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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Senden von Daten
in einem Telekommunikationssystem mit wenigstens einem Sender, der
mit Nt Sendeantennen versehen ist, und wenigstens einem Empfänger, der
mit wenigstens einer Empfangsantenne versehen ist, welches Verfahren
einen Bitcodierschritt zum Erzeugen codierter Datenbits, einen Bitverschachtelungsschritt
zum Permutieren der codierten Datenbits und einen Modulationsschritt
zum Erzeugen von Symbolen, die die permutierten Bits darstellen,
aufweist, wobei jedes Symbol eine Vielzahl von Komponenten von jeweils
M Bits darstellt und über
Kommunikationskanäle
gesendet werden soll, die zwischen den Sende- und Empfangsantennen
eingerichtet sind.
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Telekommunikationssysteme,
bei welchen eine Vielzahl von Antennen an einem Empfängerende
und/oder an einem Senderende einer drahtlosen Verbindung verwendet
wird, werden Mehrfachgangseingangs/Mehrfachausgangs-Systeme genannt
(auf die weiterhin als MIMO-Systeme Bezug genommen wird). Es ist
gezeigt worden, dass MIMO-Systeme große Übertragungskapazitäten im Vergleich
zu denjenigen bieten, die durch Einzelantennensysteme geboten werden.
Insbesondere erhöht
sich eine MIMO-Kapazität
linear mit der Anzahl von Sende- oder Empfangsantennen, welche auch
immer die kleinste ist, für
ein gegebenes Signal-zu-Rausch-Verhältnis und unter vorteilhaften
unkorrelierten Kanalbedingungen. MIMO-Techniken sind somit wahrscheinlich in
zukünftigen
drahtlosen Systemen zu verwenden, die große spektrale Effizienzen bieten
sollen, oder alternativ dazu die Sendeleistung reduzieren sollen, die
zum Erhalten einer spektralen Effizienz erforderlich ist, die äquivalent
zu derjenigen ist, die in gegenwärtigen
Telekommunikationssystemen erhalten wird. Solche MIMO-Techniken
werden sehr wahrscheinlich mit Mehrfachträger-Modulationstechniken kombiniert werden,
wie OFDM-(was für
orthogonalen Frequenzmultiplex steht) und MC-CDMA-(was für Mehrfachträger-Codemultiplex-Vielfachzugriff steht) Techniken,
deren Verwendung in zukünftigen
drahtlosen Systemen auch erwogen wird.
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Ein
bestimmter Typ von MIMO-Systemen, wie beispielsweise in der IEEE-Veröffentlichung "Space-Time Bit-Interleaved
Coded Modulation over Frequency Selective Fading Channels with Iterative Decoding" vom Autor A. M.
Tonillo, IEEE Globecom 2000, (27-11-00), verwendet eine bitverschachtelte codierte
Modulationstechnik, die im weiteren BICM genannt wird, gemäß welcher
der Sender einen Kanalcodierer enthält, der ein Codieren, z.B.
mittels eines Faltungscodes oder eines Turbocodes, auf uncodierte
Datenbits anwenden und einen codierten Bitstrom zu einem Verschachteler
liefern soll. Dieser Verschachteler wird dann permutierte Bits liefern,
die in Wortsequenzen aufzuteilen sind, die in einer Reihe von codierten
Symbolen transformiert werden sollen, die jeweils eine Vielzahl
von Komponenten darstellen, wobei die Komponenten eines selben Symbols während eines
selben Zeitintervalls, das Symbolperiode genannt wird, durch jeweilige
Sendeantennen gesendet werden sollen.
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Gesendete
Symbole sind am Empfängerende
zu decodieren, was normalerweise in MIMO-Systemen vom BICM-Typ mittels
eines iterativen Raum-Zeit-Decodierers durchgeführt wird, welcher Decodierer
Schätzungen
codierter Bits erzeugen soll, die die gesendeten Symbole bilden.
Die räumliche
Diversity, die durch die Verwendung von mehrfachen Sende- und Empfangsantennen
induziert wird, vereinfacht ein solches Decodieren, da diese Diversity
eine größere Menge
an Information als diejenige liefert, die durch ein einziges Signal
geliefert werden würde,
das durch einen einzigen Kommunikationskanal gesendet wird.
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Die
Erfinder haben beobachtet, dass ein Erhöhen der Diversity von Eingangsdaten,
die zu einem Raum-Zeit-Decodierer geliefert werden, ermöglicht, dass
der Decodierer in Richtung von zuverlässigeren Schätzungen
der codierten Bits konvergiert, auf der Basis von welchen die Daten
erzeugt worden sind. Dies kann derart gedeutet werden, dass man
eine bessere Decodierleistung durch Zuführen von Daten mit einer höheren Qualität, d.h.
einem reicheren Gehalt, zum Decodierer erhält.
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Die
höchste
Diversity, die am Empfängerende
eines MIMO-Systems wahrgenommen werden kann, wird einerseits durch
eine raumbezogene Eigenschaft des Systems bestimmt, d.h. durch die
Anzahl von Empfangsantennen, und andererseits durch zeitbezogene
Eigenschaften des Systems, d.h. die Anzahl von unterschiedlichen
Kommunikationskanalzuständen,
die während
einer Übertragung
eines gegebenen Codeworts auftreten, oder einen minimalen Codeabstand.
