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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Kommunikationssystem,
das Orthogonal-Frequenzteilungs-Multiplexing
(OFDM) einsetzt, und im Besonderen, wenn auch nicht ausschließlich, auf
einen Mechanismus zum Bereitstellen einer Diversity in zellularen
Kommunikationssystemen, die hohe Datenraten in lokalen Netzen verwenden.
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Zusammenfassung
des Standes der Technik
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Als
eine Vorgabe für
Informationsdurchsatzsteigerungen in einem konventionellen Einzelträgermodulationsschema
muss die Symboldauer notwendigerweise abnehmen (unter der Annahme,
dass Mehramplitudenmodulationsschemata vernachlässigt werden). Bedauerlicherweise
resultiert dann, wenn die Symboldauer, die durch einen Übertragungskanal
eingeführt wird,
vergleichbar zu der Streuung wird, eine Intersymbolstörung (ISI),
und dies verschlechtert die Leistung wesentlich. Eine Entzerrung
kann verwendet werden, um dieser Verschlechterung durch ein effektives
Bereitstellen von Frequenzdiversitätsleistungsverstärkungen
zu begegnen. Wenn die Kanalstreuung relativ zu der Symboldauer ansteigt,
nimmt die Komplexität
des erforderlichen Entzerrers jedoch exponentiell zu.
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Mehrträgerübertragungsschemata,
wie zum Beispiel OFDM, sind für
viele verschiedene Arten von Kommunikationssystemen vorgeschlagen
worden, einschließlich
digitalem Hörfunk
(DAB) und drahtlosen lokalen Breitbandnetzen (LANs). Bei dem OFDM wird
von der Summation von frequenzbezogenen Unterkanälen, auf die zuvor parallele
Datenbits moduliert worden sind, um Unterkanalsymbole zu erzeugen,
eine komplexe Signaleinhüllende
gebildet. Mit anderen Worten, eine einzelne Übertragungsquelle überträgt ein Symbol,
das einen Satz von parallelen Tönen
umfasst. Der Vorteil solcher Schemata besteht darin, dass in hoch
zeitdispersiven Kanälen
theoretisch unbegrenzte Übertragungsraten
möglich sind,
die aus einer Summation von mehreren verzögerten, gedämpften und phasenverschobenen
Pfaden für
ein Signal entstehen und die daher eine verzerrte Kennlinie aufweisen.
Tatsächlich
kommt eine auf OFDM basierende Luftschnittstelle sehr für eine Verwendung
in dem UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) in frage.
Im Besonderen können
OFDM-Systeme unter
hoch dispersiven Bedingungen ohne die Verwendung einer konventionellen
Entzerrung arbeiten, weil OFDM die Intersymbolabstände erhöht (durch
ein effektives Erhöhen
der Länge
des Symbols für
eine Informations- (oder Daten-)Übertragungsrate).
Im Besonderen absorbiert die Ver wendung eines Schutzintervalls (auch
als zyklisches Präfix/Suffix
bekannt) eine ISI zwischen aufeinanderfolgenden Blöcken paralleler
Töne (oder
Unterkanäle),
da das Schutzintervall im Wesentlichen den Zyklus des Unterkanals
verlängert
und somit die Effekte einer Kanalstreuung abmildert. Ausdrücklich vermerkt,
ist der Empfänger,
für ein
OFDM-System, das über
N Unterkanalsymbole und ein Schutzintervall von der Dauer Tc verfügt
(wobei Tc hinsichtlich der Dauer größer ist
als die Länge
der Impulsantwort des Kanals), dann nach einer Synchronisation (das heißt, nach
einer Demodulation, durch eine schnelle Fourier-Transformation (FFT), der zusammengesetzten
Signaleinhüllenden über ein
geeignetes Fenster des empfangenen Signals) in der Lage, jeden Satz von
N Unterkanälen
ohne ISI zu verarbeiten, obwohl jeder Unterkanal eine Schwächung und
eine Phasenrotation, die durch die Übertragungsfunktion des Kanals
bei seiner besonderen Frequenz gegeben ist, erfährt.
