DE69826967T2

DE69826967T2 - System und verfahren zur adaptiven kommunikation unter benutzung von ungleichen gewichtungen von interferenzen und rauschen

Info

Publication number: DE69826967T2
Application number: DE69826967T
Authority: DE
Inventors: Glenn David Boulder GOLDEN; Catalano Carol Fair Haven MARTIN; Ray Nelson Tinton Falls SOLLENBERGER; Harriman Jack Middletown WINTERS
Original assignee: AT&T Corp; Lucent Technologies Inc
Current assignee: AT&T Corp; Nokia of America Corp
Priority date: 1997-05-01
Filing date: 1998-04-29
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2018-04-30
Also published as: WO1998049786A2; DE69826967D1; CA2258890A1; EP0922337B1; US5819168A; WO1998049786A3; EP0922337A2; CA2258890C

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Kommunikationstechnologie und insbesondere Empfangsstationen mit Mehrfach-Antennenanordnungen, wobei die durch diese empfangenen Signale selektiv kombiniert werden, um ein Ausgangssignal zu erzeugen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es ist in der Kommunikationstechnik bekannt, daß Empfangsstationen, die mit Antennenanordnungen statt mit Einzelantennen bestückt sind, die Empfängerleistung erhöhen können. Antennenanordnungen können sowohl Mehrwegeschwund des gewünschten Signals verringern als auch Störsignale unterdrücken. Solche Anordnungen können folglich sowohl die Reichweite als auch die Kapazität drahtloser Systeme erhöhen. Das trifft zum Beispiel für drahtlose Mobiltelefon- und andere mobile Systeme zu.
In mobilen Systemen verursacht eine Vielfalt von Faktoren Signalbeschädigungen. Dazu gehört Interferenz von anderen mobilen Benutzern innerhalb oder nahe einer gegebenen Zelle. Eine andere Quelle von Signalverschlechterung ist Mehrwegeschwund, bei dem die empfangene Amplitude und Phase einer Quelle sich mit der Zeit ändert. Die Schwundhäufigkeit kann bei einem mobilen Benutzer, der sich mit 100 km/h (60 mph) fortbewegt, bei PCS-Frequenzen (Frequenzen von personenbezogenen Kommunikationssystemen) von etwa 1,9 GHz immerhin 200 Hz erreichen. In solchen Umgebungen besteht das Problem darin, das Signal des zu verfolgenden Benutzers sauber aus der Vereinigung von empfangenem Rauschen, Interferenz und gewünschten Signalteilen, die sich an den Antennen der Anordnung summieren, zu extrahieren.
Es ist ferner bekannt, daß bei Empfang der Vereinigung von Signalen eine Art und Weise des Extrahierens des gewünschten Signals darin besteht, das an jeder Antenne der Anordnung ankommende Signal anzunehmen, es mit einem Wichtungsfaktor zu multiplizieren und dann die gewichteten oder korrigierten Signale von jeder der Antennen zu summieren, um das Ausgangssignal zu erzeugen. Das gewünschte Signal-zu-Interferenz-plus-Rauschen-Verhältnis (SINR) wird im summierten Ausgangssignal so stark wie möglich erhöht. Das trägt dazu bei, genauen Empfang zu erreichen, und verringert bei digitalen Signalen die Bitfehlerrate (BER).
Vorausgesetzt, daß Antennenanordnungen erkennbare Vorteile einschließlich größerer Gesamt-Empfangssignalleistung bieten, ist die optimale Berechnung der in der Anordnung verwendeten Wichtungsfaktoren ein Schlüsselproblem, Unterschiedliche Lösungsvorschläge zur Wichtungsfaktorenerzeugung wurden bisher gemacht.