Der minimale Codeabstand wird durch eine Schwellenzahl von Bitdifferenzen
zwischen zwei Codeworten definiert, unter welcher Schwelle die Codeworte
als identisch angesehen werden.
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Die
maximale erhältliche
Diversity kann somit in der Form eines Produkts zwischen der Anzahl von
Empfangsantennen und dem niedrigsten Wert der oben beschriebenen
zeitbezogenen Parameter ausgedrückt
werden.
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Gegenwärtige Verschachtelungstechniken ermöglichen
nicht, die Diversity bis zu ihrem vollen Ausmaß zu verwenden, die durch MIMO-Systeme theoretisch
angeboten wird, da aufeinanderfolgende Bitsequenzen, die durch bekannte
Verschachteler geliefert werden und während einer selben Symbolperiode
gesendet werden sollen, normalerweise Bits enthalten, die innerhalb
des ursprünglichen
codierten Bitstroms benachbart zueinander waren, was die zeitbezogene
Diversity der Daten reduziert, die zum Empfänger gesendet werden, und infolge
davon die Leistungsfähigkeit
des in diesem Empfänger
enthaltenen Raum-Zeit-Decodierers begrenzt.
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Die
Erfindung zielt auf ein Lösen
des vorgenannten Problems ab, indem ein Verfahren zum Senden von
Daten in einem MIMO-System zur Verfügung gestellt wird, welches
Verfahren ein Verschachtelungsschema enthält, das ermöglicht, die durch ein solches
System theoretisch angebotene Diversity von den Daten, die am Empfängerende
dieses Systems decodiert werden sollen, in Bezug auf sowohl einen
Raum als auch eine Zeit bis zu ihrem vollen Ausmaß zu verwenden.
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Tatsächlich ist
ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff
gemäß der Erfindung
dadurch gekennzeichnet, dass der Bitverschachtelungsschritt Folgendes
enthält:
- – einen
Bitdemultiplexunterschritt zum Extrahieren einer Vielzahl von Bitsequenzen
aus den codierten Datenbits, wobei jede Sequenz durch eine der Nt
Sendeantennen gesendet werden soll,
- – einen
Sequenzverschachtelungsunterschritt zum Permutieren jeder durch
den Demultiplexunterschritt erzeugten Bitsequenz,
- – einen
Sequenzspeicher- und -segmentierunterschritt zum Speichern jeder
durch den Sequenzverschachtelungsunterschritt erzeugten permutierten
Sequenz und zum Aufteilen der Sequenz in aufeinanderfolgende Segmente
mit jeweils einer vorbestimmten Länge, und
- – einen
Segmentverschiebungsunterschritt zum gleichzeitigen Anwenden von
zirkularen Verschiebungen auf die Segmente von Nt jeweiligen permutierten
Sequenzen, die durch den Sequenzspeicher- und -segmentierunterschritt
erzeugt sind, so dass jedes verschobene Segment in Bezug auf alle
anderen gleichzeitig verschobenen Segmente um wenigstens M Bits
verschoben endet.
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Die
Erfindung ermöglicht,
die durch die Verwendung von mehreren Kommunikationskanälen, die
zwischen den Sende- und Empfangsantennen eingerichtet sind, erhaltene
räumliche
Diversity mit einer hohen Diversity in Bezug auf die Zeit der über die
Kanäle
gesendeten Daten zusammenzusetzen.
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Die
Erfindung stellt mittels des Demultiplexunterschritts eine im Wesentlichen
homogene Verteilung der codierten Datenbits über die unterschiedliche Sendeantennen
sicher, was sicherstellt, dass aufeinanderfolgende Bits über unterschiedliche
Kanäle
gesendet werden, und somit eine Datendiversity bevorzugt, wie sie
am Empfängerende
eines Telekommunikationssystems wahrgenommen wird, bei welchem ein
Verfahren gemäß der Erfindung
verwendet wird. Weiterhin ermöglicht
der in dem Verfahren gemäß der Erfindung
ausgeführte
Verschiebungsunterschritt, aufeinanderfolgende codierte Bits über unterschiedliche
Symbolperioden zu platzieren.
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Gemäß einer
ersten Variante der Erfindung soll der Bitdemultiplexunterschritt
Nt unterschiedliche Bitsequenzen erzeugen, wobei jede Sequenz durch eine
Sendeantenne über
Lc Symbolperioden gesendet werden soll.
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Die
erste Variante der Erfindung ist insbesondere gut für Situationen
geeignet, in welchen physikalische Eigenschaften der Kommunikationskanäle zwischen
den Sende- und den
Empfangsantennen ergodisch sind, d.h. erwartet wird, dass sie von
einer Symbolperiode zu einer anderen variieren, wobei solche aufeinanderfolgenden
codierten Bits dann eine maximale Anzahl von unterschiedlichen Kanalzuständen sehen.