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Es
ist bekannt, dass die Verwendung von Schutzintervallen in OFDM-Systemen
ein nicht-kohärentes
Hinzufügen
von Signalen erlaubt, die von mehreren Sendern übertragen werden; tatsächlich nutzt
das in einem aktuellen DAB-System verwendete Einzelfrequenznetz
dieses Konzept aus und erzeugt ein System, das über simultane Eigenschaften verfügt. Außerdem wird
jedoch eine Kopie (oder ein Echo) eines jeden Mehrträgersymbols
von jeder Antenne übertragen,
wodurch eine unerwünschte
Mehrwegeumgebung erzeugt wird, da sich diese Echos kohärent verknüpfen können oder
nicht. Es ist klar, dass das Ausmaß, bis zu dem eine Verstärkung oder eine
schädliche
Kombination stattfindet, eine Funktion der relativen Antennenstandorte
und der Kanalausbreitungsumgebung ist.
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In
konventionellen Einzelträgermodulationsschemata
werden die Effekte einer Mehrwegigkeit durch das Bereitstellen einer
Diversity-Auswahl bei einem Empfänger
angesprochen. In dem UK-Patent Nummer 2259430 wird mindestens ein
Signal von einer Mehrzahl von Signalen, die bei verschiedenen Antennen
einer Kommunikationsvorrichtung empfangen werden, durch ein variables
Verzögerungselement
zeitverzögert,
so dass eine nachfolgende Kombination der Mehrzahl empfangener Signale
mit einer verringerten statistischen Wahrscheinlichkeit in einer schädlichen
Störung
resultiert. Wie leicht zu verstehen ist, sind außerdem andere Formen von Raum-Diversity
oder Antennen-Diversity bekannt. Zum Beispiel beschreibt die EP-A-0430481
eine Diversity-Anordnung,
in der jede von zwei parallelen Empfängerketten mit einem von zwei
Anschlüssen
eines speziellen Entzerrers mit zwei Anschlüssen verbunden ist, der als
ein integrierter Entzerrer/Diversity-Kombinierer funktioniert. In
diesen konventionellen Systemen ist eine zusätzliche Schaltung erforderlich,
um eine Diversity auszunutzen, und dies stellt ein Problem dar,
das im Besonderen für
Kommunikationsvorrichtungen relevant ist, nämlich dass eine zusätzliche Schaltung
unerwünscht
ist, weil sie die Größe und das
Gewicht der mobilen Kommunikationsvorrichtung erhöht. Als
ein weiteres Beispiel, offenbart die EP-A-0 600 547 ein Teilband-Diversity-Übertragungssystem,
das einen Empfänger
umfasst, der über
eine Mehrzahl von Antennen verfügt.
Der Empfänger
umfasst ein Rückfiltern,
das heißt,
ein Aufteilen der empfangenen Signale in Teilbänder, und Mittel zum Kombinieren
jedes einzelnen Teilbandes. Die individuell kombinierten Teilbänder werden
dann in ein Breitbandsignal kombiniert.
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Zusätzlich leidet,
in Bezug auf ein Zweiwegekommunikationssystem, das auf einem OFDM-artigen
Modulationsschema basiert, solch ein Zweiwegesystem inhärent unter
einer Unfähigkeit, Uplink-Übertragungen
von verschiedenen Anwendern effektiv zu orthogonalisieren (was oft
als ein Schlüsselproblem
in der Entwicklung einer OFDM-Technologie bezeichnet wird).
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Kommunikationssystem zur Verfügung gestellt, wie in Anspruch
1 beansprucht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst das System weiter: Mittel zum Auswählen, in Reaktion auf die Qualitätsmetriken,
einer begrenzten Zahl von Unterkanälen, von denen jeder, im Vergleich zu
den Qualitätsmetriken
solcher Unterkanäle,
die nicht ausgewählt
wurden, relativ hohe Qualitätsmetriken
hat, wodurch die Mittel zum Auswählen
die Zahl von Unterkanälen,
die für
eine Übertragung
zur Verfügung
stehen, begrenzen; und Mittel zum Modulieren von Daten auf jeden
der begrenzten Zahl von Unterkanälen
bei einer erhöhten
Rate, die die Effekte eines Begrenzens der Zahl verfügbarer Unterkanäle ausgleicht.
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Zusätzlich kann
die Basisstation weiter Mittel zum Modulieren von Daten auf jede
Teilmenge der mehreren Unterkanäle
und zum Übertragen
mindestens einer zusammengesetzten Signaleinhüllenden, die durch ein Kombinieren
von Daten erzeugt wird, die auf jede Teilmenge moduliert wurden,
von der Mehrzahl von Antennen umfassen, wodurch die Mehrzahl von
Antennen verschiedene Verbreitungspfade für Übertragun gen an die mobile
Kommunikationsvorrichtung zur Verfügung stellt; und wobei die Antenne
der mobilen Kommunikationsvorrichtung arbeitet, um eine Kombination
der Signale zu empfangen, die von der Mehrzahl von Antennen der
Basisstation übertragen
werden und die daselbst ankommen.
