Sendesignal denselben Frequenzen, jedoch verschiedenen Unterräumen zugeordnet sein.
Entsprechend kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner zum Erzeugen eines weiteren ersten Satzes von Gewichtungskoeffizienten bei einer weiteren bestimmten Frequenz, der zum Gewichten eines weiteren ersten Benutzersignals, das dem ersten Benutzer und der weiteren bestimmten Frequenz zugeordnet ist, verwendet werden soll, um ein weiteres erstes Sendesignal bei der weiteren bestimmten Frequenz zu erhalten, und zum Erzeugen eines weiteren zweiten Satzes von Gewichtungskoeffizienten bei der weiteren bestimmten Frequenz, wobei der weitere zweite Satz von Gewichtungskoeffizienten zum Gewichten eines weiteren zweiten Benutzersignals, das dem zweiten Benutzer und der weiteren bestimmten Frequenz zugeordnet ist, verwendet werden soll, um ein weiteres zweites Sendesignal bei der weiteren bestimmten Frequenz zu erhalten, konfiguriert sein.
Für die weitere bestimmte Frequenz kann die Einrichtung zum Berechnen entsprechend zum Berechnen von p Eigenvektoren, die einen weiteren ersten Unterraum eines anderen Raums bei der weiteren bestimmten Frequenz aufspannen, wobei p gleich oder größer als 1 ist und die p Eigenvektoren einen weiteren ersten Satz von Koeffizienten für den ersten Benutzer bilden, und zum Berechnen von q Eigenvektoren, die einen zweiten Unterraum eines anderen weiteren Raums bei der weiteren bestimmten Frequenz aufspannen, wobei die q Eigenvektoren den weiteren zweiten Satz von Gewichtungskoeffizienten bilden, und wobei q gleich oder größer als 1 ist, konfiguriert sein. Die p und q Eigenvektoren werden so bestimmt, dass der andere weitere Unterraum für beide erfindungsgemäße Szenarios, d. h. wenn entweder die Unterräume oder die Eigenvektoren iterativ bestimmt werden, orthogonal zu dem anderen Unterraum ist.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Konzept für den Fall s = m oder s = n, wobei Unterräume iterativ bestimmt werden (Unterraum-Modus), unter Bezugnahme auf die in 1 gezeigte Vorrichtung beschrieben.
Der Gewichter 101 kann zum Gewichten der ersten Kanalmatrix, die einen ersten Kanal darstellt, der dem ersten Benutzer zugeordnet ist, unter Verwendung eines ersten Satzes von projizierenden Koeffizienten, um eine projizierte erste Kanalmatrix zu erhalten, konfiguriert sein. Der erste Satz von projizierenden Koeffizienten spannt einen Projektionsunterraum auf, so dass die projizierte erste Kanalmatrix eine Projektion der ersten Kanalmatrix auf den Projektionsunterraum darstellt.
Die erste Kanalmatrix wird dem Unterraumzergliederer 103 bereitgestellt, der zum Durchführen einer Singulärwertzergliederung der projizierten ersten Kanalmatrix, um eine Mehrzahl von Eigenwerten bereitzustellen, die Eigenvektoren zugeordnet sind, konfiguriert ist.
Die Mehrzahl von Eigenvektoren und die denselben zugeordneten Eigenwerte werden dem Selektor 105 bereitgestellt, der dazu konfiguriert ist, m Eigenwerte aus der Mehrzahl von Eigenwerten auszuwählen, wobei m gleich oder größer als 1 ist, und m Eigenvektoren, die den m Eigenwerten zugeordnet sind, als den ersten Satz von Gewichtungskoeffizienten über den Ausgang 109 bereitzustellen, wobei die m Eigenvektoren den ersten Unterraum aufspannen.
Informationen über den ersten Unterraum, beispielsweise die m Eigenvektoren, werden dann an den Unterraumausschließer 107 geliefert, der dazu konfiguriert ist, den ersten Unterraum aus dem Projektionsunterraum auszuschließen, um einen verringerten Projektionsunterraum zu erhalten, der durch einen zweiten Satz von Projektionskoeffizienten aufgespannt wird. Mit anderen Worten kann der Unterraumausschließer 107 dazu konfiguriert sein, eine Unterraumsubtraktion durchzuführen, wobei der bereits ermittelte Unterraum von dem Projektionsunterraum subtrahiert wird, um Unterräume, die dem ersten Benutzer zugewiesen sind, auszuschließen. Somit stellt der verringerte Projektionsunterraum einen komplementären Unterraum dar, der verbleibt, wenn der erste Unterraum von dem (ursprünglichen) Projektionsunterraum ausgeschlossen wird.
Die Vorrichtung kann ferner lediglich beispielhaft dazu konfiguriert sein, das erste Benutzersignal aus weiteren Betrachtungen auszuschließen und den zweiten Unterraum, auf den das zweite Benutzersignal projiziert werden soll, bei einem nächsten Iterationsschritt iterativ zu bestimmen.
Wie in 1 gezeigt ist, empfängt der Gewichter 101 Informationen über den verbleibenden, komplementären Unterraum, der durch den zweiten Satz von projizierenden Koeffizienten, die den verringerten Projektionsunterraum aufspannen, dargestellt wird.
Unter Verwendung dieser Informationen ist der Gewichter 101 zum Gewichten einer zweiten Kanalmatrix, die einen zweiten Kanal darstellt, der dem zweiten Benutzer zugeordnet ist, unter Verwendung des zweiten Satzes von projizierenden Koeffizienten, um eine projizierte zweite Kanalmatrix zu erhalten, wobei die projizierte zweite Kanalmatrix eine Projektion der zweiten Kanalmatrix auf den verringerten Projektionsunterraum darstellt, konfiguriert.
Demgemäß empfängt der Unterraumzergliederer 103 die projizierte zweite Kanalmatrix und führt eine Singulärwertzergliederung der projizierten zweiten Kanalmatrix durch, um eine weitere Mehrzahl von Eigenwerten, die Eigenvektoren zugeordnet sind, zu erhalten, auf genau dieselbe Weise, wie sie in Bezug auf den ersten Benutzer beschrieben wurde.
Demgemäß kann der Selektor 105 zum Auswählen von n Eigenwerten aus der weiteren Mehrzahl von Eigenwerten, wobei n gleich oder größer als 1 ist, wobei n gleich m ist oder sich von demselben unterscheidet, und zum Bereitstellen von n Eigenvektoren, die den n Eigenwerten zugeordnet sind, als den zweiten Satz von Gewichtungskoeffizienten, wobei die n Eigenvektoren den zweiten Unterraum aufspannen, konfiguriert sein.
Wie oben erwähnt wurde, stellen die erste und die zweite Kanalmatrix Kanäle dar, die dem ersten und dem zweiten Benutzer zugeordnet sind. Im Einzelnen kann die erste Kanalmatrix Kanalkoeffizienten in der Richtung der Abwärtsstrecke oder der Aufwärtsstrecke ermitteln, in der z. B. ein Sender ein Sendesignal unter Verwendung von t Sendepunkten sendet, wobei jeder Sendepunkt eine Sendeantenne aufweist, wobei t gleich oder größer als 2 ist, und wobei ein Empfänger, der einem Benutzer zugeordnet ist, r Empfangspunkte verwendet, wobei r gleich oder größer als 1 ist. Demgemäß kann der erste Kanal durch eine erste Kanalmatrix dargestellt werden, die Kanalkoeffizienten für die Aufwärtsstreckenrichtung aufweist, wobei ein Sender, der einem Benutzer zugeordnet ist, zum Senden eines Sendesignal unter Verwendung von t Sendepunkten an einen (gemeinsamen) Empfänger, beispielsweise eine Basisstation, der bzw. die r Empfangspunkte verwendet, wobei jeder Empfangspunkt eine Empfangsantenne aufweist, konfiguriert ist.
Um die kanalabhängigen Unterräume zu bestimmen, auf die die Benutzersignale projiziert werden sollen, benötigt die in 1 gezeigte Vorrichtung Informationen über Koeffizienten der ersten Kanalmatrix und der zweiten Kanalmatrix. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung können die Kanalinformationen durch z. B. einen jeweiligen Empfänger bereitgestellt werden, der dem jeweiligen Benutzer zugeordnet ist, wobei der jeweilige Empfänger zum Kanalschätzen konfiguriert ist.
Ferner kann die Vorrichtung ein Speicherelement aufweisen, das eine Mehrzahl von typischen Kanalkoeffizienten aufweist, die verschiedenen Kanalszenarios, z. B. typischer städtischer Bereich oder hügeliges Terrain, zugeordnet sind. In diesem Fall kann sich die Vorrichtung auf die Mehrzahl von gespeicherten Kanalkoeffizienten beziehen, um die erste Kanalmatrix, die den ersten Kanal darstellt, und/oder die zweite Kanalmatrix, die den zweiten Kanal darstellt, zu erhalten.
Wie oben erwähnt wurde, kann die Unterraumzuweisung iterativ durchgeführt werden. In diesem Fall kann der Projektionsunterraum, der durch die Projektionskoeffizienten bestimmt wird, durch z. B. eine Einheitsmatrix dargestellt werden, die eine Mehrzahl von Eigenvektoren aufweist, die gleichen Eigenwerten zugeordnet sind. Bei einem nächsten Iterationsschritt wird der Projektionsunterraum durch den verringerten Projektionsunterraum ersetzt, und so weiter.
Beispielsweise ist der erste Satz von projizierenden Koeffizienten dahin gehend angeordnet, eine erste Matrix zu bilden, die Eigenvektoren aufweist, die den Projektionsun terraum aufspannen. In diesem Fall ist der Gewichter 101 zum Durchführen einer Matrix anhand einer Matrixmultiplikation und zum Multiplizieren der ersten Kanalmatrix mit der ersten Matrix, um die projizierte erste Kanalmatrix zu erhalten, und, demgemäß, zum Multiplizieren der Kanalmatrix mit einer zweiten Matrix, die Eigenvektoren aufweist, die den verringerten Projektionsunterraum aufspannen, wobei die Eigenvektoren den zweiten Satz von projizierenden Elementen darstellen, um die projizierte zweite Kanalmatrix zu erhalten, konfiguriert.
Deshalb ist die erfindungsgemäße Verteilung verschiedener Benutzersignale auf verschiedene Unterräume, die zueinander orthogonal sind, ein linearer Vorgang.
Beispielsweise soll das erste Sendesignal durch t Sendepunkte gesendet und durch r Empfangspunkte empfangen werden, oder umgekehrt. In diesem Fall ist der Unterraumzergliederer 103 dazu konfiguriert, die Mehrzahl von Eigenvektoren bereitzustellen, die dahin gehend angeordnet sind, eine erste Eigenvektormatrix und eine zweite Eigenvektormatrix zu bilden, wobei die Eigenvektoren der ersten Eigenvektormatrix t Koeffizienten aufweisen und die Eigenvektoren der zweiten Eigenvektormatrix r Koeffizienten aufweisen, oder umgekehrt. Demgemäß können die erste Eigenvektormatrix und die zweite Eigenvektormatrix durch eine Singulärwertmatrix, die eine diagonale Matrix ist, die die diagonalen Singulärwerte aufweist, die den Eigenvektoren der ersten Eigenvektormatrix und der zweiten Eigenvektormatrix zugeordnet sind, verbunden sein. Beispielsweise ist der Unterraumzergliederer 105 dazu konfiguriert, eine Unterraumzergliederung durchzuführen, um eine linke Eigenvektormatrix, eine Diagonaleigenwert- oder eine Singulärwertmatrix und eine rechte Eigenvektormatrix bereitzustellen. Dieselben Überlegungen gelten für das zweite Sendesignal.
Wie zuvor erwähnt wurde, kann die in 1 gezeigte Vorrichtung dazu konfiguriert sein, eine Mehrzahl von Unter räumen, die verschiedenen Benutzern zugewiesen werden sollen, zu bestimmen, wobei die Unterräume vorzugsweise iterativ bestimmt werden, wobei bei einem bestimmten Benutzer, z. B. bei dem ersten Benutzer, begonnen wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Selektor 105 dazu konfiguriert sein, die m Eigenwerte aus der Mehrzahl von Eigenwerten auszuwählen, und die n Eigenwerte aus der weiteren Mehrzahl von Eigenwerten auszuwählen, in Abhängigkeit von einer Übertragungseigenschaft, oder mit anderen Worten einer Übertragungsanforderung, die einem Senden des ersten Sendesignal oder allgemein des ersten Benutzersignals, und des zweiten Sendesignals oder allgemein des zweiten Benutzersignals, zugeordnet ist.
Beispielsweise ist der Selektor 105 dazu konfiguriert, den ersten Unterraum, der dem ersten Benutzer zugewiesen werden soll, in einem ersten Schritt auszuwählen, und anschließend den zweiten Unterraum, der dem zweiten Benutzer zugewiesen werden soll, auszuwählen, und so weiter.
Beispielsweise weist die Übertragungseigenschaft eine Dienstqualitätsanforderung auf, die einem Senden des ersten Benutzersignals und/oder des zweiten Benutzersignals zugeordnet ist. Beispielsweise kann die Übertragungseigenschaft eine bestimmte Bitrate umfassen, die einem bestimmten Bitfehlerverhältnis für den ersten Benutzer zugeordnet ist. In diesem Fall kann der Selektor dazu konfiguriert sein, die m Eigenwerte, die die größten Eigenwerte aufweisen, aus der Mehrzahl von Eigenwerten so auszuwählen, dass gleichzeitig m maximiert wird. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass die Anzahl Eigenwerten m direkt die Größe des ersten Unterraums bestimmt, je größer die Größe des ersten Unterraums, desto höher die erzielbare Datenrate.