Wenn die Kanäle der gewünschten und der störenden Signale bekannt sind, ist die Wichtungsfaktoren-Erzeugungsmethode, die das SINR maximiert und gleichzeitig den mittleren quadratischen Fehler (MMSE) zwischen dem Ausgangssignal und dem gewünschten Ausgangssignal minimiert, die gut bekannte Weiner-Hopf-Gleichung: w = [Rxx|–1rxd (1)wobei r_xd die Kreuzkonelation des Empfangssignalvektors x mit dem gewünschten Signal bezeichnet, gegeben durch: rxd = E[x*d] (2) wobei d das gewünschte Signal ist, und R_xx ist die Empfangssignal-Konelationsmatrix, die wiederum gegeben ist durch: Rxx = E[x*xT] (3)wobei das hochgestellte * "komplex konjugiert" bedeutet und T "transponiert" bedeutet. Es ist wichtig, zu beachten, daß das empfangene Signal aus gewünschtem Signal, Rauschen und Interferenz besteht, und somit kann (3) auch ausgedrückt werden als:
wobei P_d die Leistung des gewünschten Signals ist, u_d der Kanalvektor für das gewünschte Signal ist, σ² die Rauschleistung ist, P_j und u_j die Leistung und der Kanalvektor des j-ten Störers sind und L die Anzahl der Störer ist. Eine Abwandlung dieser Wichtungsgleichung ist gegeben durch:
Diese Wichtungsfaktoren unterscheiden sich von (1) nur durch einen skalaren Faktor, und folglich ist das Ausgangs-SINR dasselbe.
Jedoch stellen diese herkömmlichen Methoden nur einen idealisierten Fall dar, bei dem angenommen wird, daß der Kanal stationär ist, und perfekte Kenntnis der Kanal-Charakteristiken (R_xx und r_xd) wird bei der Berechnung der Wichtungsfaktoren vorausgesetzt. Wenn die Kanal-Charakteristiken nichtstationär und unbekannt sind, besteht die herkömmliche Standardmethode darin, R_i+n und r_xd aus den empfangenen Signalen zu schätzen, z.B. unter Verwendung eines rechteckigen Fensters von K Abtastwerten, wobei die Wichtungsfaktoren zur Zeit k gegeben sind durch:
wobei das Dach-Symbol Schätzwerte von R_i+n, r_xd und d bezeichnet. Dieses Verfahren benutzt geschätzte Werte (das sind die Maximum-Likelihood-Schätzwerte mit K Abtastwerten in einer stationären Umgebung) für R_i+n, r_xd und d in der Weiner-Hopf-Gleichung, als wenn die Kanäle wirklich stationär wären und diese Werte exakt bekannt wären.
Diese Methode wird in der Literatur als Direkte Matrix-Inversion (DMI) oder Abastmatrix-Inversion bezeichnet. Diese DMI-Methode erzeugt jedoch Wichtungsfaktoren, die vom Ideal (MMSE) aus mindestens zwei Gründen abweichen. Die erste Quelle der Verschlechterung ist Fehlerfortpflanzung. Für den gewünschten Signalschätzwert in (9) kann der DMI-Algorithmus eine bekannte Trainingssequenz verwenden, aber wenn sich der Kanal zwischen Trainingssequenzen ändert, dann muß er außerdem Schätzwerte der gewünschten Signaldaten bzw. Nutzsignaldaten verwenden. Das bekannte Standardverfahren besteht darin, die aus dem Ausgangssignal detektierten Daten zu verwenden. Jedoch verursachen Fehler bei der Detektion Fehler in den Wichtungsfaktoren, was die BER erhöht und möglicherweise Fehlerfortpflanzung durch das empfangende System hervorruft, die bis zur nächsten Trainingssequenz andauern kann.
Die zweite Ursache für Verschlechterung besteht darin, daß sich die Kanal-Charakteristiken während der Dauer des Fensters aus K Symbolen ändern können. Folglich muß die Fenstergröße so klein wie möglich gehalten werden, um die Schätzwerte genau zu halten. Jedoch ist es bei der DMI verarbeitungsbedingt der Fall, daß die Schätzwerte wegen der endlichen Länge des Fensters rauschbehaftet sind. Bei der DMI hängt die Verschlechterung des SINR durch Rauschen vom Verhältnis von K zur Anzahl der Wichtungsfaktoren (M) ab, die auch die Anzahl der Antennen ist. Wenn zum Beispiel K/M = 2, beträgt dieser Verlust näherungsweise 3 dB, und dieser Verlust wächst mit M. Wegen dieses Verlustes kann die Erhöhung der Anzahl der Antennen (bei festem K) zu einer Verringerung der Leistung führen, wenn die Wichtungsfaktoren unter Verwendung von DMI geschätzt werden, was im Gegensatz zu dem Effekt mit den idealen Wichtungsfaktoren steht, wo die Leistung immer mit M zunimmt.