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In
einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
zum Übertragen
und Decodieren von Informationen zur Verfügung gestellt, wie in Anspruch
6 beansprucht.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Es
werden nun beispielhafte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen
beschrieben, in denen:
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1 ein
Wellenformdiagramm ist, das die Formulierung eines Zeitbereichssignals
eines Mehrträgersystems
nach dem Stand der Technik darstellt;
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2 ein
Blockdiagramm eines Mehrträgersenders
ist, der gemäß dem Stand
der Technik konstruiert ist;
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3 ein
Wellenformdiagramm ist, das den Zweck einer Schutzzeit in Bezug
auf einen dispersiven Kanal in einer Mehrträgerumgebung nach dem Stand
der Technik darstellt;
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4 ein
Wellenformdiagramm ist, das eine Verwendung einer Schutzzeit in
einem Mehrträgersystem
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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5 ein
Blockdiagramm eines zellularen Mehrträgerkommunikationssystems gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist; und
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6 ein
Flussdiagramm eines bevorzugten Verfahrens der vorliegenden Erfindung
ist.
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Ausführliche
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
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1 ist
ein Wellenformdiagramm, das die Formulierung eines Zeitbereichssignals
eines Mehrträgersystems
nach dem Stand der Technik darstellt. Tatsächlich stellt 1 ein
OFDM-Schema dar, in dem die Effekte der Zeitverzögerung dadurch abgemildert
werden, dass Daten (nicht gezeigt) unter eine Mehrzahl von Frequenz-Unterkanälen 10–16 (vier Unterkanäle in diesem
besonderen Beispiel) verteilt werden. Typischerweise besteht eine
Frequenzbeziehung zwischen der Frequenz eines ersten Unterkanals
(Unterkanal 1) und den anderen Unterkanälen in dem Schema, zum Beispiel
hat der Unterkanal 2 die doppelte Frequenz des Unterkanals 1, während der
Unterkanal 3 die dreifache Frequenz des Unterkanals 1 hat (und so
weiter). Eine Verteilung von Daten in dieser Art und Weise hat verständlicherweise den
Effekt, dass jeder Unterkanal gegenüber der inhärenten Verzögerungsausbreitung weniger
empfindlich ist. Eine Überlagerung
von individuellen Signalen von jedem Unterkanal (die in dem Summationsblock 18 stattfindet)
erzeugt somit eine zusammengesetzte Einhüllende 20, deren Leistungsspikes 22 durch
ein relativ geringes (aber oszillierendes) Signalprofil 23 getrennt
werden. Die Leistungsspikes 22 verfügen jedoch über eine Spitzeneinhüllendenleistung
(PEP) 24, deren Wert wesentlich größer ist, als ein durchschnittlicher
Leistungspegel 26 der gesamten zusammengesetzten Einhüllenden 20.
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Wir
wenden uns nun 2 zu, darin wird ein Blockdiagramm
eines Mehrträgertransceivers 40 gezeigt,
der gemäß dem Stand
der Technik konstruiert wurde. Der Mehrträ gertransceiver 40 kann über physikalisch
getrennte Sender- und
Empfängerabschnitte, 42 beziehungsweise 44,
verfügen.
Ein Steuerprozessor 46 (mit dem verknüpften Speicher 48)
steuert den Betrieb der Sender- und Empfängerabschnitte, 42 beziehungsweise 44,
des Mehrträgertransceivers 40.
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Der
Senderabschnitt
42 umfasst eine Datenquelle
50 zum
Erzeugen einer Reihe von Daten
52, einen Seriell-zu-Parallel-Wandler
54,
einen Kanalcodierer
56, einen Kombinierer
58,
eine Bank von k identischen Modulatoren
60. In diesem Beispiel
erzeugt die Datenquelle
50 eine Reihe von Datensymbolen,
von denen jedes irgend einen beliebigen der logischen Werte 0, 1,
..., ν – 1 annehmen
kann, wo ν eine
ganze Zahl ist, die größer als
eins ist; in der beschriebenen Ausführungsform ist ν = 2, das
heißt,
die Datenquelle erzeugt binäre
Daten. Die logischen Werte können
auf jede beliebige konventionelle Art und Weise durch physikalische
Werte dargestellt werden, wie zum Beispiel Spannungspegel oder Signalphasen.