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Die
erste Variante ist auch besonders gut geeignet für gegenteilige Situationen,
in welchen physikalische Eigenschaften der Kommunikationskanäle zwischen
den Sende- und den
Empfangsantennen im Wesentlichen invariant sind, wobei die Tatsache, dass
aufeinanderfolgende codierte Bits über unterschiedliche Symbolperioden
platziert sind, dann verhindert, dass solche aufeinanderfolgenden
Bits einander innerhalb der Kommunikationskanäle stören, und somit auch eine Datendiversity
begünstigt.
Eine solche Dekorrelation aufeinanderfolgender uncodierter Bits
wird ähnliche
Vorteile für
ergodische Kommunikationskanäle
zur Verfügung
stellen.
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Gemäß einer
zweiten Variante der Erfindung, die besonders gut geeignet für Situationen
ist, in welchen erwartet wird, dass die Kommunikationskanäle Nc aufeinanderfolgende
Gruppen von physikalischen Eigenschaften während Lc aufeinanderfolgenden Symbolperioden
darstellen, soll der Bitdemultiplexunterschritt Nt.Nc unterschiedliche
Bitsequenzen erzeugen, wobei jede Sequenz durch eine Sendeantenne über Lc/Nc
Symbolperioden gesendet werden soll.
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Kommunikationskanäle, für welche
erwartet wird, dass sie aufeinanderfolgend unterschiedliche Gruppen
von Kommunikationsbedingungen über
Lc aufeinanderfolgenden Symbolperioden darstellen, werden Block-Schwundkanäle bzw.
-Fadingkanäle genannt.
Solche Block-Fadingkanäle
sind für
die Dauer jeder Gruppe von Kommunikationsbedingungen im Wesentlichen
invariant, welche Dauer somit Invarianzperiode genannt werden kann,
die Lc/Nc Symbolperioden dauert. Dank dieser zweiten Variante der
Erfindung wird jede gegebene Sequenz während Zeitschlitzen über eine
gegebene Sendeantenne gesendet werden, die spezifisch für die gegebene Sequenz
sein werden. Dies stellt sicher, dass aufeinanderfolgende codierte
Bits eine maximale Anzahl von unterschiedlichen Kanalzuständen sehen
werden, und begünstigt
somit eine Datendiversity.
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Der
Sequenzverschiebungsunterschritt kann durch verschiedene Mittel
bzw. Einrichtungen ausgeführt
werden. Gemäß einem
besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel
der Erfindung bleibt eines der Segmente einer durch den Verschachtelungsunterschritt
er zeugten gegebenen permutierten Sequenz während des Segmentverschiebungsunterschritts unverändert, wobei
entsprechende Segmente jeder j-ten anderen permutierten Sequenz
dann gleichzeitig um j.M Bits verschoben wird.
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Dieses
Ausführungsbeispiel
erfordert eine begrenzte Anzahl von Sequenzverschiebungen, während es
die oben angegebenen Vorteile in Bezug auf eine Diversity erzeugt,
und ist somit für
seine Effizienz bemerkenswert.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
des oben beschriebenen Verfahrens wird der Sequenzverschachtelungsunterschritt
auf solche Weise ausgeführt,
dass Li aufeinanderfolgende codierte Bits nach einer Ausführung des
Sequenzverschachtelungsunterschritts in Li unterschiedlichen Segmenten
enthalten enden.
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Ein
solches bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ermöglicht
eine optimale Dekorrelation aufeinanderfolgender codierter Bits,
die sonst in Fällen,
in welchen die Bitcodiertechnik einen Faltungscode verwendet, gemäß welcher
Technik ein selbes uncodiertes Informationsbit bei der Erzeugung
von L.n aufeinanderfolgenden codierten Bits beteiligt ist, wobei
n die Anzahl von durch einen Faltungskanalcodierer gelieferten codierten
Bits ist, wenn dem Codierter eine gegebene Anzahl k aufeinanderfolgender
encodierter Bits zugeführt
wird, und wobei L eine Codebeschränkungslänge ist, miteinander verbunden
bleiben könnten.
Die Erfinder haben beobachtet, dass die Verwendung einer solchen
Variante der Erfindung eine im Wesentlichen homogene Verteilung
auf alle Sendeantennen und ein Abbilden auf unterschiedliche Symbolperiode
von (Li-1).Nt+1 aufeinanderfolgenden codierten Bits ermöglichen kann,
wenn jedes Segment eine Länge
gleich M.Nt hat, wobei die Anzahl (Li-1).Nt+1 größer als oder gleich L.n ist,
vorausgesetzt, dass Li geeignet gewählt ist. Weiterhin kann diese
Variante der Erfindung mit relativ niedrigen Kosten mittels einer
Vielzahl von identischen und einfach aufgebauten Verschachtelungsmodulen
implementiert werden.