Da dieser Wichtungsfaktor-Schätzfehler eine große Verschlechterung des Ausgangs-SINR, verglichen mit dem Fall idealer Wichtungsfaktoren, verursachen kann, wurden für spezifische Interferenzsituationen herkömmliche Verfahren vorgeschlagen, um diese Verschlechterung zu verringern. Wenn angenommen wird, daß es nur Rauschen gibt und keine Interferenz, dann reduziert sich (5) auf die Maximal-Ratio-Kombinations-(MRC-)Wichtungsfaktoren, die gegeben sind durch: w = rxd (10)und die Wichtungsfaktoren können berechnet werden durch:
was jede Interferenz ignoriert. Wenn angenommen wird, daß es einen sehr starken Störer gibt, der die Auswirkungen des Rauschens überwiegt, dann kann Eigenanalyse wirksam verwendet werden, wobei die Wichtungsfaktoren gegeben sind durch
was die Interferenz vollständig auslöscht, ohne den Rauschpegel zu berücksichtigen. Man beachte, daß dieser Algorithmus mit Wichtungsfaktoren arbeitet, die zum Unterraum der Interferenz orthogonal sind. Obwohl (11) und (12) ein viel besseres Verhalten als DMI bieten, wenn es keine Interferenz gibt bzw. wenn es einen vorherrschenden Störer gibt, können sie viel schlechter als DMI arbeiten, wenn die angenommenen Bedingungen nicht zutreffen. Das heißt, (11) verschlechtert das Verhalten stärker, wenn der Interferenzpegel zunimmt, und (12) verschlechtert das Verhalten stärker, wenn der Pegel des einzelnen Störers relativ zum Rauschen und anderen Störern abnimmt. Im allgemeinen arbeiten beide Methoden viel schlechter als DMI, wenn Rauschen und Interferenz ähnliche Leistungen haben, was in drahtlosen Kommunikationssystemen oft der Fall ist.
Alle genannten Methoden (DMI, MRC und Eigenanalyse) zur Wichtungsfaktorenerzeugerung für Antennenanordnungen sind Stand der Technik, und jede erreicht das Extrahieren des gewünschten Signals bzw. Nutzsignals in größerem oder geringerem Maß, abhängig von den Bedingungen. Weitere Diskussion darüber kann in der Literatur gefunden werden, darunter in den Artikeln: J. H. Winters, "Signal Acquisition and Tracking with Adaptive Arrays in the Digital Mobile Radio System IS54 with Flat Fading", IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 42, No. 4 (November 1993); J. H. Winters et al, "The Impact of Antenna Diversity on the Capacity of Wireless Communication Systems", IEEE Transactions on Communications, April 1994; sowie in den US-Patenten Nr. 4639914 mit dem Titel "Wireless PBX/LAN System With Optimum Combining" und Nr. 5481570 mit dem Titel "Block Radio and Adaptive Arrays for Wireless Systems", beide von J. H. Winters, wobei jeder Artikel oder jede Patentschrift einen der Erfinder der vorliegenden Erfindung aufweist.