Nachdem er die m Eigenwerte ausgewählt hat, wählt der Selektor 105 die n Eigenwerte aus, die n Eigenvektoren zugeordnet sind, die den zweiten Unterraum aufspannen, auf den das zweite Benutzersignal projiziert werden soll. Da der zweite Unterraum ein Unterraum ist, der zu dem ersten Unterraum komplementär ist, ist es möglich, dass es nach einem Auswählen der m Eigenwerte für den ersten Benutzer nicht möglich ist, den zweiten Unterraum, der zu dem ersten Unterraum orthogonal ist, auszuwählen, so dass der zweite Benutzer nicht gesendet werden könnte. Um diese Situation zu verhindern, kann der Selektor 105 dazu konfiguriert sein, während des Unterraumauswahlprozesses ein Gerechtigkeitskriterium zu berücksichtigen. Insbesondere kann der Selektor 105 dazu konfiguriert sein, die Anzahl m von Eigenwerten, die den ersten Unterraum aufspannen, derart auszuwählen, das zumindest ein Eigenvektor, der den zweiten Unterraum aufspannt, gefunden werden kann. Beispielsweise kann der Selektor dazu konfiguriert sein, den ersten Unterraum zu verringern, indem er manche Eigenvektoren, die z. B. kleinsten Eigenwerten unter den ausgewählten m Eigenwerten zugeordnet sind, ausschließt, wenn ein Nicht-Null-Untetraum, der orthogonal zu dem ersten Unterraum ist, nicht gefunden werden kann, so dass in einem nächsten Iterationsschritt der zweite Unterraum bestimmt werden kann.
Allgemein kann die Übertragungseigenschaft ein Maximieren einer Datenrate des ersten Benutzersignals, ein Maximieren einer Datenrate des zweiten Benutzersignals, ein Maximieren der Datenrate des ersten Benutzersignals für eine bestimmte Datenrate des zweiten Benutzersignals, ein gemeinsames Maximieren der Daten des ersten Benutzersignals und des zweiten Benutzersignals, ein Minimieren einer Übertragungsverzögerung, die einem Senden des ersten Benutzersignals oder des zweiten Benutzersignals zugeordnet ist, ein gemeinsames Minimieren einer Übertragungsverzögerung, die einem Senden des ersten Benutzersignals und des zweiten Benutzersignals zugeordnet ist, eine Dienstqualitätsanforderung, die einem Senden des ersten Benutzersignals und/oder des zweiten Benutzersignals zugeordnet ist, eine Dämpfung des ersten Benutzersignals, wenn innerhalb des ausgewählten ersten Unterraums gesendet wird, eine Dämpfung des zweiten Benutzer signals, wenn innerhalb des ausgewählten zweiten Unterraums gesendet wird, und so weiter.
Für einen Unterraumausschluss kann der Unterraumausschließer 107 dazu konfiguriert sein, einen Satz von Koeffizienten zu erzeugen, der Koeffizienten aufweist, die den ersten Unterraum aufspannen, und den Satz von Koeffizienten von z. B. dem ersten Satz von Projektionskoeffizienten zu subtrahieren, um den zweiten Satz von Projektionskoeffizienten bereitzustellen, usw. Auf dieses Thema wird später ausführlich eingegangen.
Allgemein kann die in 1 gezeigte Vorrichtung dazu konfiguriert sein, den ersten Satz von Gewichtungskoeffizienten und den zweiten Satz von Gewichtungskoeffizienten für eine erste Frequenz zu erzeugen, bei der das erste Sendesignal und das zweite Sendesignal gesendet werden sollen, und einen weiteren ersten Satz von Gewichtungskoeffizienten und weiteren zweiten Satz von Gewichtungskoeffizienten für eine weitere Frequenz zu erzeugen, bei der das erste und das zweite Sendesignal gesendet werden sollen.
Genauer gesagt kann das erste Benutzersignal einem bestimmten Unterträger zugeordnet sein, wobei der bestimmte Unterträger einer bestimmten Frequenz zugeordnet ist. Demgemäß kann das zweite Benutzersignal einem Unterträger zugeordnet sein, der der bestimmten Frequenz zugeordnet ist. Mit anderen Worten können das erste Benutzersignal und das zweite Benutzersignal dieselbe bestimmte Frequenz verwenden. Da die vorliegende Erfindung nicht auf einer Frequenztrennung, sondern auf einer Raumtrennung beruht, aufspannen der erste Satz von Gewichtungskoeffizienten und der zweite Satz von Gewichtungskoeffizienten den ersten und den zweiten Unterraum bei der bestimmten Frequenz, so dass das resultierende erste Sendesignal und das zweite Sendesignal Signale sind, die dieselbe Frequenz verwenden, jedoch Benutzersignale aufweisen, die in verschiedenen Unterräumen angeordnet sind, die zueinander orthogonal sind.
Demgemäß kann die in 2 gezeigte Vorrichtung dazu konfiguriert sein, den oben erwähnten weiteren ersten Satz von Gewichtungskoeffizienten, die einen weiteren ersten Raum aufspannen, zu bestimmen, und einen weiteren zweiten Satz von Gewichtungskoeffizienten, die einen weiteren zweiten Unterraum aufspannen, zu erzeugen, wobei der weitere erste Unterraum und der weitere zweite Unterraum zueinander und zu dem ersten und dem zweiten Unterraum orthogonal sind. Entsprechend kann der weitere erste Satz von Gewichtungskoeffizienten dazu verwendet werden, ein weiteres erstes Benutzersignal bei einer weiteren bestimmten Frequenz zu gewichten, um ein weiteres erstes Sendesignal zu erhalten, das eine Projektion des weiteren ersten Benutzersignals auf den weiteren ersten Unterraum darstellt, wobei der weitere zweite Satz von Gewichtungskoeffizienten zum Gewichten des weiteren zweiten Benutzersignals verwendet werden soll, um das weitere Sendesignal zu erhalten, das eine Projektion des weiteren zweiten Benutzersignals auf den weiteren zweiten Unterraum bei der weiteren bestimmten Frequenz darstellt, und so weiter.
In dem Unterraum-Modus kann das erfindungsgemäße Verfahren somit folgende Schritte umfassen: Gewichten einer ersten Kanalmatrix, die einen ersten Kanal darstellt, der dem ersten Benutzer zugeordnet ist, unter Verwendung eines ersten von projizierenden Koeffizienten, um eine projizierte erste Kanalmatrix zu erhalten, wobei der erste Satz von projizierenden Koeffizienten einen Projektionsunterraum aufspannt, wobei die projizierte erste Kanalmatrix eine Projektion der ersten Kanalmatrix auf den Projektionsunterraum darstellt, Durchführen einer Singulärwertzergliederung der projizierten ersten Kanalmatrix, um eine Mehrzahl von Eigenwerten bereitzustellen, die Eigenvektoren zugeordnet sind, Auswählen von m Eigenwerten aus der Mehrzahl von Eigenwerten, wobei n größer als oder gleich 1 ist, und Bereitstellen von m Eigenvektoren, die den m Eigenwerten zugeordnet sind, als den ersten Satz von Gewichtungskoeffizienten, wobei die m Eigenvektoren den ersten Unterraum aufspannen, Ausschließen des ersten Unterraums aus dem Projektionsunterraum, der durch den ersten Satz von Projektionskoeffizienten aufgespannt wird, um einen verringerten Projektionsunterraum zu erhalten, der durch einen zweiten Satz von Projektionskoeffizienten aufgespannt wird, nach dem Schritt des Ausschließens des ersten Unterraums aus dem Projektionsunterraum, Gewichten einer zweiten Kanalmatrix, die einen zweiten Kanal darstellt, der dem zweiten Benutzer zugeordnet ist, Verwenden des zweiten Satzes von Projektionskoeffizienten, um eine projizierte zweite Kanalmatrix zu erhalten, wobei die projizierte zweite Kanalmatrix eine Projektion der zweiten Kanalmatrix auf den verringerten Projektionsunterraum darstellt, Durchführen einer Singulärwertzergliederung der projizierten zweiten Kanalmatrix, um eine weitere Mehrzahl von Eigenwerten zu erhalten, die Eigenvektoren zugeordnet sind, und Auswählen von n Eigenwerten aus der weiteren Mehrzahl von Eigenwerten, wobei n größer als oder gleich 1 ist, und Bereitstellen von n Eigenvektoren, die n Eigenwerten zugeordnet sind, als den zweiten Satz von Gewichtungskoeffizienten, wobei die n Eigenvektoren den zweiten Unterraum aufspannen.
In dem Eigenvektor-Modus bestimmt das Verfahren Eigenvektoren anstelle von Unterräumen.
Es ist zu beachten, dass die Funktionalitäten sowohl des Eigenvektor-Modus als auch des Unterraum-Modus auf der Basis der Vorrichtung, wie sie oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurde, implementiert werden können.
Gemäß einem weiteren Aspekt liefert die vorliegende Erfindung eine Nullforcierungstechnik, die einen linearen Vorcodierer verwendet, um einen Teil der Interferenz zu unterdrücken. Die restliche Interferenz kann neutralisiert werden, indem eine sukzessive Codierung angewendet wird. Die Technik lässt sich auf eine beliebige Anzahl von Eingängen t und Benutzerausgängen r_k anwenden. Falls r₁ = ... = r_K = 1, reduziert sich dieser Lösungsansatz auf die oben erwähnte ZF-DPC-Technik mit einer Summenratenmaximierungsordnung, die gleichzeitig ein Kriterium darstellt, gemäß dem eine Unterträgerzuteilung durchgeführt werden kann. Falls manche der Benutzer mehrere Kanalausgänge aufweisen, werden orthogonale räumliche Abmessungen, die durch einen Vorcodierungsvektor an dem Sender und einen Gewichtungsvektor an dem Empfänger charakterisiert sind, bei jeder Frequenz nacheinander Benutzern zugewiesen. Auf Grund der Tatsache, dass Signale, die durch verschiedene Ausgänge empfangen werden, die zu einem selben Benutzer gehören, kombiniert werden, um den Gewinn der resultierenden Kanäle zu erhöhen, d. h. die Ausgänge kooperieren, bezeichnen wir diese Technik als Kooperativ-Nullforcieren-Schmutzpapier-Codieren (CZF-DPC – cooperative zero forcing dirty paper coding).
CZF-DPC stellt eine allgemeine Lösung für den gemeinsamen Entwurf eines räumlichen Vorcodierens und einer Unterträgerzuteilung bei einem Punkt-Zu-Mehrpunkt-MIMO-Kommunikationssystem dar, der sich sehr stark an die theoretische Summenkapazitätsgrenze eines derartigen Systems annähert.
Auf Grund der effektiven Orthogonalität der resultierenden Unterkanäle kann man sich an diese theoretische Grenze ferner unter Verwendung von Codes für skalare Kanäle in Kombination mit Ladetechniken bei praktischen Implementierungen annähern.
Im Folgenden wird das in den Gleichungen 1.1 und 1.2 vorgestellte Kanalmodell betrachtet. Bei jeglicher Frequenz n ist die Beziehung zwischen Empfangssignalen und Sendesignalen durch
gegeben.
Es ist zu beachten, dass sich der Index „n", der in den folgenden Gleichungen erscheint, auf eine bestimmte Frequenz bezieht, im Gegensatz zu dem Index „n", der oben dazu verwendet wird, eine Anzahl von Eigenvektoren, die den zweiten Unterraum aufspannen, anzugeben.
Der Rauschvektor n(n) enthält komplexe Gaußsche unabhängige identisch verteilte Einträge (Falls die Rauschvarianz verschiedener Benutzer unterschiedlich ist, kann das Modell trotzdem verwendet werden, indem die Matrix jedes Benutzers durch die Standardabweichung des jeweiligen Rauschprozesses geteilt wird und indem ein zusammengesetzter Rauschvektor dort, wo Elemente eine Einheitsvarianz aufweisen, betrachtet wird), und das Sendesignal x(n) kann allgemein als die Addition von multiplexierten Sendesignalen, die unterschiedlichen Benutzern entsprechen, ausgedrückt werden, x = V1P1 1/2x1 + V2P2 1/2x2 + ... + VKPK 1/2xK (1.4)wobei der Index n der Einfachheit der Benennung halber weggelassen wurde,
die Vorcodierungsmatrix des Benutzers k ist. Diese Matrix weist q_k orthogonale Spalten mit 0 ≤ q_k ≤ r_k auf.
ist eine diagonale Matrix, die jeder der q_k räumlichen Abmessungen, die durch den Benutzer k verwendet werden, eine bestimmte Leistung zuweist, und
ist ein Vektor von Signalen, so dass E{xk} = 0 und E{xkxHk } = 1.
Wie oben angegeben wurde, kann die Leistungszuweisung unter Verwendung der Matrizes P während eines Gewichtens seitens des Gewichters durchgeführt werden. Jedoch kann z. B. P₁ ^1/2x₁ als das erste Benutzersignal angesehen werden, das sich aus einem Vorverarbeiten einer ersten Benutzersequenz x₁ unter Verwendung von P₁ ^1/2 ergibt. Die Vorverarbeitung kann durch die erfindungsgemäße Vorrichtung vor dem Gewichten durchgeführt werden.
Vor der Erfassung werden an den Empfängern Signale vorverarbeitet, indem Gewichtungsmatrizes
angewendet werden,
Die Gesamtanzahl von Informationsströmen, die auf jeglichem Unterträger n von dem Sender an die Empfänger gesendet werden, ist durch q₁(n) + q₂(n) + ... + q_K(n) gegeben und kann sogar min{t, r₁ + r₂ + ... + r_K} betragen. Jede räumliche Abmessung ist durch einen Vorcodierungsspaltenvektor
und einen Gewichtungszeilenvektor
gekennzeichnet. (Wenn eine Matrix A gegeben ist, bezeichnet [A]_i _. ihre i.te Zeile, und [A]_.,i bezeichnet ihre i.te Spalte). Jedes Paar von Indizes (k, i) weist einen zugeordneten Index j auf, der die Reihenfolge angibt, in der Informationen, die über diese räumliche Abmessung gesendet werden, relativ zu allen anderen Informationsströmen, die über denselben Unterträger gesendet werden, codiert werden. Bei dieser Art von Systemen spielt die Codierungsreihenfolge eine sehr wichtige Rolle. Wenn wir den Informationsstrom betrachten, der über den räumlichen Unterkanal gesendet wird, der durch das Paar
gekennzeichnet ist, kann eine Interferenz, die durch diesen Strom auf anderen Strömen, die nachfolgend codiert werden, bewirkt wird, durch eine Verwendung einer Schmutzpapiercodierungstechnik ohne Kapazitätsverlust auf effektive Weise neutralisiert werden.