Diese logischen Werte können
als Punkte auf dem Einheitskreis in der komplexen Ebene in der Form
s = e
jϕ dargestellt werden, wo
j = √
–1 und ϕ die jeweiligen
Werte
annimmt.
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Wenn
zum Beispiel ν =
4 ist, können
die logischen Werte 0, 1, 2 und 3 durch die jeweiligen komplexen
Werte 1, j, –1
und –j
dargestellt werden. In dem allgemeinen Fall brauchen die logischen
Werte nicht so wie oben beschränkt
zu sein, das heißt,
sie können
frei wählbare
komplexe Werte der Form s = m·ejϕ annehmen,
wo m eine frei wählbare
Größe und ϕ eine
frei wählbare
Phase darstellen.
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Der
Seriell-zu-Parallel-Wandler 54 reagiert auf die Datenreihe 52 und
wandelt die Datenreihe 52 in die parallelen Datenwörter 62,
die wiederum in den Kanalcodierer 56 für eine Blockcodierung eingegeben
werden, um eine Fehlersteuerung zu ermöglichen. Die Codewortvektoren 64,
die von dem Kanalcodierer 56 ausgegeben werden, werden
dann in den Kombinierer 58 eingegeben und dann wird der
Bank von k identischen Modulatoren 60 eine Ausgabe von dem
Kombinierer 58 zugeführt,
um letztlich ein Ausgangssignal 66 zu erzeugen, das über eine
zusammengesetzte Signaleinhüllende 68 verfügt, die
für eine Übertragung
geeignet ist. Jedem Modulator in der Bank von k Modulatoren 60 wird
eine bestimmte Unterkanalfrequenz zugewiesen, während ein Abstand zwischen
den Unterkanälen
orthogonal ist, das heißt,
es gibt keine Interferenz zwischen Unterkanälen (Trägern). Eine Betriebssteuerung
des Mehrträgersenders
(Transceiver oder Empfänger)
wird, in leicht verständlicher
Weise, durch den Steuerprozessor 46 durchgeführt. Typischerweise
ist der Steuerprozessor 46 an eine Speichervorrichtung 48 gekoppelt,
die Daten speichert, wie zum Beispiel Programminformationen und
Operanden.
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Der
Empfängerabschnitt 44 des
Mehrträgertransceivers 40 ist
dazu ausgelegt, ein Mehrträgersignal 66 zu
empfangen, das über
eine zusammengesetzte Signaleinhüllende 68 verfügt. Das
empfangene Signal 66 wird einer Bank von k identischen
Demodulatoren 70 zugeführt,
wobei jedem Demodulator in der Bank von k Demodulatoren 70 eine
bestimmte Unterkanalfrequenz zugewiesen wird. Nach einer Demodulation
in der Bank von k Demodulatoren 70 findet in dem Kanaldeco dierer 72 schließlich ein
Decodieren statt. Die kanaldecodierten Signale 74 von dem
Kanaldecodierer 72 werden schließlich einer Datensenke 76,
wie zum Beispiel einer optischen Anzeige oder Tonschaltung, in einem
parallelen oder seriellen Format zugeführt. In dem letzteren Fall
wird zwischen dem Kanaldecodierer 72 und der Datensenke 76 ein
Parallel-zu-Seriell-Wandler 78 angeordnet. Eine Betriebssteuerung
des Mehrträgerempfängers 44 wird
verständlicherweise
durch den Steuerprozessor 46 durchgeführt.
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In 3 wird
ein Wellenformdiagramm gezeigt, das den Zweck einer Schutzzeit in
Bezug auf einen dispersiven Kanal in einer Mehrträgerumgebung
nach dem Stand der Technik darstellt. Im Wesentlichen stellt 3 dar,
wie eine Übertragung
einer einfachen Sinuskurve 80, die ein Informationssignal
anzeigt, durch die dispersive Natur eines Kanals zeitlich verzögert wird.