Jedoch hat keiner der vorangegangenen Lösungsvorschläge etwas erreicht, was als angemessenes Ergebnis in einem großen Bereich von Kommunikationsbedingungen anzusehen wäre. Die bekannten Systeme sind mit Nachteilen behaftet, nämlich angemessenes Verhalten nur unter spezifischen bekannten Bedingungen und schlechtes Verhalten, wenn diese Bedingungen nicht gelten, und schlechtes Verhalten unter der am meisten verbreiteten Bedingung einer Mischung aus Interferenz und Rauschen. Daher besteht ein starker Bedarf an einem System, das unter allen Interferenz- und Rauschbedingungen gut arbeitet, selbst ohne jede vorherige Kenntnis der Umgebung, das heißt, an einer Wichtungsfaktoren-Berechnungsmethode, die sich selbst an die Interferenzumgebung anpaßt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung, die diese und andere Probleme des Standes der Technik löst, ist unter einem Aspekt ein anpassungsfähiges Kommunikationssystem und -verfahren zur Anwendung steuerbarer Wichtungsfaktoren auf Kanäle, die Mehrfachantennen-Empfängeranordnungen zugeordnet sind. Das Kommunikationssystem und -verfahren gemäß der Erfindung wendet ein Wichtungsschema an, bei dem Wichtungsfaktoren unter Verwendung von Schätzwerten für die Interferenz und/oder das Rauschen, die abhängig von ihrer Schätzgenauigkeit in ungleicher Weise korrigiert werden, erzeugt werden. Das ergibt ein besseres Verhalten, auch dann, aber nicht nur dann, wenn Interferenz und Rauschen nahezu gleich sind.
Unter einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Kommunikationssystem und -verfahren bereit, das die Wichtungsfaktoren entsprechend der Rausch- und der Interferenzleistung, das heißt, den überwiegenden Kommunikationsbedingungen, ändert.
Unter einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Kommunikationssystem und -verfahren bereit, das die Abhängigkeit von der/dem geschätzten Interferenz bzw. Rauschen verringert, wenn die Fehler bei diesen Schätzungen zunehmen.
Unter einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Kommunikationssystem und -verfahren bereit, das angepaßt werden kann, um sich über DMI, Eigenanalyse und andere bereits bekannte Anordnungsmethoden hinaus zu verbessern.
Unter einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Kommunikationssystem und -verfahren bereit, das die Leistungsfähigkeit von drahtlosen Mobiltelefon- und anderen mobilen Kommunikationssystemen erhöht.
Die Erfindung besteht insbesondere darin, normalerweise einen Wichtungsfaktor (β₀) auf die Rauschkomponente und andere Wichtungsfaktoren (β₁ bis β_M) auf die Interferenzkomponenten anzuwenden, wenngleich Fachleute anerkennen werden, daß mathematisch unterschiedliche Formen der ungleichen Wichtung verwendet werden könnten.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben:
1 stellt ein Empfangssystem mit einer Antennenanordnung in schematischer Form dar;
2 stellt Empfängerstationskomponenten gemäß der Erfindung dar.
3 stellt ein schematisches Beispiel gemäß der Erfindung mit einer Vier-Antennen-Anordnung in Betrieb dar.
4 stellt Diagramme dar, die Leistungsfähigkeit eines erfindungsgemäßen Kommunikationssystems und von herkömmlichen Systemen kennzeichnen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTERAUSFÜHRUNGSFORMEN
Wie in 1 dargestellt, betrifft das Kommunikationssystem und -verfahren gemäß der Erfindung eine Antennenanordnung, die zu Darstellungszwecken aus einer Vielzahl von allgemein abgestimmten Antennenelementen 20₁ bis 20_M besteht. Jedes Antennenelement der Anordnung empfangt RF-Signale und leitet die empfangenen Signale über eine Gruppe zugeordneter Kanäle 30₁ bis 30_M weiter. Wie in 2 dargestellt, sind die Kanäle 30₁ bis 30_M wiederum mit einer Verarbeitungseinheit 40 verbunden, die normalerweise eine Zentralverarbeitungseinheit 50, einen elektronischen Speicher 60, einen Festspeicher 70, Signalverarbeitungs- und zugehörige Schaltungen sowie Software umfaßt, die mit geeigneten Bus- und sonstiger Schaltungen verbunden sind, wie der Fachmann anerkennen wird. Die Verarbeitungseinheit 40 ist dafür konstruiert, die Wichtungsfaktoren zu bestimmen und anzuwenden, die nötig sind, um das System und Verfahren gemäß der Erfindung wie hier beschrieben durchzuführen.