Im Folgenden wird beschrieben, wie Matrizes V_k(n) und U_k(n) zu berechnen sind, die auf eine Maximierung der Summenkapazität des Systems abzielen und gleichzeitig räumliche Unterkanäle entkoppeln, so dass eine erzielbare Summenkapazität dadurch angenähert werden kann, dass standardmäßige Ladetechniken in Kombination mit Codierungstechniken für skalare Kanäle verwendet werden. Eine Berechnung dieser Matrizes beinhaltet die Zuweisung von räumlichen Abmessungen zu Benutzern, die mit der Frequenz variieren können (Unterträgerzuteilung), und die Festlegung einer Codierungsreihenfolge für jeden Informationsstrom. Matrizen P_k(n) sowie die Anzahl von Bits, die durch Signale x_k geführt werden, stellen keine Lösung des vorgeschlagenen Verfahrens dar, sondern resultieren aus der anschließenden Anwendung einer Ladetechnik auf den resultierenden Satz von entkoppelten Kanälen, wie in 2 veranschaulicht ist, die eine Black-Box-Darstellung des vorgeschlagenen Lösungsansatzes zeigt.
Der erfindungsgemäße Lösungsansatz kann auf jedem Unterträger gleichzeitig ausgeführt werden. Obwohl das auf unterschiedlichen Unterträgern erhaltene Ergebnis normalerweise unterschiedlich ist, ist der Algorithmus selbst für jeden Unterträger derselbe. Deshalb folgt eine ausführliche Beschreibung dieses Algorithmus, wobei der Index n der Einfachheit der Benennung halber weggelassen ist.
Der Algorithmus besteht aus drei grundlegenden Schritten, die zur Einrichtung eines neuen räumlichen Unterkanals führen. Diese drei Schritte werden wiederholt ausgeführt, bis alle räumlichen Abmessungen Benutzern zugewiesen wurden. Die Reihenfolge, in der räumliche Unterkanäle eingerichtet werden, ist dieselbe Reihenfolge, in der Informationsströ me, die durch diese Kanäle gesendet werden, codiert werden, und diese Reihenfolge ist durch den Index j angegeben.
Es sei angenommen, dass die ersten j – 1 Unterkanäle eingerichtet wurden. Die Ausführung der j.ten Schleife beginnt mit einer Berechnung der Projektionen der ursprünglichen Einzelbenutzerkanäle in den Unterraum, der komplementär zu dem ist, der durch alle j – 1 bisher berechneten Vorcodierungsvektoren aufgespannt wird, Schritt 1: HkTj = HJK ∀k,wobei T_j die Projektormatrix dieses Unterraums ist, die wie folgt berechnet werden kann,
Für j = 1 wird die Projektormatrix als Identitätsmatrix initialisiert, d. h. T₁ = I.
Die obige Gleichung bestimmt den oben beschriebenen erfindungsgemäßen Unterraumausschluss und kann durch den Unterraumausschließer durchgeführt werden, wobei eine resultierende Matrix T z. B. Koeffizienten aufweist, die einen verringerten Unterraum aufspannen.
Bei einem zweiten Schritt wird die Singulärwertzergliederung jeder projizierten Einzelbenutzerkanalmatrix berechnet, Schritt 2: H jk = Llk Σjk Rjk ∀k.
Schließlich wird bei dem dritten Schritt das Maximum aller berechneten Singulärwerte ausgewählt, und das zugeordnete Paar von rechten und linken Singulärvektoren wird als das Paar von Vorcodierungs- und Gewichtungsvektoren genommen, die an einem Sender und an einem Empfänger anzulegen sind. Dieses Paar von Vektoren charakterisiert den bei der Ausführung der Schleife j eingerichteten räumlichen Unterkanal.
Bei den obigen Gleichungen bezeichnet σ_k,ξ den ξ.ten Singulärwert des Benutzers k, der dem Eintrag in der ξ.ten Zeile und ξ.ten Spalte der Matrix Σ_k entspricht, r_k,ξ ist der zugeordnete rechte Singulärvektor, der gleich der Konjugiert-Transponierten des ξ.ten Zeilenvektors der Matrix R_k ist, und
ist der entsprechende linke Singulärvektor, der die Konjugiert-Transponierte des ξ.ten Spaltenvektors der Matrix L_k ist.
Wie bereits erwähnt wurde, werden diese drei Schritte wiederholt, bis die Anzahl von Benutzern zugewiesenen Abmessungen gleich der Gesamtanzahl von räumlichen Abmessungen ist, die in dem Kanal verfügbar sind, die üblicherweise durch min{t, r₁ + ... + r_K} gegeben ist. Bei dem Algorithmus ist dieser Punkt erreicht, wenn die Projektion der Einzelbenutzermatrizes im Schritt 1 zu Matrizes führt, bei denen alle Einträge gleich null sind, HkTj = 0∀k (1.6)
Unter erneuter Bezugnahme auf die Vorrichtung der 1 stellt die Projektormatrix einen j.ten Satz von projizierenden Koeffizienten dar, die nach dem Schritt 1 erhaltene Kanalmatrix stellt eine projizierte Kanalmatrix dar. Dementsprechend kann die im Schritt 2 durchgeführte Singulärwertzergliederung durch den erfindungsgemäßen Unterraumzergliederer durchgeführt werden.
In Bezug auf Schritt 3 werden die Eigenwerte und Eigenvektoren durch den erfindungsgemäßen Selektor ausgewählt, wobei der Unterraumausschließer dazu konfiguriert ist, den ersten Unterraum auszuschließen, um die Projektormatrix zu erhalten.
3 zeigt ein Flussdiagramm des Erfindungslösungsansatzes. Bei Block 301 wird eine Projektion einer Matrix auf eine projizierte Matrix durchgeführt. Ein Block 303 verifiziert, ob sich die projizierte Matrix von null unterscheidet. Falls die projizierte Matrix gleich null ist, werden die Berechnungen angehalten. Falls sich die Projektionsmatrix von null unterscheidet, wird bei einem Block 305 eine Singulärwertzergliederung (SVD – singular value decomposition) durchgeführt, wobei Eigenvektoren und Eigenwerte bereitgestellt werden. Bei einem Block 307 werden maximale Eigenwerte und denselben zugeordnete Eigenvektoren ausgewählt, um einen Satz von Gewichtungskoeffizienten zu erhalten. Bei einem Block 309 wird ein Zähler erhöht, und in einem Block 311 wird eine Projektionsmatrix berechnet, wobei die neue Projektionsmatrix als Projektionsmatrix zum Erhalten einer neuen projizierten Kanalmatrix bei einem nächsten Iterationsschritt dient.
Wie oben erwähnt wurde, gibt der Index j die Reihenfolge an, in der der Informationsstrom, der über den entsprechenden räumlichen Unterkanal gesendet wird, codiert wird. Die Projektion der ursprünglichen Kanalmatrix H(n) in den orthogonalen Unterraum, durch zuvor berechnete Vorcodierungsvektoren definiert, garantiert, dass jeglicher neue Vorcodierungsvektor auf bereits eingerichteten räumlichen Unterkanälen keine Interferenz bewirkt. Folglich bewirkt der an j.ter Stelle codierte Informationsstrom keine Interferenz auf zuvor codierten Strömen. Jedoch bewirkt der an der j.ten Stelle codierte Informationsstrom allgemein eine Interferenz an nachfolgend codierten Informationsströmen, die über nachfolgend eingerichtete räumliche Unterkanäle gesendet werden. Theoretisch kann diese Interferenz ohne Kapazi tätsverlust vollständig neutralisiert werden, indem sie beim Codieren von nachfolgenden Strömen berücksichtigt wird. Praktisch gesprochen können suboptimale Techniken angewendet werden, die diese Interferenz unterdrücken, ohne einen beträchtlichen Ratenverlust nach sich zu ziehen, eine dieser Techniken ist das herkömmliche Tomlinson-Harashima-Vorcodieren. Im nächsten Absatz veranschaulicht ein numerisches Beispiel einige dieser Merkmale.
Man kann beobachten, dass ein erster codierter Informationsstrom, lediglich beispielhaft für den Fall zweier Benutzer, der zu einem Benutzer 2 gehört, einen Gaußschen Kanal ohne Interferenz erfährt. Stattdessen wurden die sukzessiven Vorcodierungsvektoren dahin gehend ausgewählt, dies zu ermöglichen. Im Gegensatz dazu bewirkt der Benutzer 2 auf den zu dem Benutzer 1 gehörenden Informationsströmen eine gewisse Interferenz, da diese Ströme jedoch codiert wurden, nachdem der für den Benutzer 2 bestimmte Strom codiert wurde, kann die Kenntnis der codierten Signalsequenz dazu verwendet werden, diese Interferenz ohne einen Kapazitätsverlust zu neutralisieren. Folglich sind für eine Berechnung der Summenkapazität lediglich die diagonalen Einträge der effektiven Kanalmatrix relevant. Interessanterweise erzielt der Algorithmus eine effektive Diagonalisierung der abschließenden Einzelbenutzerkanalmatrizes auf Grund unterschiedlicher „Kanalunterräume", auf die Signale projiziert werden, so dass zwischen Unterkanälen, die demselben Benutzer zugewiesen sind, keinerlei Interferenz auftritt. Eine Diagonalisierung ergibt sich aus einem Abstimmen von Gewichtungsvektoren an dem Empfänger auf den äquivalenten Kanal, der den Kanal selbst und die Vorcodierungsvektoren eines gegebenen Benutzers aufweist. Deshalb kann man festhalten, dass der Algorithmus eine Kooperation von Empfangselementen nutzt, um eine Mehrstrom-Interferenz zu vermeiden, und dies erfolgt ohne ein Verursachen zusätzlicher Nullforcierungseinschränkungen.
Die vorliegende Erfindung liefert eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines Sendesignal aus einem ersten Benutzersignal, das einem ersten Benutzer zugeordnet ist, und aus einem zweiten Benutzersignal, das einem zweiten Benutzer zugeordnet ist, wobei das Sendesignal, das mittels t Sendepunkten gesendet werden soll, durch einen Empfänger gebildet wird. Im Einzelnen weist das Sendesignal t Sendesignalwerte auf, wobei jeder Sendesignalwert mittels eines anderen Sendepunktes gesendet werden soll, so dass die t Sendesignalwerte gleichzeitig gesendet werden.
Die Vorrichtung weist einen Bereitsteller auf, der dazu konfiguriert ist, einen ersten Satz von Gewichtungskoeffizienten bereitzustellen, die einen ersten Unterraum aufspannen, und einen zweiten Satz von Gewichtungskoeffizienten bereitzustellen, die einen zweiten Unterraum aufspannen, wobei der erste Unterraum und der zweite Unterraum zueinander orthogonal sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der erste Satz von Koeffizienten dahin gehend angeordnet, zumindest einen Vektor zu bilden, der t Koeffizienten aufweist. Demgemäß ist der zweite Satz von Gewichtungskoeffizienten dahin gehend angeordnet, zumindest einen Vektor zu bilden, der t Koeffizienten aufweist.
Die Vorrichtung weist ferner einen Gewichter auf, der dazu konfiguriert ist, das erste Benutzersignal unter Verwendung des ersten Satzes von Gewichtungskoeffizienten zu gewichten, um ein erstes gewichtetes Signals zu erhalten, das eine Projektion des ersten Benutzersignals auf den ersten Unterraum darstellt, und um das zweite Benutzersignal unter Verwendung des zweiten Satzes von Koeffizienten zu gewichten, um ein zweites gewichtetes Signal zu erhalten, das eine Projektion des zweiten Benutzersignals auf den zweiten Unterraum darstellt. Mit anderen Worten ist der Gewichter dazu konfiguriert, das erste Benutzersignal in dem ersten Unterraum anzuordnen und das zweite Benutzersignal in dem zweiten Unterraum anzuordnen, wobei der erste und der zweite Unterraum zueinander orthogonal sind, wobei das erste gewichtete Signal aus einem Gewichten des ersten Benutzersignals resultiert, und wobei das zweite gewichtete Signal aus einem Gewichten des zweiten Benutzersignals resultiert.
Die Vorrichtung weist ferner einen Überlagerer auf, der dazu konfiguriert ist, das erste gewichtete Signal und das zweite gewichtete Signal zu überlagern, um das Sendesignal zu erhalten.
Die obige Vorrichtung kann durch einen gemeinsamen Sender (z. B. eine Basisstation) gebildet sein, der bzw. die dazu konfiguriert ist, das Sendesignal gleichzeitig mit einem ersten Empfänger, der dem ersten Benutzer zugeordnet ist, und mit einem zweiten Empfänger, der dem zweiten Benutzer zugeordnet ist, zu senden. Die vorliegende Erfindung liefert somit ferner einen Sender, der die Vorrichtung zum Bereitstellen des Sendesignals und t Sendepunkteaufweist, wobei jeder Sendepunkt z. B. einen Digital/Analog-Wandler, einen Verstärker und eine Sendeantenne aufweist.