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Gemäß einem
ihrer hardwareorientierten Aspekte betrifft die Erfindung auch ein
Telekommunikationssystem mit wenigstens einem Sender, der mit Nt Sendeantennen
versehen ist, und wenigstens einem Empfänger, der mit wenigstens einer
Empfangsantenne versehen ist, welcher Sender eine Bitcodiereinrichtung
zum Erzeugen codierter Datenbits enthält, eine Bitverschachtelungseinrichtung
zum Permutieren der codierten Datenbits und eine Modulationseinrichtung
zum Erzeugen von Symbolen, die die permutierten Bits darstellen,
wobei jedes Symbol eine Vielzahl von Kompo nenten darstellt, die
M der jeweiligen permutierten Bits darstellen, und über Kommunikationskanäle gesendet
werden soll, die zwischen den Sende- und Empfangsantennen eingerichtet
sind,
wobei das System dadurch gekennzeichnet ist, dass die
Bitverschachtelungseinrichtung Folgendes enthält:
- – eine Bitdemultiplexeinrichtung
zum Extrahieren einer Vielzahl von Bitsequenzen aus den codierten
Datenbits, wobei jede Sequenz durch eine der Nt Sendeantennen zu
senden ist,
- – eine
Sequenzverschachtelungseinrichtung zum Permutieren der Bits von
jeder durch die Demultiplexeinrichtung erzeugten Bitsequenz, und
- – eine
Sequenzspeicher- und -segmentiereinrichtung zum Speichern jeder
durch die Sequenzverschachtelungseinrichtung erzeugten permutierten Sequenz
und zum Aufteilen der Sequenz in aufeinanderfolgende Segmente mit
jeweils einer vorbestimmten Länge,
und
- – eine
Segmentverschiebungseinrichtung zum gleichzeitigen Anwenden zirkularer
Verschiebungen auf die Segmente von Nt jeweiligen permutierten Sequenzen,
die durch die Sequenzspeicher- und -segmentiereinrichtung erzeugt
sind, so dass jedes verschobene Segment um wenigstens M Bits in
Bezug auf alle anderen gleichzeitig verschobenen Segmente verschoben
endet.
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Gemäß einer
ersten Variante eines solchen Telekommunikationssystems, die besonders
gut für Situationen
geeignet ist, in welchen die Kommunikationskanäle ergodisch oder, gegensätzlich dazu,
im Wesentlichen invariant sind, wird die Bitdemultiplexeinrichtung
derart ausgelegt sein, um Nt unterschiedliche Bitsequenzen zu erzeugen,
wobei jede Sequenz durch eine Sendeantenne über Lc Symbolperioden gesendet
werden soll.
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Gemäß einer
zweiten Variante eines solchen Telekommunikationssystems, die besonders
gut für Situationen
geeignet ist, in welchen erwartet wird, dass die Kommunikationskanäle Nc aufeinanderfolgende
Gruppen von physikalischen Eigenschaften während Lc aufeinanderfolgenden
Symbolperioden darstellen, wird die Bitdemultiplexeinrichtung so
ausgelegt sein, um Nt.Nc unterschiedliche Bitsequenzen zu erzeugen,
wobei jede Sequenz durch eine Sendeantenne über Lc/Nc Symbolperioden gesendet
werden soll.
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Bei
einem spezifischen Ausführungsbeispiel eines
solchen Telekommunikationssystems soll die Segmentverschiebungseinrichtung
eines der Segmente einer gegebenen durch den Verschachtelungsunterschritt
erzeugten permutierten Sequenz unver ändert lassen, während sie
gleichzeitig auf entsprechende Segmente jeder j-ten anderen permutierten
Sequenz eine zirkulare Verschiebung von j.M Bits anwendet.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
des oben beschriebenen Telekommunikationssystems enthält die Sequenzverschachtelungseinrichtung
wenigstens einen Verschachteler, der Li aufeinanderfolgende codierte
Bits in Li unterschiedliche Segmente absetzen soll, die durch die
Sequenzverschachtelungseinrichtung geliefert werden.
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Gemäß einem
anderen ihrer hardwarebezogenen Aspekte betrifft die Erfindung auch
eine Kommunikationsvorrichtung, die mit einer Vielzahl von Sendeantennen
versehen ist, welcher Sender eine Bitcodiereinrichtung zum Erzeugen
codierter Datenbits enthält,
eine Bitverschachtelungseinrichtung zum Permutierten der codierten
Datenbits und eine Modulationseinrichtung zum Erzeugen von Symbolen,
die die permutierten Bits darstellen, wobei jedes Symbol eine Vielzahl
von Komponenten darstellt, die M der permutierten Bits jeweils darstellen,
und über Kommunikationskanäle gesendet
werden soll, die zwischen den Sende- und Empfangsantennen eingerichtet
sind,
wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die
Bitverschachtelungseinrichtung Folgendes enthält:
- – eine Bitdemultiplexeinrichtung
zum Extrahieren einer Vielzahl von Bitsequenzen aus den codierten
Datenbits, wobei jede Sequenz durch eine der Nt Sendeantennen gesendet
werden soll,
- – eine
Sequenzverschachtelungseinrichtung zum Permutieren der Bits jeder
durch die Demultiplexeinrichtung erzeugten Bitsequenz, und
- – eine
Sequenzspeicher- und -segmentiereinrichtung zum Speichern jeder
permutierten Sequenz, die durch die Sequenzverschachtelungseinrichtung
erzeugt ist, und zum Aufteilen der Sequenz in aufeinanderfolgende
Segmente mit jeweils einer vorbestimmten Länge, und
- – eine
Segmentverschiebungseinrichtung zum gleichzeitigen Anwenden zirkularer
Verschiebungen auf die Segmente von Nt jeweiligen permutierten Sequenzen,
die durch die Sequenzspeicher- und -segmentiereinrichtung erzeugt
sind, so dass jedes verschobene Segment um wenigstens M Bits in
Bezug zu allen anderen gleichzeitig verschobenen Segmente verschoben
endet.