Wie oben erwähnt, können in DMI- und anderen herkömmlichen Empfängersystemen Fehler in die erzeugten Wichtungsfaktoren gelangen, weil diese Verfahren für die Kreuzkorrelationsmatrix R_xx oder R_i+n und den Korrelationsvektor des gewünschten Signals r_xd in Wichtungsgleichungen, die ideale Werte voraussetzen, Schätzwerte statt der idealen Werte (die im allgemeinen am Empfänger nicht bekannt sind) verwenden.
Die Erfinder haben die folgenden Beobachtungen gemacht, die dazu beigetragen haben, ihren erfindungsgemäßen Lösungsvorschlag zur Nachrichtenübertragung voranzubringen. Wenn erstens die BER niedrig genug ist, wie es in, einem richtig funktionierenden drahtlosen Kommunikationssystem normalerweise der Fall ist, dann ist die Hauptursache für SINR-Verschlechterung der Schätzfehler von R_xx oder R_i+n und nicht von r_xd. Ferner wächst, wie gezeigt werden kann, der Schätzfehler von R_xx mit M während der Schätzfehler von r_xd von M unabhängig ist. Drittens besteht R_xx aus gewünschtem Signal, Rauschen und Interferenz, wie in (4) gezeigt, während R_i+n aus Rauschen und Interferenz besteht. Speziell kann R_i+n durch seine Eigenvektoren ausgedrückt werden:
wobei λ_i und e_i der i-te Eigenwert bzw. Eigenvektor von R_i+n sind, wobei die e_i durch Orthogonalisierung der Störervektoren u_i entstehen. Ferner kann (13) durch Rauschen und Interferenz ausgedrückt werden:
Viertens beruht die ideale Wichtungsgleichung (5) auf gleicher Auswirkung des Rauschens und der Interferenz auf das SINR.
Der Schätzfehler der Interferenz-Eigenvektoren kann sich jedoch von dem des Rauschens unterscheiden. Zum Beispiel kann der Rauschpegel sehr genau bekannt sein (wie das thermische Rauschen des Empfängers, das sich normalerweise nicht ändert), während die Störer-Eigenwerte und -Eigenvektoren wesentliche Schätzfehler aufweisen können. Außerdem können Fehler in den Wichtungsfaktoren aufgrund der geschätzten Interferenz größere Auswirkungen auf die SINR-Verschlechterung haben als Fehler aufgrund von Rauschen, und Interferenz, die ein Signal ist, das nicht so zufällig ist wie ein Analogon des gewünschten Signals, kann die BER anders beeinflussen als gewöhnliches Rauschen, Ferner hängt der Schätzfehler der Störer-Eigenvektoren (e ^_i) im allgemeinen von der Stärke des Störers ab, wobei starke Störer mit größerer Genauigkeit geschätzt werden als schwächere Störer. Somit ergibt gleiche Wichtung von Rauschen und Interferenz (wie in (7)) mit Wichtungsfaktorschätzung möglicherweise nicht die Wichtungsfaktoren, die die niedrigste BER erreichen, selbst wenn ungleiche Wichtung die BER bei Abwesenheit von Wichtungsfaktor-Schätzfehlern erhöhen würde.
Daher schlagen die Erfinder in ihrem Kommunikationssystem und -verfahren eine Wichtungsfaktoren-Erzeugungsmethode vor, der eine ungleiche Wichtung des Rauschens und der Interferenz verwendet. Die beste ungleiche Wichtung hängt vom Schätzfehler des Rauschens und der Interferenz ab, der wiederum von der Stärke der Störer im Verhältnis zum Rauschen wie auch von anderen Parametern, wie z.B. Schwundhäufigkeit, K und M abhängt. Dieser Schätzfehler hängt freilich nicht von der Stärke des gewünschten Signals ab, wie in (14) zu sehen ist. Unter Verwendung ungleicher Wichtung ist die Wichtungsfaktoren-Erzeugung im Kommunikationssystem und -verfahren gemäß der Erfindung gegeben durch:
wobei e ^_i und λ ^_i der i-te Eigenvektor bzw, Eigenwert von R ^_i+n (k) sind, Es ist vorteilhaft, wenn die β_i (i > 0) eine Funktion der λ ^_i sind, das heißt, der Interferenzpegel, zum Beispiel β_i = c(λ ^_i – σ ^²)^α, wobei c eine Konstante ist und α mit dem Schätzfehler wächst, das heißt, mit Schwundhäufigkeit und M/K wächst.