Unter erneuter Bezugnahme auf die Vorrichtung zum Bereitstellen des Sendesignals kann der Bereitsteller dazu konfiguriert sein, den ersten Satz von Koeffizienten bereitzustellen, der dahin gehend angeordnet ist, eine erste Matrix zu bilden, die m Eigenvektoren aufweist, die den ersten Unterraum aufspannen, wobei m gleich oder größer als eins ist. Demgemäß ist der Bereitsteller dazu konfiguriert, den zweiten Satz von Koeffizienten bereitzustellen, der dahin gehend angeordnet ist, eine zweite Matrix zu bilden, die n Eigenvektoren aufweist, wobei n gleich oder größer als 1 ist, wobei n gleich m ist oder sich von m unterscheidet. Der Gewichter kann in diesem Fall dazu konfiguriert sein, eine matrixweise Multiplikation durchzuführen, d. h. das erste Benutzersignal mit der ersten Matrix zu multiplizieren, um das erste gewichtete Signal zu erhalten, und das zweite Benutzersignal mit der zweiten Matrix zu multiplizieren, um das zweite Benutzersignal zu erhalten.
Überdies kann der Bereitsteller dazu konfiguriert sein, eine Anzahl m von Eigenvektoren bereitzustellen, die zum Gewichten des ersten Benutzersignals verwendet werden sollen, und eine Anzahl n von Eigenvektoren bereitzustellen, die zum Gewichten des zweiten Benutzersignals verwendet werden sollen, je nach einer Übertragungseigenschaft, die einem Senden des ersten Benutzersignals oder einem Senden des zweiten Benutzersignals zugeordnet ist. Dieses Thema wurde bereits in Verbindung mit der oben beschriebenen Vorrichtung zum Erzeugen der Gewichtungskoeffizienten erörtert. Somit kann der Bereitsteller dazu konfiguriert sein, Eigenvektoren bereitzustellen, so dass eine Dienstqualitätsanforderung, die durch die Übertragungseigenschaft gebildet wird, erfüllt ist.
Beispielsweise ist der Bereitsteller dazu konfiguriert, die m Eigenvektoren bereitzustellen, die zum Gewichten des ersten Benutzersignals verwendet werden sollen, um die Übertragungseigenschaft, die einem Senden des ersten Benutzersignals zugeordnet ist, zu erfüllen, und die n Eigenvektoren bereitzustellen, die zum Gewichten des zweiten Benutzersignals verwendet werden sollen, nachdem er die m Eigenvektoren, die zum Gewichten des zweiten Benutzersignals verwendet werden sollen, bereitgestellt hat. Mit anderen Worten kann der Bereitsteller dazu konfiguriert sein, die Eigenvektoren zum Projizieren verschiedener Benutzersignale auf verschiedene Unterräume, wobei die verschiedenen Unterräume zueinander orthogonal sind, auf iterative und sukzessive Weise bereitzustellen.
Ferner kann der Bereitsteller dazu konfiguriert sein, die m Eigenvektoren, die zum Gewichten des ersten Benutzersignals verwendet werden sollen, und die n Eigenvektoren, die zum Gewichten des zweiten Benutzersignals verwendet werden sollen, gemeinsam bereitzustellen, um eine gemeinsame Übertragungseigenschaft, die einem Senden des ersten Benutzersignals und des zweiten Benutzersignals zugeordnet ist, zu erfüllen. Die gemeinsame Übertragungseigenschaft kann bei spielsweise eine minimale tolerierbare Datenrate für den ersten Benutzer, z. B. 128 kbit/s und eine minimale tolerierbare Datenrate für den zweiten Benutzer, z. B. 56 kbit/s, oder dergleichen, umfassen, wie in Verbindung mit der Vorrichtung zum Erzeugen der Gewichtungskoeffizienten beschrieben wurde.
Um Übertragungsressourcen in Form von Unterräumen verschiedenen Benutzern zuzuweisen, kann der Bereitsteller dazu konfiguriert sein, ein Gerechtigkeitskriterium zu berücksichtigen, so dass allen Benutzern ermöglicht wird, Informationen zu senden, und dass kein Benutzer auf Grund einer Nicht-Verfügbarkeit eines Unterraums, der zu bereits zugewiesenen Unterräumen orthogonal ist, davon ausgeschlossen ist, Informationen zu senden.
Deshalb ist der Bereitsteller dazu konfiguriert, die m Eigenvektoren, die zum Gewichten des ersten Benutzersignals verwendet werden sollen, aus einer Mehrzahl von Eigenvektoren auszuwählen, und die n Eigenvektoren, die zum Gewichten des zweiten Benutzersignals verwendet werden sollen, aus der Mehrzahl von Eigenvektoren auszuwählen, wobei der Bereitsteller einen Eigenwertanalysator aufweist, der dazu konfiguriert ist, die Mehrzahl von Eigenwerten, die der Mehrzahl von Eigenvektoren zugeordnet sind, zu analysieren, m Eigenvektoren, die m Eigenwerten, die eine Eigenwerteigenschaft erfüllen, zugeordnet sind, auszuwählen, und n Eigenvektoren, die n Eigenwerten zugeordnet sind, die eine Eigenwerteigenschaft erfüllen, auszuwählen.
Beispielsweise kann der Bereitsteller dazu konfiguriert sein, die m Eigenvektoren, die zum Gewichten des ersten Benutzersignals verwendet werden sollen, aus einem Satz von M Eigenvektoren auszuwählen, und die n Eigenvektoren, die zum Gewichten des zweiten Benutzersignals verwendet werden sollen, aus einem Satz von N Eigenvektoren auszuwählen, um Übertragungsanforderungen, z. B. eine Bitfehlerrate, zu erfüllen. Beispielsweise werden lediglich diejenigen Eigen vektoren ausgewählt, die größten Eigenwerten zugeordnet sind, um nicht Benutzersignale Abmessungen zuzuweisen, die einer schwerwiegenden Dämpfung unterliegen.
Außerdem kann der Bereitsteller einen Eigenwertanalysator aufweisen, der dazu konfiguriert ist, die M Eigenwerte, die den M Eigenvektoren zugeordnet sind, zu analysieren, um M Eigenvektoren auszuwählen, die M Eigenwerten zugeordnet sind, die eine Eigenwerteigenschaft erfüllen. Ferner kann der Analysator dazu konfiguriert sein, die N Eigenwerte, die den N Eigenvektoren zugeordnet sind, zu analysieren, um n Eigenvektoren auszuwählen, die n Eigenwerten zugeordnet sind, die eine Eigenwerteigenschaft erfüllen.
In beiden Fällen kann die Eigenwerteigenschaft ein Wert eines Eigenwerts über einer Schwelle sein, beispielsweise über 0,1% des größten Eigenwerts eines jeweiligen Satzes von Eigenwerten.
Allgemein kann der Analysator dazu konfiguriert sein, eine Mehrzahl von Eigenwerten für alle Eigenvektoren zu bestimmen, die durch den M- und den N-Satz von Eigenvektoren gebildet werden, wobei die Mehrzahl von Eigenwerten einen Eigenwert über einer Eigenwertschwelle aufweist.
Der Bereitsteller liefert m Eigenvektoren, die m größten Eigenwerten zugeordnet sind, die durch die Mehrzahl von Eigenwerten gebildet sind und die Eigenvektoren in dem Satz von M Eigenvektoren zugeordnet sind, und liefert n Eigenvektoren, die n größten Eigenwerten zugeordnet sind, die durch die Mehrzahl von Eigenwerten gebildet sind und die Eigenvektoren in dem Satz von N Eigenvektoren zugeordnet sind.
Mit anderen Worten wird zuerst die Mehrzahl der größten Eigenwerte ausgewählt, ohne zu berücksichtigen, aus welchem Satz von Eigenwerten sie ausgewählt wird, so dass insgesamt lediglich Unterräume verwendet werden, die größten Eigenwerten zugeordnet sind.
Jedoch ist es möglich, dass ein bestimmter Unterraum, der einem bestimmten Kanal zugeordnet ist, wobei der bestimmte Kanal einem bestimmten Benutzer zugeordnet ist, Eigenwerte aufweist, die z. B. unterhalb der Schwelle liegen. In diesem Fall würde dieser Unterraum nicht berücksichtigt, so dass das bestimmte Benutzersignal nicht gesendet würde. Um eine derartige Situation zu verhindern, kann der Bereitsteller lediglich zweitgrößte Eigenwerte auswählen, um bei Benutzern für Gerechtigkeit zu sorgen, so dass jedes Benutzersignal, das einen oder mehrere Werte aufweist, innerhalb eines demselben bzw. denselben zugeordneten Unterraums gesendet werden kann.
Oben wurde erwähnt, dass eine Abmessung eines Unterraums direkt eine erzielbare Datenrate bestimmt. Falls beispielsweise ein Unterraum durch m Eigenvektoren aufgespannt wird, kann ein Benutzersignal, das m Werte aufweist, auf den Unterraum projiziert werden. Somit führt ein Erhöhen von m zu einem Erhöhen der Länge eines Benutzersignals, und umgekehrt. Falls beispielsweise ein Unterraum durch lediglich einen Eigenvektor aufgespannt wird, dann ist m dementsprechend gleich 1, und lediglich ein Wert, der ein Benutzersignal darstellt, kann gesendet werden.
Falls für jeden Unterraum eine Anzahl von Eigenvektoren gewählt wird, um eine Übertragungseigenschaft oder eine Übertragungsanforderung zu erfüllen, dann ist eine entsprechende Anzahl von Werten jedes Benutzersignals auszuwählen. Diese Aufgabe kann durch den Gewichter durchgeführt werden, der z. B. dazu konfiguriert ist, m Werte aus einem ersten Benutzerdatenstrom auszuwählen, um das erste Benutzersignal zu erhalten, das auf den ersten Unterraum projiziert werden soll, und n Werte aus einem zweiten Benutzerdatenstrom auszuwählen, um das zweite Benutzersignal zu erhalten, das auf den zweiten Unterraum projiziert werden soll.
Jedoch kann die Auswählaufgabe durch eine beliebige andere Entität, die durch die Vorrichtung gebildet wird, ausgeführt werden.
Wie oben erwähnt wurde, können die verschiedenen Benutzersignale dieselben Frequenzen verwenden, da das erfindungsgemäße Benutzertrennungsschema auf einer räumlichen Trennung und nicht auf einer Frequenztrennung beruht. Beispielsweise sind das erste Benutzersignal und das zweite Benutzersignal einem bestimmten Unterträger bei einer bestimmten Frequenz, d. h. bei derselben Frequenz, zugewiesen. Beispielsweise sind das erste Benutzersignal und das zweite Benutzersignal Frequenzbereichs-Benutzersignale, die einem Mehrträger-Modulationsschema, z. B. OFDM, zugeordnet sind, die einem bestimmten Unterträger zugewiesen sind. Mit anderen Worten können das erste und das zweite Benutzersignal Benutzersignalen entsprechen, die bei der bestimmten Frequenz durch Kommunikationskanäle gesendet werden sollen.
Somit kann der Bereitsteller dazu konfiguriert sein, den ersten Satz von Gewichtungskoeffizienten bereitzustellen, die den ersten Unterraum bei der bestimmten Frequenz aufspannen, und den zweiten Satz von Gewichtungskoeffizienten bereitzustellen, die den zweiten Unterraum bei der bestimmten Frequenz aufspannen, um das erste gewichtete Signal und das zweite gewichtete Signal bei der zweiten Frequenz zu erhalten, so dass das resultierende Sendesignal der bestimmten Frequenz zugeordnet ist.
Dieselben Überlegungen gelten für ein weiteres erstes Benutzersignal und ein weiteres zweites Benutzersignal, die weiteren bestimmten Unterträgern bei einer weiteren bestimmten Frequenz zugewiesen sind. Der Bereitsteller kann dazu konfiguriert sein, einen weiteren ersten Satz von Gewichtungskoeffizienten bereitzustellen, die einen weiteren ersten Unterraum bei der weiteren bestimmten Frequenz aufspannen, und einen weiteren zweiten Satz von Gewichtungsko effizienten bereitzustellen, die einen weiteren zweiten Unterraum bei der weiteren bestimmten Frequenz aufspannen, wobei der weitere zweite Unterraum zu dem weiteren ersten Unterraum orthogonal ist, um ein weiteres erstes gewichtetes Signal und ein weiteres zweites gewichtetes Signal bei der weiteren bestimmten Frequenz zu erhalten. Demgemäß kann der Überlagerer dazu konfiguriert sein, das weitere erste und zweite gewichtete Signal und das erste und zweite gewichtete Signal zu überlagern, um ein Sendesignal zu erhalten.
Allgemein kann die erfindungsgemäße Vorrichtung dazu konfiguriert sein, die erfindungsgemäßen Operationen für jede verfügbare Frequenz durchzuführen.
Um Interferenzen, die auf nicht-orthogonale Kanäle zurückzuführen sind, zu reduzieren, können die Unterräume in Abhängigkeit von Räumen ausgewählt werden, in denen Koeffizienten verschiedener Kanäle angeordnet sind. Auf dieses Thema wurde oben ausführlich eingegangen.
Der Bereitsteller kann ferner dazu konfiguriert sein, einen ersten Satz von Koeffizienten bereitzustellen, die einen ersten Unterraum eines ersten Raums aufspannen, in dem Koeffizienten eines ersten Kanals, der sich zwischen der Mehrzahl von Sendepunkten und einem ersten Empfänger erstreckt, angeordnet sind, und einen zweiten Satz von Gewichtungskoeffizienten bereitzustellen, die einen zweiten Unterraum eines zweiten Raumes aufspannen, in dem Koeffizienten eines zweiten Kanals, der sich zwischen der Mehrzahl von Sendepunkten und einem zweiten Empfänger erstreckt, angeordnet sind, wobei der erste Empfänger und der zweite Empfänger einen oder mehrere Empfangspunkte verwenden können, wobei jeder Empfangspunkt eine Empfangsantenne aufweist. Somit werden Interferenzen zwischen dem ersten gewichteten Signal und dem zweiten gewichteten Signal reduziert, wenn das Sendesignal gleichzeitig durch den ersten Kanal und durch den zweiten Kanal gesendet wird.