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Die
Charakteristiken der oben angegebenen Erfindung, sowie andere, werden
beim Lesen der folgenden Beschreibung klar werden, die in Bezug
auf die beigefügten
Figuren angegeben ist, unter welchen:
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1 ein
Blockdiagramm ist, das ein stark vereinfachtes MIMO-Telekommunikationssystem zeigt;
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2 ein
Blockdiagramm ist, das einen Verschachteler zeigt, der in einem
Sender umfasst ist, der in einem MIMO-Telekommunikationssystem gemäß einer
ersten Variante der Erfindung enthalten ist;
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3 ein
Diagramm ist, das zeigt, wie ein Verschachteler arbeitet; und
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4 ein
Blockdiagramm ist, das einen Verschachteler zeigt, der in einem
Sender umfasst ist, der in einem MIMO-Telekommunikationssystem gemäß einer
zweiten Variante der Erfindung enthalten ist.
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1 zeigt
diagrammmäßig ein
Telekommunikationssystem mit wenigstens einem Sender TR und einem
Empfänger
REC die Signale über
mehrere Kommunikationskanäle
CHNL austauschen sollen, die zwischen Nt Sende- und Nr Empfangsantennen (ta1,
ta2, ... taNt) bzw. (ra1, ra2, ... raNr) eingerichtet sind.
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Der
bei dem hier gezeigten Beispiel gezeigte Sender TR enthält einen
Kanalcodierer CHENC, der ein Codieren, z.B. mittels eines Faltungscodes
oder eines Turbocodes, auf uncodierte Datenbits Uncb anwenden und
einen zu sendenden Binärstrom
codierter Datenbits Tb liefern soll. Der Sender TR enthält eine
Verschachtelungseinrichtung INTL, die permutierte Bits Pb erzeugen
soll, wobei eine solche Verschachtelung nützlich für eine spätere Verarbeitung auf der Empfängerseite
ist, da sie zulassen wird, unkorrelierte Daten zu erhalten. Die
permutierten Bits Pb werden dann in Sequenzen von jeweils M.Nt Bit aufgeteilt,
welche Bitsequenzen dann durch ein Abbildungs- und Modulationsmodul
MAPMD in eine Reihe codierter Symbole Zk abgebildet, d.h. transformiert,
werden, wobei jedes Symbol Zk somit Nt.M aufeinanderfolgenden Bits
entspricht. Aufeinanderfolgende Symbole Zk werden dann zu einem Raum-Zeit-Codierer
SPTENC zugeführt,
der eine Verarbeitung der Symbole vor ihrer Übertragung durchführt.
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Im
bekannten Stand der Technik stellt jedes Symbol Zk somit Nt Komponenten
Zkj (für
j = 1 bis Nt) von jeweils M Bits dar und soll durch jeweilige Sendeantennen
taj (für
j = 1 bis Nt) während
einer selben Symbolperiode gesendet werden.
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Der
bei dem hier gezeigten Beispiel gezeigte Empfänger REC enthält einen
Raum-Zeit-Decodierer SPTDEC,
der decodierte Datenbits Decb erzeugen soll, die letztlich den ursprünglich uncodierten
Datenbits Uncb entsprechen sollten. Dieser Raum-Zeit-Decodierer SPTDEC
enthält
einen Raum-Zeit-Detektor DET, der Daten verarbeiten soll, die durch
Signale getragen werden, die mittels der Empfangsantennen (ra1,
ra2, ... raNr) empfangen werden, und Wahrscheinlichkeitswerte Rib
in Bezug auf Schätzungen der
gesendeten permutierten Bits Pb erzeugen soll, welche Wahrscheinlichkeitswerte
durch einen Entschachteler DINTL entschachtelt werden sollen, der zum
Ausgeben weicher Wahrscheinlichkeitswerte Rb in Bezug auf Schätzungen
von Bits dient, die in dem Binärstrom
codierter Datenbits Tb enthalten sind. Ein im Empfänger REC
enthaltener Bitdecodierer, der weiterhin als Kanaldecodierer CHDEC
bezeichnet ist, soll die decodierten Datenbits Decb auf der Basis der
Wahrscheinlichkeitswerte Rb erzeugen.
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Gemäß einer
Schleifenstruktur, die allgemein im Stand der Technik verwendet
wird, wird der Raum-Zeit-Detektor DET a-priori-Information Pra, verwenden,
die im Verlauf vorheriger Decodierschritte erzeugt ist und in der
Form extrinsischer Information Exd durch den Kanaldecodierer CHDEC über die Verschachtelungseinrichtung
INTR ausgegeben wird, welche Verschachtelungseinrichtung identisch zu
der Verschachtelungseinrichtung INTL ist, die im Sender TR enthalten
ist.