Mehrere Ausführungsformen des Kommunikationssystems und -verfahrens der Erfindung sind von Interesse. Man beachte, daß (15) die Berechnung aller Eigenvektoren und Eigenwerte von R ^_i+n (k) erfordert, was rechenintensiv sein kann. Daher schlagen die Erfinder Versionen verringerter Komplexität von (15) vor, die die Berechnung von weniger (oder keinen) Eigenvektoren und Eigenwerte erfordern. Die einfachste Implementierung besteht darin, einfach das Rauschen ungleich mit der Gesamtinterferenz zu wichten. In diesem Fall kann (15) ausgedrückt werden als:
was keine Berechnung von Eigenvektoren oder Eigenwerten von R ^_i+n erfordert. Wird (16) zum MMSE-Wichtungsalgorithmus erweitert, ergibt sich:
Wie durch von den Erfindern gewonnene Ergebnisse nachgewiesen wurde, ergibt β = 0 die niedrigste BER, wenn das Interferenz-Rausch-Verhältnis (INR) sehr groß ist. Wenn das INR hingegen sehr klein ist, ergibt β = 1 die niedrigste BER.
Wie 3 schematisch dargestellt, kann das Kommunikationssystem und -verfahren gemäß der Erfindung auf eine Empfängerstation mit 4 Antennen (M = 4) angewendet werden, bei der es 1 störende Signalquelle S₁ neben der gewünschten Signalquelle So gibt. Wenn das INR in einer solchen Kommunikationssituation als klein bekannt ist, dann kann β auf 0,75 gesetzt werden, so daß das Rauschen dreimal so schwer gewichtet wird wie die Interferenz.
Die Erfinder haben außerdem festgestellt, daß im dazwischenliegenden Fall, wo INRs zwischen den beiden Extremen liegen, ein Bereich von βs mit 0 < β < 1 existiert, die niedrigere BER ergeben als die DMI- oder MRC-Lösungsvorschläge, wobei die größte Verbesserung gegenüber diesen bekannten Methoden dann erreicht wird, wenn die Interferenz- und die Rauschleistung vergleichbar sind. Die Erfinder haben nachgewiesen, daß das optimale β (für die niedrigste BER) unabhängig vom Verhältnis des gewünschten Signals zum Rauschen (SNR) ist, aber von INR und Schwundhäufigkeit (z.B. Fahrzeuggeschwindigkeit) abhängt.
Daher wird in einer anschaulichen Menge von Bedingungen das optimale β für die Worst-Case-Schwundhäufigkeit (ungünstigste Schwundhäufigkeit) von 184 Hz betrachtet. Dann hängt das optimale β vor allem vom INR ab, wobei es mit zunehmendem INR abnimmt. Das liegt daran, daß das INR den Schätzfehler in den Wichtungsfaktoren zur Unterdrückung der Interferenz bestimmt. Die Erfinder haben festgestellt, daß die BER relativ unempfindlich für kleine Änderungen um das optimale β herum ist. Wenn diese Unempfindlichkeit gegeben ist, ist eine genaue Schätzung für das optimale β als Funktion des INR (oder I/N in dB) unter diesen Bedingungen:
Das INR kann von vornherein bekannt sein, zum Beispiel in Umgebungen mit begrenztem Rauschen oder begrenzter Interferenz, aber normalerweise ist das INR nicht bekannt und ändert sich mit dem Schwund. Daher schlagen die Erfinder ferner vor, (tr[R ^_i+n] – Mσ²)/Mσ² als eine Schätzung des INR zu verwenden. Man beachte, daß zur Berechnung von tr[R ^_i–n] nur die Diagonalelemente R ^_i+n benötigt werden, und somit gilt:
wobei x_i und r ^_xdi die i-ten Elemente von x bzw. r ^_xd sind. Somit kann im Kommunikationssystem und -verfahren gemäß der Erfindung ein Algorithmus (ohne daß Parameter an Ort und Stelle gesetzt werden müssen) für alle Umgebungen verwendet werden, um das INR zu schätzen. Wenn alternativ das INR von vornherein bekannt ist, zum Beispiel wenn bekannt ist, daß das INR sich in einem kleinen Bereich ändert, oder wenn ein Entwurf für das Worst-Case-INR gewünscht ist, dann kann ein konstantes β verwendet werden, wie es durch dieses INR bestimmt wird.