Da eine Abmessung eines Raums, in dem Kanalkoeffizienten angeordnet sind, von einer Anzahl von Sendepunkten und einer Anzahl von Empfangspunkten abhängt, kann die Anzahl m von Eigenvektoren, die zum Gewichten des ersten Benutzersignals verwendet werden sollen, kleiner als eine oder gleich einer Anzahl von Empfangsantennen eines ersten Empfängers sein, der dem ersten Benutzer zugeordnet ist. Demgemäß ist eine Anzahl n von Eigenvektoren, die zum Gewichten des zweiten Benutzersignals verwendet werden sollen, kleiner als eine oder gleich einer Anzahl von Empfangsantennen eines ersten Empfängers, der dem zweiten Benutzer zugeordnet ist. Somit kann die erfindungsgemäße Vorrichtung a priori eine maximale verfügbare Datenrate für einen Benutzer bestimmen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Bereitsteller dazu konfiguriert sein, die Gewichtungskoeffizienten zu erzeugen, die zum Projizieren der Benutzersignale auf die denselben zugeordneten Unterräume verwendet werden sollen. Beispielsweise kann der Bereitsteller die Vorrichtung zum Erzeugen des ersten Satzes von Gewichtungskoeffizienten und des zweiten Satzes von Gewichtungskoeffizienten umfassen, wie oben beschrieben wurde.
Die obige Vorrichtung ist dazu konfiguriert, Gewichtungskoeffizienten bereitzustellen, die durch einen gemeinsamen Sender verwendet werden sollen, der das Sendesignal an verschiedene Empfänger sendet, die verschiedenen Benutzern zugeordnet sind. Da jedes Benutzersignal auf einen Unterraum projiziert wird, der dem Benutzer zugewiesen ist, kann die Vorrichtung dazu konfiguriert sein, Empfangssätze von Koeffizienten, die dem Satz von Gewichtungskoeffizienten entsprechen, an die verschiedenen Empfänger zu senden, so dass jeder der Empfänger den Unterraum erfassen oder festhalten kann, um ein entsprechendes Benutzersignal zu extrahieren.
Beispielsweise entspricht der erste Satz von Gewichtungskoeffizienten, der zum Projizieren des ersten Benutzersignals verwendet werden soll, einer linken Eigenwertmatrix, die resultiert, wenn eine oben beschriebene Singulärwertzergliederung durchgeführt wird. Demgemäß kann der Satz von Gewichtungskoeffizienten, der durch einen Empfänger verwendet werden soll, der dem ersten Benutzer zugeordnet ist, um den ersten Unterraum zu erfassen, um das erste Benutzersignal zu extrahieren, durch die rechte Eigenwertmatrix gebildet sein, die resultiert, wenn die Singulärwertzergliederung durchgeführt wird. Diese Überlegung gilt allgemein auch für jegliche Mehrzahl von Benutzersignalen, so dass jeder Empfänger einen bestimmten „Unterraum k" zum Extrahieren lediglich von Benutzersignalen aufweist, die auf einen einem jeweiligen Benutzer zugewiesenen Unterraum projiziert werden.
Jedoch kann das erfindungsgemäße Konzept auch auf die Aufwärtsstreckenrichtung angewendet werden, bei der eine Mehrzahl von Empfängern separat Sendesignale, die Benutzersignale aufweisen, an einen gemeinsamen Empfänger sendet, wobei der gemeinsame Empfänger z. B. eine Basisstation ist. Deshalb liefert die vorliegende Erfindung ferner eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines Sendesignals aus einem Benutzersignal, wobei das Sendesignal von t Sendepunkten eines Senders, der dem Benutzer zugeordnet ist, an einen gemeinsamen Empfänger in einer Kommunikationsumgebung gesendet werden soll, in der ein weiterer Sender dazu konfiguriert ist, ein weiteres Sendesignal an den gemeinsamen Empfänger zu senden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das weitere Sendesignal unter Verwendung der erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt werden und eine Projektion eines weiteren Benutzersignals auf einen Unterraum, der dem weiteren Sender zugewiesen ist, darstellen. Die Vorrichtung, die vorzugsweise in jedem Sender, die einander zugeordnet sind, enthalten ist, umfasst einen Bereitsteller zum Bereitstellen eines Satzes von Gewichtungskoeffizienten, die einen Unterraum aufspannen, der dem Sender zugewiesen ist, wobei der Unterraum zu dem dem weiteren Sender zugewiesenen Unterraum orthogonal ist, wobei der Satz von Gewichtungskoeffizienten dahin gehend angeordnet ist, zumindest einen Vektor zu bilden, der t Koeffizienten aufweist. Mit anderen Worten spannt der Satz von Gewichtungskoeffizienten einen Unterraum auf, der zu dem Unterraum oder zu den Unterräumen, der bzw. die bereits durch andere Sender verwendet wird bzw. werden, komplementär ist.
Die Vorrichtung weist ferner einen Gewichter auf, der dazu konfiguriert ist, das Benutzersignal unter Verwendung des Satzes von Koeffizienten zu gewichten, um das Sendesignal zu erhalten, das eine Projektion des Benutzersignals auf den dem Sender zugewiesenen Unterraum darstellt.
Beispielsweise wird der Satz von Gewichtungskoeffizienten durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen der Gewichtungskoeffizienten erzeugt, wobei die Vorrichtung in dem gemeinsamen Empfänger enthalten ist. Somit bestimmt der gemeinsame Empfänger die Sätze von Koeffizienten für jeden Sender, der jedem Benutzer zugeordnet ist, sendet die Koeffizienten an jeden Sender, wobei jeder Sender gleichzeitig ein Empfänger (Sende-/Empfangsgerät) ist, so dass die Komplexität zu der Basisstation hin verschoben wird.
Jedoch kann jeder Sender mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen von Gewichtungskoeffizienten und zum Kommunizieren mit dem gemeinsamen Empfänger ausgestattet sein, wobei der gemeinsame Empfänger über Unterräume entscheidet, die den Sendern so zugewiesen werden sollen, dass eine Orthogonalität zwischen Unterräumen erzielt werden kann.
Dementsprechend können das Benutzersignal und das weitere Benutzersignal einem Unterträger bei einer bestimmten, derselben Frequenz zugewiesen werden, wobei das weitere Sendesignal bei der bestimmten Frequenz gesendet wird. In diesem Fall kann der Bereitsteller dazu konfiguriert sein, den Satz von Gewichtungskoeffizienten, die den dem Sender zugewiesenen Unterraum bei der bestimmten Frequenz aufspannen, bereitzustellen, um das Sendesignal bei der bestimmten Frequenz zu erhalten. Wie oben beschrieben wurde, können demgemäß weitere Benutzersignale bei weiteren Frequenzen auf weitere Unterräume projiziert werden, um eine räumliche Trennung für jede verfügbare Frequenz zu erhalten, so dass die Sender dieselbe Bandbreite verwenden können.
Zusammenfassend kann der Bereitsteller dazu konfiguriert sein, einen weiteren Satz von Koeffizienten bereitzustellen, die einen anderen Unterraum, der dem Sender zugewiesen ist, aufspannen, wobei der andere Unterraum zu dem Unterraum, der dem Sender zugewiesen ist, und zu dem Unterraum, der dem weiteren Sender zugeordnet ist, orthogonal ist, wobei der andere Satz von Gewichtungskoeffizienten dahin gehend angeordnet ist, zumindest einen Vektor zu bilden, der t Koeffizienten aufweist, wobei der Gewichter dazu konfiguriert ist, ein anderes Benutzersignal unter Verwendung des anderen Satzes von Gewichtungskoeffizienten zu gewichten, um ein anderes Sendesignal zu erhalten, das eine Projektion des anderen Benutzersignals auf den anderen Unterraum, der dem Sender zugewiesen ist, darstellt. Ferner kann die Vorrichtung einen Überlagerer aufweisen, der dazu konfiguriert ist, das Sendesignal und das andere Sendesignal zu überlagern, um ein überlagertes Sendesignal zu erhalten, das durch die t Sendepunkte gesendet werden soll. Beispielsweise kann das andere Benutzersignal ein Signal bei einer anderen Frequenz sein, so dass der Überlagerer die Sendesignale bei verschiedenen Frequenzen überlagert.
Wie oben beschrieben wurde, kann der Satz von Gewichtungskoeffizienten m Eigenvektoren aufweisen, die den Unterraum, der dem Sender zugewiesen ist, aufspannen, wobei m gleich oder größer als 1 ist. In diesem Fall kann der Gewichter ferner dazu konfiguriert sein, m Werte aus einem Benutzersignalstrom auszuwählen, um das Benutzersignal zu erhalten, das m Werte aufweist, um eine Datenrate an den verfügbaren Unterraum anzupassen.
Wie oben erwähnt wurde, können die verschiedenen Benutzersignale, die verschiedenen Unterräumen zur Übertragung zugewiesen sind, an einem Empfänger oder an einem jeweiligen Empfänger, der einem jeweiligen Benutzer zugeordnet ist, extrahiert werden, indem der jeweilige Unterraum festgehalten wird und indem die anderen Unterräume unterdrückt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt liefert die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Extrahieren eines ersten Benutzersignals aus einem Empfangssignal, wobei das Empfangssignal durch einen Empfänger empfangen wird, der r Empfangspunkte aufweist, wobei r gleich oder größer als 1 ist. Das Empfangssignal kann eine Überlagerung eines ersten Sendesignals und eines zweiten Sendesignals aufweisen, wobei das erste Sendesignal eine Projektion des ersten Benutzersignals auf einen ersten Unterraum darstellt, das zweite Sendesignal eine Projektion des zweiten Benutzersignals auf einen zweiten Unterraum darstellt, wobei gemäß der vorliegenden Erfindung der erste Unterraum und der zweite Unterraum zueinander orthogonal sind.
Die Vorrichtung kann in einem gemeinsamen Sender oder einem gemeinsamen Empfänger (Basisstation) enthalten sein. Lediglich beispielhaft wird in diesem Fall das erste Sendesignal durch einen ersten Empfänger, der dem ersten Benutzer zugeordnet ist, gesendet, und das zweite Sendesignal wird durch einen zweiten Sender, der einem zweiten Benutzer zugeordnet ist, gesendet. Jedoch kann die Vorrichtung durch z. B. den ersten Empfänger zum Extrahieren des ersten Benutzersignals aus einem Sendesignal, das das erste Sendesignal und das zweite Sendesignal auf eine überlagerte Weise aufweist, gebildet sein. Beispielsweise wird das Sendesignal durch einen gemeinsamen Sender (Basisstation), der den erfindungsgemäßen Lösungsansatz verwendet, erzeugt.
Die Vorrichtung weist einen Bereitstelleren auf, der dazu konfiguriert ist, einen Empfangssatz von Gewichtungskoeffizienten bereitzustellen, die einen dem ersten Unterraum zugeordneten Unterraum aufspannen, wobei der Unterraum zu dem zweiten Unterraum orthogonal ist, wobei der Satz von Gewichtungskoeffizienten dahin gehend angeordnet ist, zumindest einen Vektor zu bilden, der r Koeffizienten aufweist. Ferner weist die Vorrichtung einen Gewichter auf, der dazu konfiguriert ist, das Empfangssignal unter Verwendung des Satzes von Gewichtungskoeffizienten zu gewichten, um den ersten Unterraum zu erfassen, um ein erfasstes Signal, das das erste Benutzersignal aufweist, zu extrahieren, und gleichzeitig dazu, das zweite Unterraumsignal zu unterdrücken, um das zweite Benutzersignal aus dem erfassten Signal auszuschließen, um ein Mehrbenutzer-Trennungsschema gemäß der vorliegenden Erfindung durchzuführen.
Die Vorrichtung weist ferner einen Extraktor auf, der dazu konfiguriert ist, das erste Benutzersignal aus dem erfassten Signal zu extrahieren, um ein extrahiertes erstes Benutzersignal bereitzustellen. Das extrahierte Benutzersignal kann lediglich als Beispiel einen Kanaleinfluss und ein Kanalrauschen umfassen, derart, dass der Extraktor ferner einen Detektor, ein Filter usw. umfassen kann.
Beispielsweise wird das erste Sendesignal aus einem Gewichten des ersten Benutzersignals unter Verwendung eines ersten Satzes von Gewichtungskoeffizienten erhalten, die dahin gehend angeordnet sind, eine Matrix zu bilden, die m Eigenvektoren aufweist, die den ersten Unterraum aufspannen, wobei die Eigenvektoren m Eigenwerten zugeordnet sind, wobei m gleich oder größer als 1 ist. Demgemäß kann der Bereitsteller dazu konfiguriert sein, den Empfangssatz von Gewichtungskoeffizienten bereitzustellen, die dahin gehend angeordnet sind, eine Matrix zu bilden, die m Eigenvektoren aufweist, die den Unterraum aufspannen, wobei die m Eigenvektoren den m Eigenwerten zugeordnet sind, wobei jeder Ei genvektor r Koeffizienten aufweisen kann. In diesem Fall kann der Gewichter dazu konfiguriert sein, eine matrixweise Multiplikation durchzuführen, d. h. das Empfangssignal mit der Matrix zu multiplizieren, um das erfasste Signal zu erhalten. Mit anderen Worten stellt die Matrix einen „Unterraumschlüssel" zum Festhalten des jeweiligen Unterraums dar.