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Die
Erfinder haben beobachtet, dass ein Erhöhen der Diversity der über die
mehreren Kommunikationskanäle
CHNL, die zwischen den Sende- und Empfangsantennen (ta1, ta2, ...
taNt) und (ra1, ra2, ... raNr) eingerichtet sind, gesendeten Daten
ermöglicht,
dass der Raum-Zeit-Decodierer SPTDEC in Richtung zu zuverlässigeren
Schätzungen
der codierten Bits konvergiert, auf der Basis von welchen die Daten
erzeugt worden sind. Die Erfinder haben somit auf ein Maximieren
der zeitbezogenen Diversity der über
die Sendeantennen (ta1, ta2, ... taNt) gesendeten Daten abgezielt.
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2 zeigt
eine Bitverschachtelungseinrichtung INTL, die ermöglicht,
eine solche erhöhte
Diversity zu erhalten. Bei diesem spezifischen Ausführungsbeispiel
der Erfindung enthält
die Bitverschachtelungseinrichtung INTL Folgendes:
- – eine
Bitdemultiplexeinrichtung DMX zum Extrahieren einer Vielzahl Nt
von Bitsequnezen Bs0, ... BsNt-1 aus den codierten Datenbits Tb,
wobei jede Sequenz Bsi (für
i = 0 bis Nt-1) einer der oben beschriebenen Nt Sendenantennen entspricht,
- – eine
Sequenzverschachtelungseinrichtung SRI0 ... SRINt-1 zum Permutieren
der Bits jeder durch die Demultiplexeinrichtung DMX erzeugten Bitsequenz
Bs0 ... BsNt-1, und
- – eine
Sequenzspeicher- und -segmentiereinrichtung zum Speichern aller
permutierten Sequenzen Isq0 ... IsqNt-1, die durch die Sequenzverschachtelungseinrichtung
SRI0 ... SRINt-1 erzeugt sind, und zum Aufteilen jeder Sequenz Isqj in
aufeinanderfolgende Segmente Psgj mit jeweils einer vorbestimmten
Länge von
M.Nt bei diesem Ausführungsbeispiel
der Erfindung, und
- – eine
Segmentverschiebungseinrichtung zum gleichzeitigen Anwenden zirkularer
Verschiebungen auf Segmente Psg0 ... PsgNt-1 unterschiedlicher permutierter
Sequenzen Isq0 ... IsqNt-1, die durch die Sequenzspeicher- und -segmentiereinrichtung
erzeugt sind, so dass jedes resultierende verschobene Segment Ssgj
(für j
= 0 bis Nt-1) um wenigstens M Bits in Bezug auf alle anderen gleichzeitig
verschobenen Segmente verschoben endet.
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Das
in dieser Figur beschriebene Ausführungsbeispiel bezieht sich
auf eine erste Variante der Erfindung, gemäß welcher die Bitdemultiplexeinrichtung
Nt unterschiedliche Bitsequenzen erzeugen soll, wobei jede Sequenz
durch eine Sendeantenne über Lc
Symbolperioden gesendet werden soll.
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Die
erste Variante der Erfindung ist besonders gut für Situationen geeignet, in
welchen physikalische Eigenschaften der Kommunikationskanäle zwischen
den Sende- und den
Empfangsantennen ergodisch sind, d.h. erwartet wird, dass sie von
einer Symbolperiode zu einer anderen variieren, wobei solche aufeinanderfolgenden
codierten Bits dann eine maximale Anzahl unterschiedlicher Kanalzustände sehen.
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Die
erste Variante ist auch besonders gut für entgegengesetzte Situationen
geeignet, in welchen physikalische Eigenschaften der Kommunikationskanäle zwischen
den Sende- und den Empfangsantennen im Wesentlichen invariant sind,
wobei die Tatsache, dass aufeinanderfolgende codierte Bits über unterschiedlichen
Symbolperioden platziert sind, dann verhindert, dass solche aufeinanderfolgenden
Bits einander innerhalb der Kommunikationskanäle stören, und bevorzugt somit auch
eine Datendiversity.
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Die
Sequenzverschachtelungseinrichtung Isq0 ... IsqNt-1 wird vorzugsweise
durch Nt identische Verschachtelungsmodule gebildet sein, die parallel
angeordnet sind, wie es hier gezeigt ist.
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Bei
diesem spezifischen Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist die Sequenzspeicher- und -segmentiereinrichtung durch einen
Puffer BUF gebildet und enthält
die Sequenzverschiebungseinrichtung Nt zirkular verschiebbarer Register
SRG0 ... SRGNt-1,
die jeweils Segmente Psg0 ... PsgNt-1 parallel speichern sollen,
die durch den Puffer BUF gleichzeitig erzeugt werden. Die Inhalte
von einem dieser Register, bei diesem Beispiel SRG0, werden unverändert bleiben,
während
die Inhalte jedes j-ten anderen Registers SRGj (für j = 1
bis 3) einer zirkularen Verschiebung von j.M Bits unterzogen werden.
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Bei
diesem spezifischen Ausführungsbeispiel
der Erfindung enthält
die Bitverschachtelungseinrichtung INTL weiterhin eine Multiplexeinrichtung MX,
die alle verschobenen Segmente Ssg0 ... SsgNt-1 empfangen soll,
die durch die Segmentverschiebungseinrichtung SRG0 ... SRGNt-1 geliefert sind,
und die Segmente multiplexen soll, um den Strom permutierter Bits
Pb auszubilden, die zu dem in der vorherigen Figur beschriebenen
Abbildungs- und Modulationsmodul zugeführt werden sollen.