4 zeigt die BER über dem SIR für das oben genannte Verfahren mit SNR = 10 dB bei 184 Hz Schwundhäufigkeit. Ergebnisse für DMI, MRC und ideale Wichtungsfaktoren sind ebenfalls dargestellt. Die Erfindung übertrifft sowohl DMI als auch MRC für alle SIR.
In einer weiteren Ausführungsform werden nur der größte Eigenwert λ₁ und der zugehörige Eigenvektor e₁ von R ^_i+n betrachtet, was dem stärksten Störer entspricht. Das entspricht einem typischen drahtlosen System, wo es einen dominanten Störer gibt. Auf der Grundlage von (15) kann das System der Erfindung in diesem Fall realisiert werden, indem Wichtungsfaktoren wie folgt konstruiert werden:
Wie oben haben die Erfinder festgestellt, daß bei Verfahren bei einem einzigen Störer wesentliche Verbesserung gegenüber Eigenanalyse (wie auch gegenüber DMI und MRC) bietet, insbesondere wenn die Störerleistung in bezug auf das Rauschen nicht dominant ist. Außerdem können die β_i wie oben aus tr[ R ^_i+n] gewonnen werden, aber in diesem Fall können die β_i auch aus dem größten Eigenwert von R ^_i+n (der dem Eigenvektor e ^₁ zugeordnet ist) gewonnen werden.
Die vorangegangene Beschreibung des Kommunikationssystems und -verfahrens der Erfindung hat darstellenden Charakter, und Abwandlungen in Aufbau und Implementierung sind für den Fachmann offenkundig. Obwohl zum Beispiel anschauliche Ausführungsformen hinsichtlich einer Antennenanordnung beschrieben sind, deren Antennen räumlich verschieden sind, könnte die Erfindung an Systeme angepaßt werden, bei denen die Empfangssignal-Diversität zeitlicher Art ist, das heißt, die einen zeitlichen Ausgleicher statt des oben beschriebenen räumlichen Ausgleichers verwenden. Gleichermaßen kann die Methode mit vereintem räumlichem und zeitlichem Ausgleich verwendet werden. Dementsprechend wird die Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche eingeschränkt.

Claims

Verfahren zur Verarbeitung einer Vielzahl von empfangenen Signalen mit den folgenden Schritten: Erzeugen einer Vielzahl von Wichtungsfaktoren auf der Grundlage eines Verhältnisses zwischen der Leistung eines gewünschten Signals und einer ungleich gewichteten Summe aus Rauschleistung und Interferenzleistung; und Wichten und Kombinieren der Vielzahl von empfangenen Signalen unter Verwendung der erzeugten Vielzahl von Wichtungsfaktoren, um das gewünschte Signal zu verstärken und Störsignale zu unterdrücken.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ungleich gewichtete Summe auf einer Interferenzschätzgenauigkeit beruht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ungleich gewichtete Summe auf einem Interferenz-Rausch-Verhältnis beruht.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Interferenz-Rausch-Verhältnis ein Schätzwert ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Interferenz-Rausch-Verhältnis ein bekannter Wert ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Verhältnis ein Schätzwert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Interferenzleistung eine Vielzahl von ungleich gewichteten Interferenzleistungen umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die ungleich gewichteten Interferenzleistungen Schätzwerte sind.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die ungleich gewichteten Interferenzleistungen auf Leistungen einzelner Störer beruhen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Leistungen einzelner Störer Schätzwerte sind.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die ungleich gewichtete Summe auch auf einer Schwundhäufigkeit beruht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von empfangenen Signalen von einer Vielzahl von räumlich verschiedenen Empfangselementen empfangen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von empfangenen Signalen von einer Vielzahl von zeitlich verschiedenen Empfangselementen empfangen werden.