Ferner kann der Bereitsteller dazu konfiguriert sein, einen weiteren Empfangssatz von Gewichtungskoeffizienten bereitzustellen, die einen weiteren Unterraum aufspannen, der dem zweiten Unterraum zugeordnet ist, wobei der weitere Unterraum zu dem ersten Unterraum orthogonal ist, wobei der weitere Empfangssatz von Gewichtungskoeffizienten dahin gehend angeordnet ist, zumindest einen Vektor zu bilden, der r Koeffizienten aufweist. In diesem Fall kann der Gewichter dazu konfiguriert sein, das Empfangssignal unter Verwendung des weiteren Satzes von Gewichtungskoeffizienten zum Erfassen des zweiten Unterraums zu gewichten, um ein weiteres erfasstes Signal, das das zweite Benutzersignal aufweist, zu extrahieren, und den ersten Unterraum zu unterdrücken, um das erste Benutzersignal aus dem weiteren erfassten Signal auszuschließen. Ferner kann der Extraktor dazu konfiguriert sein, das erste Benutzersignal aus dem weiteren erfassten Signal zu extrahieren, wie oben beschrieben wurde.
Beispielsweise wird das erste Sendesignal seitens eines ersten Senders durch einen ersten Kommunikationskanal gesendet, und entsprechend wird das zweite Sendesignal mittels eines zweiten Senders durch einen zweiten Kommunikationskanal gesendet. In diesem Fall kann das weitere erfasste Signal eine verbleibende Interferenz des ersten Benutzersignals aufweisen, die auf eine Nicht-Orthogonalität des ersten und des zweiten Kommunikationskanals zurückzuführen ist. Ferner kann das erste Sendesignal aus einem Gewichten des ersten Benutzersignals unter Verwendung eines ersten Sendesatzes von Koeffizienten (der dem oben beschriebenen Satz von Gewichtungskoeffizienten entspricht) resultieren, und das zweite Sendesignal kann aus einem Gewichten des zweiten Benutzersignals unter Verwendung eines zweiten Sendesatzes von Koeffizienten resultieren. Mit anderen Worten stellt das erste Sendesignal eine Projektion des ersten Benutzersignals auf den ersten Raum unter Verwendung des ersten Unterraums unter Verwendung des ersten Sendesatzes von Koeffizienten dar, und das zweite Sendesignal stellt eine Projektion des zweiten Benutzersignals auf den zweiten Unterraum unter Verwendung des zweiten Sendesatzes von Koeffizienten dar.
Der Extraktor kann in diesem Fall dazu konfiguriert sein, das extrahierte erste Benutzersignal durch den zweiten Sendesatz von Koeffizienten und durch einen Satz von Kanalkoeffizienten, die den ersten Kanal darstellen, zu extrahieren, um ein Hilfssignal zu erhalten, das Hilfssignal von dem Empfangssignal zu subtrahieren, um ein verarbeitetes Empfangssignal zu erhalten, wobei der Gewichter dazu konfiguriert sein kann, das verarbeitete Empfangssignal unter Verwendung des weiteren Satzes von Gewichtungskoeffizienten zu gewichten, um das weitere erfasste Signal, das verringerte Interferenzen aufweist, zu extrahieren. Mit anderen Worten können Restinterferenzen extrahiert werden, bevor ein entsprechender Unterraum erfasst wird.
Beispielsweise kann der Extraktor dazu konfiguriert sein, das erfasste Signal zu umgehen, um das extrahierte erste Benutzersignal bereitzustellen, wenn angenommen werden kann, dass das erste Benutzersignal interferenzfrei ist.
Um den Empfangssatz von Gewichtungskoeffizienten bereitzustellen, kann der Bereitsteller dazu konfiguriert sein, den Empfangssatz von Gewichtungskoeffizienten von einem Sender zu empfangen, der dazu konfiguriert ist, die Gewichtungskoeffizienten zu bestimmen, indem er z. B. das Singulärwertzergliederungsschema durchführt, wie es oben beschrieben wurde. Jedoch kann die erfindungsgemäße Vorrichtung selbst die Vorrichtung zum Erzeugen von Gewichtungskoeffizienten gemäß den obigen Beschreibungen umfassen.
Im Folgenden wird das obige Aufwärtsstrecke-Konzept ausführlicher beschrieben.
Ein Kanalmodell für die Aufwärtsstrecke (dual zu Gleichung 1.3) ist
Als Vorcodierungsvektoren verwenden wir nun Matrizen U_k ^H (die Transponiert-Konjugierte von U_k für die Abwärtsstrecke), d. h. xk = Uk H Xk
An der Basisstation (dem Empfänger) verwenden wir die Transponiert-Konjugierte von Matrizen V_k, d. h.
Die Decodierungsreihenfolge ist bezüglich der Codierungsreihenfolge in der Abwärtsstrecke umgekehrt, d. h. zuerst wird ein Unterkanal J decodiert, für den die Beziehung zwischen Sende- und Empfangssignal wie folgt lautet:
Der erste Term ist gleich null als
in der Abwärtsstrecke.
Nachdem der Strom J erfasst wurde, wird er von dem Signal y subtrahiert, d. h.
und es erfolgt eine Erfassung des Stroms J – 1.
Die Berechnung der Matrizen V_k und U_k erfolgt gemäß dem Algorithmus, der für die Abwärtsstrecke präsentiert wird, unter Verwendung der Konjugiert-Transponierten der Aufwärtsstrecken-Kanalmatrizes.
Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf 4 bis 9 beschrieben, wobei 4 die Durchschnittssummenkapazität für einen Rayleighfadenden, Gaußschen, räumlich unkorrelierten Rundsendekanal zeigt (t = 4, r = 2, K = 2), 5 die Durchschnittssummenkapazität für einen Rayleigh-fadenden, Gaußschen, räumlich korrelierten Rundsendekanal zeigt (t = 4, r_k = 2, K = 2), 6 die Durchschnittssummenrate für einen Rayleighfadenden, räumlich unkorrelierten, Gaußschen Rundsendekanal zeigt (t = 4, r_k = 2, K = 10), 7 eine Durchschnittssummenrate für einen Rayleigh-fadenden, schwach korrelierten, Gaußschen Rundsendekanal zeigt (t = 4, r_k = 2, K = 2, SER = le – 1.), 8 die Durchschnittssummenrate für einen Rayleigh-fadenden, stark korrelierten, Gaußschen Rundsendekanal zeigt (t = 4, r_k = 2, K = 2, SER = le – 1.) und 9 die Durchschnittssummenrate für einen Rayleighfadenden, schwach korrelierten, Gaußschen Rundsendekanal zeigt (t = 4, r_k = 2, K = 10, SER = le – 1.).
Zuerst sind in 4 Kapazitätskurven für ein System mit t = 4 Sendeantennen und zwei Benutzern mit jeweils 2 Antennen gezeigt. Von dem Kanal nimmt man an, dass er ein Rayleigh-Fading ist, räumlich unkorreliert ist und dass N = 1 gilt, d. h. wir haben lediglich einen einzelnen Trägerkanal. Für jede Kanalverwirklichung ist die Summenkapazität durch
gegeben, wobei d_i ^1/2 Gewinne der resultierenden Unterkanäle sind, p_i die für eine Übertragung über den i.ten Unterkanal zugewiesene Leistung ist und σ² die Rauschvarianz ist. Bei den Lösungsansätzen, die auf einem Schmutzpapiercodieren (DPC – dirty paper coding) beruhen, wird die Kapazität in Anbetracht der Elemente in der Diagonalen der effektiven Kanalmatrizes als effektive Unterkanalgewinne berechnet. Die Kapazität wird maximiert, indem die Gesamtsendeleistung gemäß einer Wasserfülllösung (waterfilling solution) über die resultierenden Unterkanäle verteilt wird. Mit Ausnahme von TDMA ohne CSI erzielen alle anderen nicht auf DPC beruhenden Lösungsansätze eine vollständige Diagonalisierung des Kanals. Für TDMA ohne CSI ist die Kapazität durch
gegeben, wobei P_T die Gesamtsendeleistung ist und H_k die Kanalmatrix eines der Benutzer ist.
Der in vorhergehenden Abschnitten beschriebene Algorithmus wird als geordnetes CZF-DPC bezeichnet. Ungeordnetes CZF-DPC bezeichnet einen Algorithmus wie z. B. denjenigen, der in vorhergehenden Absätzen beschrieben wurde, jedoch ohne das Maximaler-Singulärwert-Kriterium für die Wahl des nächsten Unterkanals. Stattdessen werden Benutzern Abmessungen auf sequentielle Weise zugewiesen, d. h. nachdem dem Benutzer 1 so viele Abmessungen zugewiesen wurden, wie er unterstützen kann, werden dem Benutzer 2 Abmessungen zugewiesen, dann dem Benutzer 3 und so weiter. Geordnetes ZF- DPC bezeichnet einen Algorithmus wie denjenigen, der in vorherigen Abschnitten beschrieben wurde, wobei jedoch jeder Kanalausgang als einzelner Benutzer angesehen wird. Diese letzten beiden Algorithmen können als Sonderfälle des hier vorgeschlagenen Algorithmus angesehen werden und weisen einige neuartige Verbesserungen bezüglich Algorithmen des Standes der Technik auf; im Einzelnen fügt das geordnete ZF-DPC dem herkömmlichen ungeordneten ZF-DPC das Ordnungsmerkmal hinzu, und das ungeordnete CZF-DPC beinhaltet den kooperativen Aspekt, was eine der Neuigkeiten unseres Lösungsansatzes ist. Der Lösungsansatz des linearen ZF besteht aus der Inversion des zusammengesetzten Kanals an dem Sender, das lineare CZF (kooperatives ZF) verringert die Anzahl von Einschränkungen, indem es die Kooperationsmöglichkeiten von Empfangselementen, die zu einem selben Benutzer gehören, beachtet. TDMA-CSI wählt willkürlich einen der Benutzer aus und sendet über die Singulärwerte seiner Kanalmatrix. Schließlich geht TDMA kein CSI von keinerlei Kanalkenntnis an dem Sender aus. In diesem Fall wird ein Benutzer zufällig ausgewählt, und Leistung wird gleichmäßig über alle Antennenelemente verteilt.
In 4 beobachten wir, dass der Kapazitätsgewinn von kooperativen DPC-Strategien bezüglich nicht-kooperativen DPC-Techniken vernachlässigbar ist. Überdies scheint die Codierungsreihenfolge eine geringfügige Rolle zu spielen, und alle Kurven liegen sehr nahe an der Sato-Grenze des Rundsendekanals, was die theoretische Obergrenze der Summenkapazität ist. Lösungsansätze eines linearen Nullforcierens weisen dieselbe Neigung auf wie auf DPC beruhende Lösungsansätze. Jedoch bringt die größere Anzahl von Einschränkungen bedeutendere Verluste mit sich. Das lineare CZF weist einen asymptotischen Verlust von 3 Bits pro Kanalnutzung auf, und der nicht-kooperative Lösungsansatz, der auf Grund einer Unterdrückung einer Interferenz zwischen Ausgängen eines selben Benutzers noch stärker eingeschränkt ist, verliert ungefähr 6 Bits pro Kanalnutzung bezüglich DPC-Techniken. Schließlich zeigen die zwei Kurven, die zu TDMA- Lösungsansätzen gehören, bei denen Benutzer nicht räumlich multiplexiert werden, d. h. sie senden in unterschiedlichen Zeitschlitzen, eine Neigung auf, die ungefähr die Hälfte der Neigung von Multiplexierungslösungsansätzen beträgt, und somit wird mit zunehmenden Werten von SNR (signal/noise ratio, Signal/Rausch-Verhältnis) der Kapazitätsverlust willkürlich groß.
In 5 sind Kapazitätskurven für einen korrelierten zusammengesetzten Kanal gezeigt. Nun ist lediglich die Strategie eines geordneten CZF-DPC in der Lage, sich eng an die Sato-Grenze des Rundsendekanals anzunähern. Die Codierungsreihenfolge spielt eine Rolle, da die durch den ersten Vorcodierungsvektor gesammelte Kanalenergie, die nachfolgenden Unterkanälen beträchtliche Einschränkungen auferlegt, für die Summenkapazität wesentlich ist. Auch Kooperation ist wichtig. In der Tat sammelt der erste Vorcodierungsvektor bei einem nicht-kooperativen Lösungsansatz lediglich Energie von einem Kanalvektor, während der erste Vorcodierungsvektor bei dem kooperativen Lösungsansatz Energie von einer Kanalmatrix sammelt. Lösungsansätze eines linearen Nullforcierens leiden auf dramatische Weise unter dem rauschverstärkungsähnlichen Effekt, der auf die vielen Orthogonalitätseinschränkungen und den niedrigen Rang der Kanalmatrix zurückzuführen ist. Schließlich zeigen Nicht-Multiplexierungslösungsansätze ähnliche Neigungen wie DPC-basierte Lösungsansätze. Dies ist darauf zurückzuführen, dass nun jegliche der Einzelbenutzerkanalmatrizes fast denselben Rang haben wie der zusammengesetzte Kanal selbst.
6 zeigt Kapazitätskurven für einen räumlich unkorrelierten Rundsendekanal mit vier Sendeantennen und zehn Benutzern mit jeweils zwei Antennen. Nun gilt t < r₁ + ... + r₁₀, und somit ist abgesehen von einer Ordnung auch eine Auswahl von Benutzern und Unterkanälen wichtig. Geordnetes CZF-DPC und geordnetes ZF-DPC optimieren gleichzeitig die Codierungsreihenfolge, die Auswahl von Benutzern und die Zuweisung von räumlichen Abmessungen zu Benutzern. Dies schlägt sich in einem asymptotischen Gewinn von ungefähr 7 Bits in Bezug auf DPC-basierte Nullforcierungsalgorithmen nieder, die darin fehlschlagen, eine Benutzerauswahl durchzuführen, was als Unterträgerzuteilung angesehen werden kann, falls N > 1. Lösungsansätze, die weder eine Benutzerauswahl noch ein räumliches Multiplexieren durchführen, d. h. Benutzer werden entweder im Frequenz- oder im Zeitbereich getrennt, führen zu Kapazitätsverlusten bezüglich des optimalen Lösungsansatzes von sogar 5 Bits pro Kanalnutzung, sogar bei relativ niedrigen SNR-Werten. Dieser Verlust nimmt mit steigendem SNR zu.