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Bei
alternativen Ausführungsbeispielen
der Erfindung können
die Segmente Ssg0 ... SsgNt-1 vor ihrem Senden durch die jeweiligen
Antennen, die zu den Modulen gehören,
parallel zu mehreren antennenspezifischen Abbildungs- und Modulationsmodulen
gesendet werden.
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3 stellt
den Betrieb der oben beschriebenen Verschachtelungseinrichtung dar:
Während eines
Bitdemultiplexunterschritts DMXS wird eine Vielzahl von Bitsequenzen,
von welchen hier nur die Bitsequenz Bs0 gezeigt ist, aus dem Strom
codierter Datenbits Pb extrahiert. Die Bits, die zum Ausbilden der
Bitsequenz Bs0 beabsichtigt sind, sind in weiß in dieser Zeichnung gezeigt,
und andere Bits, die zum Ausbilden eines Teils von drei anderen Sequenzen,
die jeweils einer anderen der Sendeantenne entsprechen, beabsichtigt
sind, sind in drei unterschiedlichen Schattierungen von grau gezeigt.
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Die
Bits, die im Strom codierter Datenbits Pb enthalten sind, sind mit
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ... Lc.M.Nt bezeichnet, wobei Lc die Anzahl
von Symbolperioden ist, die zum Senden eines Codeworts erforderlich
ist, M die Anzahl von Bits ist, die eine Komponente eines jeweiligen
zu sendenden Symbols ausbilden, und Nt die Anzahl von Sendeantennen
ist, welche bei diesem Beispiel gleich 4 ist. Jede Bitsequenz Bsj
(für j
= 0 bis Nt) enthält
somit Lc.M Bits, die mit 1+j, 5+j, 9+j, 13+j, 17+j ... Lc.M.Nt -
(3-j) bezeichnet sind.
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Während eines
Sequenzverschachtelungsunterschritts SRIS werden die Lc.M Bits jeder
durch den Demultiplexunterschritt DMXS erzeugten Bitsequenz Bsj
dann permutiert, wobei nur die Permutation der Bitsequenz Bs0 in
einer permutierten Bitsequenz Isq0 resultiert, die hier gezeigt
ist.
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Bei
dem hier gezeigten Beispiel wird der Sequenzverschachtelungsunterschritt
SRIS auf eine derartige Weise ausgeführt, dass Li aufeinanderfolgende
codierte Bits 1, 5, 9, 13, 17, etc. nach einer Ausführung des
Sequenzverschachtelungsunterschritts SRIS in Li unterschiedlichen
Segmenten einer Länge
M.Nt enthalten enden.
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Während eines
Sequenzspeicher- und -segmentierunterschritts SQSS wird dann jede
permutierte Sequenz Isqj (für
j = 0 bis Nt-1), die durch den Sequenzverschachtelungsunterschritt
SRIS erzeugt ist, in einem Puffer gespeichert und in aufeinanderfolgende
Segmente mit jeweils einer vorbestimmten Länge gleich Nt.M = 4.M bei diesem
Beispiel aufgeteilt.
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Während eines
Segmentverschiebungsunterschritts SGS werden dann zirkulare Verschiebungen
von j.M Bits gleichzeitig parallel auf Nt unterschiedliche Segmente
Psgj (für
j = 0 bis Nt-1) angewendet, die jeweils zu einer der permutierten
Sequenzen lsqj gehören,
die durch den Verschachtelungsunterschritt SRIS erzeugt werden,
so dass jedes resultierende verschobene Segment Ssgj um wenigstens
M Bits in Bezug auf alle anderen verschobenen Segmente verschoben
endet. Bei diesem Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird jedes der aufeinanderfolgenden Segmente Psg0,
die zu der permutierten Sequenz Isq0 gehören, die durch den Verschachtelungsunterschritt
SRIS erzeugt ist, während
jedes Sequenzverschiebungsunterschritts SRGS unverändert bleiben,
wobei jedes Segment Psgj, das zu einer j-ten anderen permutierten
Sequenz Isqj (für
j = 1 bis 3) gehört,
dann um j.M Bits verschoben wird, wobei M bei diesem Beispiel gleich 2
ist.
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Wie
es in dieser Figur gesehen werden kann, ermöglicht der bei dem Verfahren
gemäß der Erfindung
ausgeführte
Demultiplexunterschritt DMXS eine im Wesentlichen homogene Verteilung
der codierten Datenbits über
die unterschiedlichen Sendeantennen, was sicherstellt, dass aufeinanderfolgende
Bits, wie beispielsweise die Bits, die mit 25, 26, 27 und 28 bezeichnet
sind, über
unterschiedliche Kanäle
gesendet werden, und somit eine Datendiversity begünstigt,
wie sie am Empfängerende
eines Telekommunikationssystems wahrgenommen wird, in welchem ein
Verfahren gemäß der Erfindung
verwendet wird.
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Weiterhin
ermöglicht
der bei dem Verfahren gemäß der Erfindung
ausgeführte
Verschiebungsunterschritt SRGS, aufeinanderfolgende codierte Bits, wie
beispielsweise die Bits, die mit 25, 26, 27 und 28 bezeichnet sind,
jeweils über
unterschiedliche Symbolperioden St1, St2, St3 und St4 zu platzieren.