Im Besonderen hat die gezeigte Sinuskurve eine Periode 80 der
Dauer T und ein Schutzintervall 84 (in diesem Fall ein
zyklisches Suffix, eher als ein zyklisches Präfix, das die Sinuskurve anführt) der
Dauer Tc. An dem Ende des Schutzintervalls 84 wiederholt
sich die Sinuskurve. Obwohl nicht im Besonderen dargestellt, sind
Unterkanäle genau
ausgerichtet, da diese (nach dem Stand der Technik) durch einen
einzelnen Sender, typischerweise durch Verwenden einer IFFT (inversen
schnellen Fourier-Transformation),
gefolgt von einer D/A (Digital-zu-Analog)-Wandlung; erzeugt werden. Die Unterkanäle müssen bei
dem Empfänger über ein Fenster
verarbeitet werden, das eine Dauer hat, die gleich der Periode des
Unterkanals mit der niedrigsten Frequenz ist, von denen es bei der
Abwesenheit von Streuung viele gibt. Die Sinuskurve 86 ist
eine zeitverzögerte
Version der Sinuskurve 80. Tatsächlich ist der Empfang der
Sinuskurve 80 nur um die Zeit 88 verzögert worden.
Somit muss ein Teil des Schutzintervalls 84 verwendet werden,
um die Mehrpfadverzögerung
genau zu kompensieren, das heißt, von
dem übertragenen
Signal muss notwendigerweise ein ganzer Zyklus wiedergewonnen werden.
Mit anderen Worten, wenn die Kanalstreuung das Schutzintervall 84 übersteigt,
dann resultiert eine ISI, weil eine ganze Periode erforderlich ist,
um ein Symbol auf einem spezifischen dispersiven Unterkanal zu decodieren.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf die restlichen Zeichnungsabbildungen
beschrieben, an diesem Punkt wird klar, dass die vorliegende Erfindung
ein effizientes Verfahren zum Bereitstellen einer Frequenz-Diversity in dem
Zusammenhang eines OFDM-Systems und außerdem, in dem Zusammenhang
eines zellularen Systems, ein effizientes Verfahren zum Orthogonalisieren
von Uplink-Übertragungen
von verschiedenen Anwendern genau beschreibt.
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4 zeigt
ein ideales Zwei-Unterkanalsystem, das dem von 3 ähnlich ist,
aber in diesem Fall werden die zwei Unterkanäle 90, 92 von
verschiedenen Punktquellen übertragen,
wie zum Beispiel von verschiedenen Antennen, die potentiell von verschiedenen
Sendern bedient werden können. Eine
differentielle Verzögerung ΔT zwischen
der Ankunft von zwei Komponenten von entsprechenden Unterkanälen wird
deutlich gekennzeichnet (und mit 93 bezeichnet). Wenn die
differentielle Verzögerung 93 kürzer ist
als das zyklische Suffix Tc, dann gibt es orthogonale
Fenster 94, um ein zusammengesetztes Signal 96 zu
verarbeiten, das von der Überlagerung der
zwei Unterkanäle 90, 92 erzeugt
wird.
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Im
Besonderen verwendet die vorliegende Erfindung das Konzept einer
intelligent gesteuerten, unabhängigen
Unter kanalübertragung
von mehreren Antennen. Die vorliegende Erfindung nutzt das Schutzintervall
des Mehrträgersystems,
um die Übertragung
einer Teilmenge der Unterkanäle
von jeder der verschiedenen und räumlich getrennten Antennen
zuzulassen. Diese Übertragungen
werden bei einem einzelnen Empfänger
nicht-kohärent
verknüpft (da
sie durch getrennte und unterschiedliche Kanäle passieren), um ein zusammengesetztes
OFDM-Symbol zu bilden. Es können
abweichende Übertragungsverzögerungen
(einschließlich
Impulsantworten) toleriert werden, aufgrund des Schutzintervalls
und unter der Voraussetzung, dass das Schutzintervall eine größere Dauer
hat als die Zeit zwischen: i) einem Empfang der ersten Komponente der
Impulsantwort von einer Antenne mit der kürzesten Ausbreitungsverzögerung;
und ii) der Zeitdauer, die einem Empfang der letzten Komponente
der Impulsantwort von einer anderen Antenne entspricht, das heißt, einer
Zeit, die der längsten
kombinierten Impulsantwort plus einer Übertragungsverzögerung ΔT entspricht.
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Es
wird kurz auf 5 Bezug genommen, darin wird
ein zellulares Mehrträgerkommunikationssystem 100 einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt, ein System 100, das sich
in einer im Haus befindlichen (pikozellularartigen) Umgebung befinden
kann. Das zellulare Kommunikationssystem 100 umfasst eine
Mehrzahl von Zellen 102–110, die im Wesentlichen
eine ähnliche Konfiguration
aufweisen, nämlich
so, dass jede Zelle eine Basisstation (BS) und eine Mehrzahl mobiler Einheiten 112–114 umfasst,
die umherwandern und überall
in dem zellularen Kommunikationssystem 100 einen Dienst
empfangen dürfen.