In 7, 8 und 9 sind Simulationsergebnisse für einen Mehrträgerrundsendekanal mit N = 1024 präsentiert. Die Kurven zeigen codierte Summenraten, die mit jedem der Lösungsansätze erhalten werden können, ohne eine Symbolfehlerrate von 10^–1 zu überschreiten. Für die DPC-basierten Lösungsansätze wird eine Interferenzneutralisierung durchgeführt, indem ein Tomlinson-Harashima-Vorcodierer (THP – Tomlinson-Harashima precoder) verwendet wird. Über den Satz von Raum/Frequenz-Unterkanälen, die den Benutzern zugewiesen sind, wurde eine Ladetechnik angewendet, die auf der Ratenmaximierungstechnik beruht, die bei J. Cioffi, „A Multicarrier Primer" in ANSI T1E1.4 Committee Contribution, Nov. 1991, beschrieben ist. Dadurch wurden lediglich Quadrat-QAM-Konstellationen verwendet, und die genaue Anzahl von nächstliegenden benachbarten Punkten im Durchschnitt für eine gegebene Konstellation wurde betrachtet (bei THP weist die effektive Konstellation an dem Empfänger immer vier Nachbarn auf, ungeachtet der für die Übertragung verwendeten tatsächlichen Konstellation). OFDMA-Dynamik bezieht sich auf einen Lösungsansatz, der auf jedem Unterträger lediglich den Benutzer mit der größten Matrixnorm bedient. Im Gegensatz dazu verwendet OFDMA-Statik keinerlei Kriterium für die Wahl von Benutzern, die auf einem bestimmten Unterträger bedient werden, d. h. sie nimmt nur einen Benutzer auf eine vordefinierte Weise. Im Grunde entsprechen die Ergebnisse denen, die durch Kapazitätssimulationen erhalten wurden. Jedoch beweisen diese Kurven die Implementierungsfähigkeit der beschriebenen Vorgehensweise unter Verwendung von Standardtechniken wie z. B. THP und Bit- und Leistungsladen (power loading) und belegen den Leistungsfähigkeitsgewinn, den eine derartige Implementierung im Vergleich zu anderen Lösungsansätzen des Standes der Technik bietet.
Der erfindungsgemäße Lösungsansatz kann zum Durchführen einer Unterkanalzuteilung bei Punkt-Zu-Mehrpunkt-MIMO-Kanälen bei einer vollkommenen Kanalkenntnis an dem Sender verwendet werden.
Das Verfahren ist sehr allgemein und gilt für jegliche Anzahl von Kanaleingängen und -ausgängen. In Kombination mit einer Schmutzpapiercodierungstechnik führt es zu einer effektiven Diagonalisierung des Kanals, über den Ladetechniken ohne weiteres angewendet werden können. Der Algorithmus liefert Vorcodierungsvektoren, Gewichtungsvektoren und eine Codierungsreihenfolge, die eine Summenkapazität des Systems erzielen, die nahe an der theoretischen Grenze liegt. Bei einem Mehrträgersystem liefert die Ordnungsfähigkeit des Verfahrens gleichzeitig ein Kriterium bezüglich dessen, wie Benutzer Unterträgern zugewiesen werden sollen. Für die meisten Kanalszenarios und Signal/Rausch-Verhältnisse liegt die anhand des Verfahrens erzielte Summenrate deutlich über den Summenraten, die anhand von Verfahren des Standes der Technik erzielt werden, beispielsweise anhand von Lösungsansätzen eines linearen Nullforcierens, ZF-DPC ohne Ordnung oder Nicht-Multiplexierungs-Lösungsansätzen wie z. B. TDMA oder OFDMA. Ebenfalls neuartig sind „verschlechterte" Sonderfälle dieses Algorithmus wie z. B. ZF-DPC mit Ordnung, was im Grunde derselbe Algorithmus ist, wo jedoch jeder Kanalausgang als unterschiedlicher Benutzer angesehen wird, und CZF-DPC ohne Ordnung, bei dem das Kriterium für die Zuweisung des nächsten Unterkanals ignoriert wird und die Wahl zufällig getroffen wird.
Die Erfindung liefert einen Lösungsansatz für eine Unterkanalzuteilung bei Mehrträger-Punkt-Zu-Mehrpunkt-Kommunikationssystemen (Mehrbenutzer-Abwärtsstrecke), bei denen die individuelle Kommunikationsverbindung durch mehrere Antennen sowohl an dem Zugriffspunkt (Tx, transmit, senden) als auch an der Empfängereinheit (Rx, receive, empfangen) unterstützt wird.
Es wird eine Erzeugung von Unterkanälen an Benutzer bei einem Mehrbenutzer-Szenario vorgeschlagen, das auf Singulärvektoren des vorkonditionierten Übertragungskanals beruht, bei dem die Vorkonditionierung von der Interferenzunterdrückung für Benutzer, die bereits in einem vorherigen Schritt der gesamten iterativen Zuteilung von Unterkanälen zu Benutzern betrachtet wurden, abhängt. Der Interferenzumfang an Benutzer, die noch nicht durch das Vorkonditionieren berücksichtigt wird, wird durch hinreichend bekannte Techniken eines sukzessiven Codierens (Schmutzpapiercodieren und implementierbare Versionen desselben) berücksichtigt, wenn Daten durch die zugewiesenen Unterkanäle gesendet werden sollen.
Ein wichtiges Merkmal der vorgeschlagenen Algorithmen kommt bei einem Mehrträgersystem ins Spiel, bei dem der Algorithmus auf jedem Unterträger gleichzeitig ausgeführt werden kann. In diesem Fall führt der zusätzliche Freiheitsgrad im Frequenzbereich dazu, dass der vorgeschlagene Lösungsansatz weitgehend unabhängig von einer Anzahl von Benutzern und einer Gesamtanzahl von Empfangsantennen ist. Nach der Zuteilung von Unterkanälen im räumlichen und im Frequenzbereich kann folglich jegliche bekannte Ladetechnik ausgeführt werden. Die Ordnung einer Unterkanalzuteilung und die resultierende Strategie des sukzessiven Codierens und Vorkonditionierens kann mit einer beliebigen weiteren Planungsstrategie auf der Basis von auf Kriterien von höheren Protokollschichten kombiniert werden.
Die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Lösungsansatzes sind folgende:

• sukzessives Codieren in Kombination mit der Diagonalisierung von (vorkonditionierten) Übertragungskanälen im räumlichen Bereich und dem Ordnungskriterium
• sukzessives Codieren in Kombination mit der Diagonalisierung von (vorkonditionierten) Übertragungskanälen bei einem beliebigen System mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen, bei dem ein Nebensprechen zwischen Unterkanälen stattfindet
• Unabhängigkeit von der Anzahl von Benutzern und der Gesamtanzahl von Empfangsantennen durch Ausnutzung der Diversität zwischen Unterträgern eines Mehrträgersystems
• Unabhängigkeit von der Anzahl von Benutzern und der Gesamtanzahl von Empfangsantennen durch Ausnutzung der Diversität zwischen Unterträgern von Mehrfach-Ausbreitung-Codes (multiple spreading codes), Zeitschlitzen und Frequenzbändern
• alternative Codierungsordnung auf der Basis weiterer Planungsstrategien.

Außerdem können alle oben beschriebenen Vorrichtungen dazu konfiguriert sein, Eigenvektoren und/oder Unterräume im Eigenvektor-Modus und/oder im Unterraum-Modus iterativ zu bestimmen.
Ferner können die erfindungsgemäßen Merkmale, die in Bezug auf verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben sind, miteinander kombiniert werden. Außerdem können erfindungsgemäße Merkmale, die in Bezug auf ein Ausführungsbeispiel beschrieben sind, alle Merkmale entsprechender Merkmale eines anderen Ausführungsbeispiels umfassen.
Ferner können die erfindungsgemäßen Verfahren in Abhängigkeit von bestimmten Implementierungsanforderungen der erfindungsgemäßen Verfahren in Hardware oder in Software implementiert werden. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums durchgeführt werden, insbesondere einer Diskette oder einer CD, auf dem bzw. der elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können, dass die erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt werden. Allgemein ist die vorliegende Erfindung somit ein Computerprogrammprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode, wobei der Programmcode zum Durchführen zumindest eines der erfindungsgemäßen Verfahren konfiguriert ist, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer läuft. Mit anderen Worten sind die erfindungsgemäßen Verfahren somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen der erfindungsgemäßen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer läuft.

Claims

Vorrichtung zum iterativen Erzeugen eines ersten Satzes von Gewichtungskoeffizienten und zum iterativen Erzeugen eines zweiten Satzes von Gewichtungskoeffizienten, wobei der erste Satz von Gewichtungskoeffizienten zum Gewichten eines ersten Benutzersignals, das einem ersten Benutzer zugeordnet ist, verwendet werden soll, um ein erstes Sendesignal zu erhalten, und wobei der zweite Satz von Gewichtungskoeffizienten zum Gewichten eines zweiten Benutzersignals verwendet werden soll, um ein zweites Sendesignal zu erhalten, wenn eine Unterkanalzuteilung bei einem Mehrträger-Punkt-zu-Mehrpunkt-MIMO-Kommunikations-system durchgeführt wird, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: eine Einrichtung zum Berechnen von m Eigenvektoren, die einen ersten Unterraum eines Raums aufspannen, wobei m gleich oder größer als 1 ist, wobei die m Eigenvektoren den ersten Satz von Gewichtungskoeffizienten für den ersten Benutzer bilden, und zum Berechnen von n Eigenvektoren, die einen zweiten Unterraum eines weiteren Raums aufspannen, wobei der zweite Unterraum orthogonal zu dem ersten Unterraum ist, wobei n gleich oder größer als 1 ist, wobei die n Eigenvektoren den zweiten Satz von Koeffizienten für den zweiten Benutzer bilden, so dass das erste Sendesignal eine Projektion des ersten Benutzersignals auf den ersten Unterraum darstellt und das zweite Sendesignal eine Projektion des zweiten Benutzersignals auf den zweiten Unterraum darstellt, wobei die Einrichtung zum Berechnen folgende Merkmale aufweist: einen Gewichter (101), der zum Gewichten einer ersten Kanalmatrix, die einen ersten Kanal darstellt, der dem ersten Benutzer zugeordnet ist, unter Verwendung eines Satzes von Projektionskoeffizienten, die einen Projektionsunterraum aufspannen, um eine projizierte erste Kanalmatrix zu erhalten, die eine Projektion der ersten Kanalmatrix auf den Projektionsunterraum darstellt, oder zum Gewichten einer zweiten Kanalmatrix, die einen zweiten Kanal darstellt, der dem zweiten Benutzer zugeordnet ist, unter Verwendung eines Satzes von Projektionskoeffizienten, die einen Projektionsunterraum aufspannen, um eine projizierte zweite Kanalmatrix zu erhalten, die eine Projektion der zweiten Kanalmatrix auf den Projektionsunterraum darstellt, konfiguriert ist; einen Unterraumzergliederer (103), der zum Durchführen einer Singulärwertzergliederung der projizierten ersten Kanalmatrix, um eine erste Mehrzahl von Eigenvektoren zu erhalten, die Eigenwerten zugeordnet sind, oder zum Durchführen einer Singulärwertzergliederung der zweiten projizierten Kanalmatrix, um eine zweite Mehrzahl von Eigenvektoren zu erhalten, die Eigenwerten zugeordnet sind, konfiguriert ist; einen Selektor (105), der zum Auswählen von s Eigenvektoren aus der ersten Mehrzahl von Eigenvektoren, wobei s gleich oder größer als 0 und gleich oder kleiner als m ist, oder zum Auswählen von s Eigenvektoren aus der zweiten Mehrzahl von Eigenvektoren, wobei s gleich oder größer als Null und gleich oder kleiner als n ist, konfiguriert ist; einen Unterraumausschließer (107), der zum Subtrahieren eines Unterraums, der durch die s Eigenvektoren aufgespannt wird, von dem Projektionsunterraum, der durch den Satz von projizierenden Koeffizienten aufge spannt wird, um einen verringerten Projektionsunterraum zu erhalten, der als ein Projektionsunterraum bei einer weiteren Iteration verwendet werden soll, konfiguriert ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der Gewichter (101) zum Gewichten der ersten Kanalmatrix und der zweiten Kanalmatrix unter Verwendung desselben Satzes von Projektionskoeffizienten konfiguriert ist, um die projizierte erste und zweite Kanalmatrix zu erhalten, die eine Projektion der ersten Kanalmatrix bzw. der zweiten Kanalmatrix auf denselben Projektionsunterraum darstellen; wobei der Unterraumzergliederer (103) zum Durchführen einer Singulärwertzergliederung der projizierten ersten und zweiten Kanalmatrix konfiguriert ist, um eine Mehrzahl von Eigenvektoren zu erhalten, die Eigenwerten zugeordnet sind, wobei die Mehrzahl von Eigenvektoren die erste und die zweite Mehrzahl von Eigenvektoren aufweist, und wobei der Selektor (105) zum Auswählen der s Eigenvektoren in Abhängigkeit von einer Übertragungseigenschaft, die einem Übertragen des ersten oder des zweiten Sendesignals zugeordnet ist, konfiguriert ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der der Selektor (105) zum Auswählen eines bestimmten Eigenwerts aus der Mehrzahl von Eigenwerten, wobei der bestimmte Eigenwert der Übertragungseigenschaft zugeordnet ist, zum Auswählen eines Eigenvektors, der bestimmten Eigenwerten zugeordnet ist, und zum Auswählen von s – 1 Eigenvektoren, die dem Benutzer zugeordnet sind, welcher dem bestimmten Eigenwert zugeordnet ist, konfiguriert ist, um die s Eigenvektoren zu erhalten.