Vorrichtung, die eine Vielzahl von empfangenen Signalen verarbeitet, mit: einer Wichtungsfaktorenerzeugungseinheit zur Erzeugung einer Vielzahl von Wichtungsfaktoren auf der Grundlage eines Verhältnisses zwischen der Leistung eines gewünschten Signals und einer ungleich gewichteten Summe aus Rauschleistung und Interferenzleistung; und einer Kombiniereinheit zum Wichten und Kombinieren der Vielzahl von empfangenen Signalen unter Verwendung der erzeugten Vielzahl von Wichtungsfaktoren, um das gewünschte Signal zu verstärken und Störsignale zu unterdrücken.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die ungleich gewichtete Summe auf einer Interferenzschätzgenauigkeit beruht.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die ungleich gewichtete Summe aus Rauschleistung und Interferenzleistung auf einem Interferenz-Rausch-Verhältnis beruht.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei das Interferenz-Rausch-Verhältnis ein Schätzwert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei das Interferenz-Rausch-Verhältnis ein bekannter Wert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei das Verhältnis ein Schätzwert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Interferenzleistung eine Vielzahl von ungleich gewichteten Interferenzleistungen umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die ungleich gewichteten Interferenzleistungen Schätzwerte sind.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die ungleiche Wichtung auf Leistungen einzelner Störer beruht.
Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Leistungen einzelner Störer Schätzwerte sind.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die ungleich gewichtete Summe auch auf einer Schwundhäufigkeit beruht.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Vielzahl von empfangenen Signalen von einer Vielzahl von räumlich verschiedenen Empfangselementen empfangen werden.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Vielzahl von empfangenen Signalen von einer Vielzahl von zeitlich verschiedenen Empfangselementen empfangen werden.
Vorrichtung, die eine Vielzahl von empfangenen Signalen verarbeitet, die von mobilen drahtlosen Quellen kommend empfangen werden, mit: einer Antennenanordnung mit einer Vielzahl von Antennenelementen, die jeweils betriebsfähig mit Antennenkanälen verbunden sind; einer Wichtungsfaktorenerzeugungseinheit, die betriebsfähig mit der Antennenanordnung verbunden ist, zum Erzeugen einer Vielzahl von Wichtungsfaktoren für die Antennenkanäle auf der Grundlage eines Verhältnisses zwischen der Leistung eines gewünschten Signals eines gewünschten mobilen Benutzers und einer ungleich gewichteten Summe aus Rauschleistung und Interferenzleistung; und einer Kombiniereinheit, die mit der Wichtungsfaktorenerzeugungseinheit betriebsfähig verbunden ist, zum Wichten und Kombinieren der Vielzahl von empfangenen Signalen unter Verwendung der erzeugten Vielzahl von Wichtungsfaktoren, um das gewünschte Signal des mobilen Benutzers zu verstärken und Störsignale zu unterdrücken.
Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die ungleich gewichtete Summe auf einer Interferenzschätzgenauigkeit beruht.
Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die ungleich gewichtete Summe aus Rauschleistung und Interferenzleistung auf einem Interferenz-Rausch-Verhältnis beruht.
Vorrichtung nach Anspruch 29, wobei das Interferenz-Rausch-Verhältnis ein Schätzwert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 29, wobei das Interferenz-Rausch-Verhältnis ein bekannter Wert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 29, wobei das Verhältnis ein Schätzwert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die Interferenzleistung eine Vielzahl von ungleich gewichteten Interferenzleistungen umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 33, wobei die ungleich gewichteten Interferenzleistungen Schätzwerte sind.
Vorrichtung nach Anspruch 33, wobei die ungleiche Wichtung auf einzelnen Interferenzleistungen beruht.
Vorrichtung nach Anspruch 35, wobei die einzelnen Interferenzleistungen Schätzwerte sind.
Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei die ungleich gewichtete Summe auch auf einer Schwundhäufigkeit beruht.
Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die Vielzahl der empfangenen Signale von einer Vielzahl von räumlich verschiedenen Empfangselementen empfangen werden.
Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die Vielzahl von empfangenen Signalen von einer Vielzahl von zeitlich verschiedenen Empfangselementen empfangen werden.