Um der Kürze und
Klarheit willen, ist nur die Zelle 102 so dargestellt,
dass sie eine Basisstation 116 enthält, die die mobile Ein heit 112 aktiv
versorgt. Die Basisstation 102 umfasst mindestens die zwei
Antennen 118–120, die
räumlich
getrennt sind, um einen Diversity-Mechanismus zur Verfügung zu
stellen, das heißt,
ihre Trennung ist dergestalt, dass jede Antenne eine nicht-korrelierte,
mindestens aber eine teilweise nicht-korrelierte Schwächung erfährt. Folglich
kann die Basisstation 116 Informationssignale auf den verschiedenen
Pfaden 122–124 übertragen
und empfangen. Genauer gesagt, wird eine einzelne Übertragung,
während
einer Kommunikation mit der mobilen Einheit 112 (auf einem
Uplink von der mobilen Einheit 112) von der mobilen Einheit 112 durch
mindestens die zwei Antennen 118–120 jeweils auf den
Pfaden 122 –124 empfangen,
während
mehrere Übertragungen
(auf dem Downlink) von den mindestens zwei Antennen 118–120 bei
einer einzelnen Antenne 126 der mobilen Einheit 112 empfangen
(und luftgestützt kombiniert)
werden. Die mobile Einheit kann eindeutig mehr als eine Antenne
oder ein Array von Antennenelementen umfassen, aber diese werden
durch die vorliegende Erfindung möglicherweise überflüssig gemacht.
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Es
ist vorgesehen, dass das zellulare Mehrträgerkommunikationssystem 100 eine
Zeitduplex (TDD)-Struktur 130 haben kann, in der eine Uplink- und
eine Downlink-Übertragung
zeitlich getrennt werden, aber eine gemeinsame Frequenz teilen,
obwohl der Uplink und der Downlink selbst für verschiedene Anwender der
verfügbaren
Kommunikationsressourcen in die Zeitschlitze 131–134 aufgeteilt
sein können.
Die Konzepte der vorliegenden Erfindung sollen jedoch nicht auf
eine solche Struktur beschränkt
sein und sollen Schemata umfassen, in denen die Uplink- und Downlink-Frequenzen
in diskrete oder zusammenhängende
Frequenzbänder
aufgeteilt sind.
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Typischerweise
werden die Basisstationen des zellularen Mehrträgerkommunikationssystems 100 durch
eine regionale Steuerung (140 von 5) gehandhabt/vermittelt,
wie zum Beispiel einem Betriebs- und Wartungszentrum (OMC) oder
dergleichen. Jede der Antennen 118–120 der Basisstation 116 kann
ein Array von Antennenelementen sein.
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Die
Begründung
für eine
Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung und die Struktur
der bevorzugten Ausführungsform
werden durch die folgenden Beispiele deutlicher werden.
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Um
eine Diversity in dem zellularen Mehrträgerkommunikationssystem von 5 zur
Verfügung zu
stellen (und zu exemplarischen Zwecken eine TDD-Struktur auszuwählen) berücksichtigt
die vorliegende Erfindung, dass eine Übertragung von der Antenne 126 der
mobilen Einheit 112 durch mindestens die beiden Antennen 118–120 empfangen
wird; der Prozess wird in 6 gezeigt
(Schritt 150). Auf dem Uplink kann die Basisstation daher
aus Diversity-Verstärkungen
L-ter Ordnung, durch Verwenden eines effizienten Diversity-Kombinierens,
Nutzen ziehen (wo L die Zahl von Antennen bei der Basisstation ist; die
in dem spezifischen, allerdings exemplarischen Fall von 5 zwei
ist), Schritt 152. Im Besonderen werden die zusammengesetzten
Signaleinhüllenden, die
bei den mindestens zwei Antennen (obwohl theoretisch identisch)
empfangen werden, den unterschiedlichen Übertragungspfaden 122–124 unterworfen.
Für alle
Antennen 118–120 wird
eine Timing-Erfassung durchgeführt
und das mit jedem Unterkanal verknüpfte Qualitätsmetrik wird bestimmt (Schritt 154).