In einer Situation, in welcher physikalische Eigenschaften der Kommunikationskanäle zwischen
den Sende- und den Empfangsantennen ergodisch sind, d.h. erwartet
wird, dass sie von einer Symbolperiode zu einer anderen variieren,
werden solche aufeinanderfolgenden codierten Bits somit eine maximale
Anzahl unterschiedlicher Kanalzustände sehen.
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In
einer gegenteiligen Situation, in welcher physikalische Eigenschaften
der Kommunikationskanäle
zwischen den Sende- und den Empfangsantennen im Wesentlichen invariant
sind, verhindert die Tatsache, dass aufeinanderfolgende codierte
Bits mittels der Erfindung über
unterschiedlichen Symbolperioden platziert sind, dass solche aufeinanderfolgenden
Bits innerhalb der Kommunikationskanäle miteinander interferieren,
und begünstigt
somit auch eine Datendiversity.
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Der
Sequenzverschachtelungsunterschritt SRIS ermöglicht zusätzlich eine optimale Dekorrelation
aufeinanderfolgender uncodierter Bits, welche sonst in Fällen miteinander
verbunden bleiben könnten,
in welchen die Bitcodiertechnik einen Faltungscode verwendet, gemäß welcher
Technik ein selbes uncodiertes Informationsbit bei der Erzeugung
von L.n aufeinanderfolgenden codierten Bits beteiligt ist, wobei
n die Anzahl codierter Bits ist, die durch einen Faltungs-Kanalcodierer
geliefert werden, wenn dem Codierer eine gegebene Anzahl k aufeinanderfolgender
uncodierter Bits zugeführt
wird, und wobei L die Codebeschränkungslänge ist.
Die Erfinder haben beobachtet, dass die Verwendung einer solchen
Variante der Erfindung eine im Wesentlichen homogene Verteilung
auf alle Sendeantennen und ein Abbilden auf unter schiedliche Symbolperioden
von (Li-1).Nt+1 aufeinanderfolgenden codierten Bits ermöglichen kann,
wenn jedes Segment eine Länge
gleich M.Nt hat, wobei die Anzahl (Li-1).Nt+1 größer als oder gleich L.N ist,
vorausgesetzt, dass Li geeignet gewählt ist.
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4 stellt
eine Verschachtelungseinrichtung INTL gemäß einer zweiten Variante der
Erfindung dar, welche zweite Variante besonders gut für Situationen
geeignet ist, in welchen erwartet wird, dass die Kommunikationskanäle Nc aufeinanderfolgende
Gruppen von physikalischen Eigenschaften während Lc aufeinanderfolgenden
Symbolperioden darstellen.
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Eine
solche Verschachtelungseinrichtung INTL hat eine gleiche Struktur
zu derjenigen gemäß der oben
beschriebenen ersten Variante der Erfindung. Jedoch soll gemäß der zweiten
Variante die Bitdemultiplexeinrichtung DMXNt.Nc unterschiedliche
Bitsequenzen Bsij (für
i = 1 bis Nc und j = 0 bis Nt-1) erzeugen, wobei jede Sequenz durch
eine Sendeantenne über
Lc/Nc Symbolperioden gesendet werden soll, was bei diesem Ausführungsbeispiel
der Erfindung durch die Multiplexeinrichtung MX sichergestellt sein
wird, die mit einem Abbildungs- und Modulationsmodul (nicht gezeigt)
gekoppelt ist.
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Die
Struktur der 2 ist somit in der Verschachtelungseinrichtung
INTL gemäß dieser
zweiten Variante der Erfindung Nc-mal dupliziert, welche dann eine
parallele Anordnung von Nc.Nt Verschachtelungsmodulen SRij (für i = 1
bis Nc und j = 0 bis Nt-1) enthält,
die jeweils eine permutierte Bitsequenz Isqij erzeugen sollen, wobei
alle Sequenzen durch die Speicher- und Segmentiereinrichtung BUF
gespeichert und in Segmente mit jeweils einer vorbestimmten Länge M.Nt.Nc
aufgeteilt werden sollen, welche Segmente durch die Segmentverschiebungseinrichtung
SRGij zirkular verschoben werden sollen.
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Kommunikationskanäle, für welche
erwartet wird, dass sie aufeinanderfolgend Nc unterschiedliche Gruppen
von Kommunikationsbedingungen über Lc
aufeinanderfolgende Symbolperioden darstellen, werden Block-Fadingkanäle genannt.
Solche Block-Fadingkanäle
sind für
die Dauer jeder Gruppe von Kommunikationsbedingungen im Wesentlichen invariant,
welche Dauer somit Invarianzperiode genannt werden kann, die Lc/Nc
Symbolperioden dauert. Dank dieser zweiten Variante der Erfindung
wird jede gegebene Sequenz während
Zeitschlitzen über eine
gegebene Sendeantenne gesendet werden, die spezifisch für die gegebene
Sequenz sein werden. Dies stellt sicher, dass aufeinanderfolgende
codierte Bits eine maximale Anzahl unterschiedlicher Kanalzustände sehen
werden, und begünstigt
somit eine Datendiersity.