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Unterraumausschließer (107) zum Bestimmen eines Satzes von Unterraumkoeffizienten, die den Unterraum unter Verwendung der s Eigenvektoren darstellen, und zum Subtrahieren des Satzes von Unterraumkoeffizienten von dem Satz von Projektionskoeffizienten konfiguriert ist, um aktualisierte Projektionskoeffizienten zu erhalten, die den verringerten Projektionsunterraum darstellen; wobei der Gewichter (101) zum Gewichten der ersten Kanalmatrix und der zweiten Kanalmatrix unter Verwendung der aktualisierten Projektionskoeffizienten, um eine aktualisierte projizierte erste Kanalmatrix zu erhalten, die eine Projektion der ersten Kanalmatrix auf den verringerten Projektionsunterraum darstellt, und zum Erhalten einer aktualisierten projizierten zweiten Kanalmatrix, die eine Projektion der zweiten Kanalmatrix auf den verringerten Projektionsunterraum darstellt, konfiguriert ist; wobei der Unterraumzergliederer (103) zum Durchführen einer Singulärwertzergliederung der aktualisierten projizierten ersten Kanalmatrix und der aktualisierten projizierten zweiten Kanalmatrix, um eine Mehrzahl von Eigenvektoren zu erhalten, die Eigenwerten zugeordnet sind, konfiguriert ist, und wobei der Selektor (105) zum Auswählen von s weiteren Eigenvektoren konfiguriert ist, die dem ersten Benutzer zugeordnet sind, aus der Mehrzahl von Eigenvektoren, wobei s gleich oder größer als Null und gleich oder kleiner als m ist, oder zum Auswählen von s weiteren Eigenvektoren, die dem zweiten Benutzer zugeordnet sind, aus der Mehrzahl von Eigenvektoren, wobei s gleich oder größer als Null und gleich oder kleiner als n ist, und wobei ein Unterraum, der durch die s weiteren Eigenvektoren aufge spannt wird, orthogonal zu einem Unterraum angeordnet ist, der durch Eigenvektoren aufgespannt wird, die bei einer vorherigen Iteration bereitgestellt wurden, und wobei der Unterraumausschließer (107) zum Subtrahieren eines Unterraums, der durch die s weiteren Eigenvektoren aufgespannt wird, von dem verringerten Projektionsunterraum, konfiguriert ist, um einen weiteren Projektionsunterraum zu erhalten, der als ein Projektionsunterraum bei einer weiteren Iteration verwendet werden soll.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Gewichter (101) zum Gewichten der ersten Kanalmatrix unter Verwendung eines ersten Satzes von projizierenden Koeffizienten konfiguriert ist, um eine projizierte erste Kanalmatrix zu erhalten, wobei der erste Satz von projizierenden Koeffizienten einen Projektionsunterraum aufspannt, wobei die projizierte erste Kanalmatrix eine Projektion der ersten Kanalmatrix auf den Projektionsunterraum darstellt; wobei der Unterraumzergliederer (103) zum Durchführen einer Singulärwertzergliederung der projizierten ersten Kanalmatrix konfiguriert ist, um eine Mehrzahl von Eigenwerten bereitzustellen, die Eigenvektoren zugeordnet sind; wobei der Selektor (105) zum Auswählen von m Eigenwerten aus der Mehrzahl von Eigenwerten, wobei m gleich oder größer als 1 ist, und zum Bereitstellen von m Eigenvektoren, die den m Eigenwerten zugeordnet sind, als ersten Satz von Gewichtungskoeffizienten, konfiguriert ist, wobei die m Eigenvektoren den ersten Unterraum aufspannen; wobei der Unterraumausschließer (107) zum Bereitstellen eines zweiten Satzes von Projektionskoeffizienten, die einen verringerten Projektionsunterraum aufspannen, konfiguriert ist, wobei der Unterraumausschließer (107) zum Ausschließen des ersten Unterraums aus dem Projektionsunterraum konfiguriert ist, um den verringerten Projektionsunterraum zu erhalten, der durch den zweiten Satz von Projektionskoeffizienten aufgespannt wird; wobei der Gewichter (101) zum Gewichten einer zweiten Kanalmatrix, die einen zweiten Kanal darstellt, der dem zweiten Benutzer zugeordnet ist, unter Verwendung des zweiten Satzes von projizierenden Koeffizienten, konfiguriert ist, um eine projizierte zweite Kanalmatrix zu erhalten, wobei die projizierte zweite Kanalmatrix eine Projektion der zweiten Kanalmatrik auf den verringerten Projektionsunterraum darstellt; wobei der Unterraumzergliederer (103) zum Durchführen einer Singulärwertzergliederung der projizierten zweiten Kanalmatrix konfiguriert ist, um eine weitere Mehrzahl von Eigenwerten zu erhalten, die Eigenvektoren zugeordnet sind; und wobei der Selektor (105) zum Auswählen von n Eigenwerten aus der weiteren Mehrzahl von Eigenwerten, wobei n gleich oder größer als 1 ist, und zum Bereitstellen von n Eigenvektoren, die den n Eigenwerten zugeordnet sind, als den zweiten Satz von Gewichtungskoeffizienten, wobei die n Eigenvektoren den zweiten Unterraum aufspannen, konfiguriert ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, bei der das erste Sendesignal durch t Sendepunkte übertragen und durch r Empfangspunkte empfangen werden soll, wobei der Unterraumzergliederer (103) zum Bereitstellen der Mehrzahl von Eigenvektoren konfiguriert ist, die angeordnet sind, um eine erste Eigenvektormatrix und eine zweite Eigenvektormatrix zu bilden, wobei die Eigenvektoren der ersten Eigenvektormatrix t Koeffizienten aufweisen und die Eigenvektoren der zweiten Eigenvektormatrix r Koeffizienten aufweisen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5 oder 6, bei der der Selektor (105) zum Auswählen der m Eigenwerte aus der Mehrzahl von Eigenwerten und zum Auswählen der n Eigenwerte aus der weiteren Mehrzahl von Eigenwerten in Abhängigkeit von einer Übertragungseigenschaft, die einem Übertragen des ersten Sendesignals oder einem Übertragen des zweiten Sendesignals zugeordnet ist, konfiguriert ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Übertragungseigenschaft Folgendes aufweist: ein Maximieren einer Datenrate des ersten Benutzersignals, ein Maximieren einer Datenrate des zweiten Benutzersignals, ein Maximieren einer Datenrate des ersten Benutzersignals für eine bestimmte Datenrate des zweiten Benutzersignals, ein gemeinsames Maximieren der Datenrate des ersten Benutzersignals und des zweiten Benutzersignals, ein Minimieren einer Übertragungsverzögerung, die einem Übertragen des ersten Benutzersignals zugeordnet ist, ein gemeinsames Minimieren einer Übergangsverzögerung, die einem gleichzeitigen Übertragen des ersten Benutzersignals und des zweiten Benutzersignals zugeordnet ist, Dienstqualitätsanforderungen, die einem Übertragen des ersten Benutzersignals oder des zweiten Benutzersignals oder Dämpfung des ersten Benutzersignals oder des zweiten Benutzersignals während einer Übertragung zugeordnet sind.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der der Unterraumausschließer (107) zum Erzeugen eines Satzes von Koeffizienten, der Koeffizienten aufweist, die den ersten Unterraum aufspannen, und zum Subtra hieren des Satzes von Koeffizienten von dem ersten Satz von Projektionskoeffizienten, um den zweiten Satz von Projektionskoeffizienten bereitzustellen, konfiguriert ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der der Satz von Projektionskoeffizienten angeordnet ist, um eine Matrix zu bilden, und bei der der Gewichter (101) zum Durchführen einer matrixweisen Multiplikation konfiguriert ist, um die projizierte erste oder zweite Kanalmatrix zu erhalten.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, die ferner einen Eigenwertanalysator aufweist, der zum Analysieren von Eigenwerteigenschaften konfiguriert ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der das erste Benutzersignal einem Unterträger bei einer bestimmten Frequenz zugeordnet ist, bei der das zweite Benutzersignal einem Unterträger bei der bestimmten Frequenz zugeordnet ist, wobei die Einrichtung zum Berechnen für ein Berechnen des ersten und des zweiten Satzes von Gewichtungskoeffizienten für die bestimmte Frequenz konfiguriert ist, derart, dass das erste Sendesignal und das zweite Sendesignal Signale bei der bestimmten Frequenz sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei die Vorrichtung ferner zum Erzeugen eines weiteren ersten Satzes von Gewichtungskoeffizienten bei einer weiteren bestimmten Frequenz, der zum Gewichten eines weiteren ersten Benutzersignals, das dem ersten Benutzer und der weiteren bestimmten Frequenz zugeordnet ist, verwendet werden soll, um ein weiteres erstes Sendesignal bei der weiteren bestimmten Frequenz zu erhalten, und zum Erzeugen eines weiteren zweiten Satzes von Gewichtungskoeffizienten bei der weiteren bestimmten Frequenz, der zum Gewichten eines weiteren zweiten Benutzersignals, das dem zweiten Benutzer und der weiteren bestimmten Frequenz zugeordnet ist, verwendet werden soll, um ein weiteres zweites Sendesignal bei der weiteren bestimmten Frequenz zu erhalten, konfiguriert ist, wobei die Einrichtung zum Berechnen für ein Berechnen von p Eigenvektoren, die einen weiteren ersten Unterraum eines anderen Raums bei der weiteren bestimmten Frequenz aufspannen, wobei p gleich oder größer als 1 ist und die p Eigenvektoren den weiteren ersten Satz von Koeffizienten für den ersten Benutzer bilden, und zum Berechnen von q Eigenvektoren, die einen zweiten Unterraum eines anderen weiteren Raums bei der weiteren bestimmten Frequenz aufspannen, wobei die q Eigenvektoren den weiteren zweiten Satz von Gewichtungskoeffizienten bilden, wobei q gleich oder größer als 1 ist, und wobei der andere weitere Unterraum orthogonal zu dem anderen Unterraum angeordnet ist, konfiguriert ist.
Verfahren zum iterativen Erzeugen eines ersten Satzes von Gewichtungskoeffizienten und zum iterativen Erzeugen eines zweiten Satzes von Gewichtungskoeffizienten, wobei der erste Satz von Gewichtungskoeffizienten zum Gewichten eines ersten Benutzersignals, das einem ersten Benutzer zugeordnet ist, verwendet werden soll, um ein erstes Sendesignal zu erhalten, und wobei der zweite Satz von Gewichtungskoeffizienten zum Gewichten eines zweiten Benutzersignals verwendet werden soll, um ein zweites Sendesignal zu erhalten, wenn eine Unterkanalzuteilung bei einem Mehrträgerpunkt-zu-Mehrpunkt-MIMO-Kommunikationssystem durchgeführt wird, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Berechnen von m Eigenvektoren, die einen ersten Unterraum eines Raums aufspannen, wobei m gleich oder grö ßer als 1 ist, wobei die m Eigenvektoren den ersten Satz von Gewichtungskoeffizienten für den ersten Benutzer bilden, und Berechnen von n Eigenvektoren, die einen zweiten Unterraum eines weiteren Raums aufspannen, wobei der zweite Unterraum orthogonal zu dem ersten Unterraum ist, wobei n gleich oder größer als 1 ist, wobei die n Eigenvektoren den zweiten Satz von Koeffizienten für den zweiten Benutzer bilden, so dass das erste Sendesignal eine Projektion des ersten Benutzersignals auf den ersten Unterraum darstellt und das zweite Sendesignal eine Projektion des zweiten Benutzersignals auf den zweiten Unterraum darstellt, wobei der Schritt eines Berechnens folgende Unterschritte aufweist: Gewichten einer ersten Kanalmatrix, die einen ersten Kanal darstellt, der dem ersten Benutzer zugeordnet ist, unter Verwendung eines Satzes von Projektionskoeffizienten, die einen Projektionsunterraum aufspannen, um eine projizierte erste Kanalmatrix zu erhalten, die eine Projektion der ersten Kanalmatrix auf den Projektionsunterraum darstellt, oder Gewichten einer zweiten Kanalmatrix, die einen zweiten Kanal darstellt, der dem zweiten Benutzer zugeordnet ist, unter Verwendung eines Satzes von Projektionskoeffizienten, die einen Projektionsunterraum aufspannen, um eine projizierte zweite Kanalmatrix zu erhalten, die eine Projektion der zweiten Kanalmatrix auf den Projektionsunterraum darstellt; Durchführen einer Singulärwertzergliederung der projizierten ersten Kanalmatrix, um eine erste Mehrzahl von Eigenvektoren zu erhalten, die Eigenwerten zugeordnet sind, oder Durchführen einer Singulärwertzergliederung der zweiten projizierten Kanalmatrix, um eine zweite Mehrzahl von Eigenvektoren zu erhalten, die Eigenwerten zugeordnet sind; Auswählen von s Eigenvektoren aus der ersten Mehrzahl von Eigenvektoren, wobei s gleich oder größer als Null und gleich oder kleiner als m ist, oder Auswählen von s Eigenvektoren aus der zweiten Mehrzahl von Eigenvektoren, wobei s gleich oder größer als Null und gleich oder kleiner als n ist; Subtrahieren eines Unterraums, der durch die s Eigenvektoren aufgespannt wird, von dem Projektionsunterraum, der durch den Satz von projizierenden Koeffizienten aufgespannt wird, um einen verringerten Projektionsunterraum zu erhalten, der als ein Projektionsunterraum bei einer weiteren Iteration verwendet werden soll.
Computerprogramm, das eine Einrichtung zum Durchführen der Schritte des Verfahrens gemäß Anspruch 14 aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer läuft.