Daher kann der Steuerprozessor 46, nachdem in dem Mehrträgerempfänger von 2 ein
Decodieren dieser zusammengesetzten Signalein hüllenden stattgefunden hat,
individuelle Unterkanäle
selektiv kombinieren, um die in den zusammengesetzten Einhüllenden
empfangene (Schritt 156) Information zu optimieren. Es
sind eindeutig weitere Formen eines Diversity-Kombinierens möglich, zum Beispiel basierend
auf absolute Signalpegel für
jede der L empfangenen Kopien der zusammengesetzten Signaleinhüllenden,
obwohl eine Auswahl bestimmter Teilbänder von verschiedenen Antennen
in frequenzselektiven Umgebungen effektiver ist.
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Auf
dem Downlink nun, vorausgesetzt, dass sich die Kanal (Pfad)-Bedingungen
nicht dramatisch geändert
haben (das heißt,
dass es eine Korrelation mit dem Uplink gibt), berücksichtigt
dann eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, dass individuelle Unterkanäle in einer
intelligenten Art und Weise von verschiedenen Antennen bei der Basisstation
ausgewählt
werden können,
um die Übertragung
von Informationen von der Basisstation 116 an die mobile
Station 112 zu optimieren. Damit ist gemeint, dass die
Basisstation 116, basierend auf objektive Qualitätsmessungen
für Uplink-Unterkanäle, die
bei den mindestens zwei Antennen 118–120 empfangen wurden,
intelligent auswählt,
welche der Unterkanäle
bei den zur Verfügung
stehenden Antennen 118–120 der
Basisstation 116 zusammengruppiert werden (Schritt 158 von 6).
Daher können in
einem Vier-Unterkanalsystem zum Beispiel die Unterkanäle 1 und
4 kombiniert werden, um eine erste zusammengesetzte Signaleinhüllende von
der Antenne 118 zu bilden, während die Unterkanäle 2 und 3
kombiniert werden können,
um eine zweite zusammengesetzte Signaleinhüllende von der Antenne 120 zu
bilden. Zusammengefasst, werden die Qualitätsmetriken verwendet, um zu
bestimmen, welche Antenne für
die Demodulati on eines jeden Unterkanals verwendet werden soll,
und die vorliegende Erfindung stellt somit eine Auswahl-Diversity
bei einem Unterkanalpegel (der gegenüber einer Bewegung des Handgerätes relativ
unempfindlich ist) zur Verfügung.
Es ist natürlich
klar, dass viele Techniken angewendet werden können, um eine Antennenauswahl in
Bezug auf jeden Unterkanal zu optimieren, wobei solche Techniken
ein Maximalverhältniskombinieren ("Maximal Ratio Combining") umfassen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform,
die über
vier mögliche
Unterkanäle
verfügt,
werden die zwei Unterkanäle
mit den größten Metriken
von jeder Antenne für
eine 4-DPSK (Phasendifferenzmodulation)-Übertragung ausgewählt, das
heißt,
auf jeden der Unterkanäle,
die über
die größten Metriken
verfügen,
moduliert das System Daten bei einer höheren Rate und erlaubt dadurch
eine Übertragung
auf einer verringerten Zahl von Unterkanälen, während die Kapazität aufrechterhalten
wird. Es ist klar, dass eine Bitsignifikanz für Sprachanwendungen berücksichtigt werden
kann. Die den dritt- und viertgrößten Metriken entsprechenden
Unterkanäle
werden vorzugsweise nur für
das Timingwiederherstellungsfeld verwendet. Eine Auswahl der zwei
Unterkanäle
mit den größten Metriken
kann bei der mobilen Einheit 112 und/oder der Basisstation 116 stattfinden.
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Es
ist klar, dass die vorliegende Erfindung nicht die selben Unterkanäle auf den
mindestens zwei Antennen 118–120 der Basisstation 116 gleichzeitig
verwenden kann, somit kann dies den Zuordnungsprozess beeinflussen.
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Bei
dem Empfänger
(das heißt,
der mobilen Einheit 112) erzeugt ein Kombinieren der ankommenden
ersten und zweiten zusammengesetzten Signaleinhüllenden (die über verschiedene Übertragungspfade
gesendet worden sind) eine nicht-kohärent kombinierte zusammengesetzte
Signaleinhüllende,
die einen Nutzen aus einer Diversity zieht (Schritt 160 von 6).
Ein Unterschied in der Ankunftszeit zwischen der ersten und zweiten
zusammengesetzten Signaleinhüllenden
kann aufgrund der zyklischen Ausdehnung toleriert werden, obwohl
diese Verzögerung
die Menge an Kanalstreuung verringert, was toleriert werden kann.
Der Mechanismus der vorliegenden Erfindung ist daher in der Lage,
große
Verstärkungen
bei der (einzelnen Antenne) mobilen Einheit 112 zur Verfügung zu
stellen, weil die Auswahl, welche Antenne 118–120 für jede Unterkanalübertragung
von der Basisstation 116 verwendet werden soll, auf einer
Qualitätsbasis,
das heißt,
Leistung in der Abwesenheit einer ISI, durchgeführt wird. Vom Standpunkt der
mobilen Einheit 112 aus, ist die Basisstations-Diversity, die durch
die bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellt wird, transparent.
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Nachdem
eine Kommunikationsverbindung zwischen der Basisstation 116 und
der mobilen Einheit 112 einmal etabliert worden ist, werden Uplink-Übertragungen
von der mobilen Einheit 112 vorzugsweise so strukturiert,
dass den Unterkanälen, die über die
größten zwei
Qualitätsmetriken
verfügen,
Informationsbits und den anderen Unterkanälen nur Synchronisationsbits
zugewiesen werden.
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Die
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung stellt wesentliche Verbesserungen in
einer Systemleistung zur Verfügung.
Zum Beispiel ist dann, für
ein Szenarium eines identischen Zweiwegeleistungsverzögerungsprofils
für eine
Zwei-Antennen-Basisstation-Anordnung ohne differentielle Ausbreitungsverzögerungen
zwischen den Antennen (wobei eine Leistung nur bei der mobilen Einheit
berück sichtigt
wird, die schlechter arbeitet, als eine Basisstation bei einem gegebenen
Eb/No (Energie pro Bit
zu Rauschen)-Verhältnis)
bei 20 dB und bei einer Geschwindigkeit der mobilen Einheit von
1 ms–1 (1 Meter
pro Sekunde) die Spitzenverstärkung über eine
flach abnehmende DPSK 25 dB (Dezibel). Tatsächlich ist die Leistung sogar
bei einer Geschwindigkeit von 2 ms–1 besser,
als ein einfaches Vier-Unterkanal-DPSK-System
bei 30 dB, ausgenommen sehr niedriger Verzögerungsausbreitungen. Tatsächlich ist
die Leistung bei höheren
Verzögerungsausbreitungen
wesentlich besser.
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Zusammenfassend,
stellt die vorliegende Erfindung einen Mechanismus zur Verfügung, um
in einer mobilen Einheit mit einer einzelnen Antenne durch ein Vermeiden
abgeschwächter
Teile des Spektrums, die in dispersiven Umgebungen auftreten, eine
Diversity-Verstärkung
effektiv zu erreichen. In der Tat stellt die vorliegende Erfindung
ein intra-kanaldynamisches Unterkanalzuordnungsschema in einer OFDM-Umgebung
zur Verfügung.
Die vorliegende Erfindung verwendet dafür vorteilhafterweise die zyklische
Ausdehnung in einer OFDM, um ein adaptives Diversity-System zur
Verfügung
zu stellen, das über
eine nicht-kohärente
orthogonale Hinzufügung von
individuellen Unterkanälen
von mehreren Übertragungsseiten
verfügt,
und stellt somit eine Lösung für das allgemein
benannte Problem eines Orthogonalisierens verschiedener Anwender
auf dem Uplink von OFDM-basierten zellularen Systemen zur Verfügung, im
Besonderen, wenn es mit einer Form von Timingvorlauf verwendet wird.
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Es
ist natürlich
klar, dass die obige Beschreibung nur als Beispiel gegeben worden
ist und die im Einzelnen vorgenommenen Modifikationen im Rahmen
der vorliegenden Erfindung vorgenommen wurden. Zum Beispiel kann
eine bessere Leistung dadurch erreicht werden, dass anspruchsvollere
Verfahren verwendet werden, um Unterkanälen Bits und Energie zuzuweisen
(siehe den Artikel mit dem Titel "Multicarrier modulation for data transmission:
an idea whose time has come" von
J. A. C. Bingham, erschienen in IEEE Communications Magazine, Seiten 5–14, Mai
1990), da angenommen werden kann, dass der Kanal während eines
jeden Schlitzes im Wesentlichen statisch ist. Eine Adaption an eine
Störung
kann außerdem
dadurch erreicht werden, dass die Qualitätsmetrik, die verwendet wird,
um eine Unterkanalqualität
abzuschätzen,
verändert
wird.
