DE69936001T2

DE69936001T2 - Optimierung der Verbindungsqualität durch Räumliche und Zeit-Verschachtelung

Info

Publication number: DE69936001T2
Application number: DE69936001T
Authority: DE
Inventors: Kari Horneman; Marcos Katz; Juha Ylitalo
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1999-10-19
Filing date: 1999-10-19
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2019-10-20
Also published as: ES2285863T3; US6959048B1; CN1331869A; ATE361593T1; WO2001029986A1; NO20013017D0; EP1142158B1; JP2003512761A; DE69936001D1; AU6478699A; NO20013017L; EP1142158A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für das Übertragen von Daten in einem Funkkanal von einem Sender zu einem Empfänger, und auf einen Sender.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Bei der konventionellen Übertragung digitaler Information wird das zu übertragende Signal gegen die Wirkung von Rauschen durch die Verwendung einer gewissen Sorte einer Redundanz geschützt. Die Bedeutung der Kodierung als ein Weg der Verbesserung der Zuverlässigkeit der Übertragung ist vom Beginn der digitalen Kommunikationsära an erkannt worden. Am empfangenden Ende wird die Entscheidung über ein spezielles empfangenes Bit auf der Basis der Verarbeitung des geschützten oder kodierten Signals gefällt, beispielsweise durch das Berücksichtigen der wiederholten Abtastungen desselben Stücks der Information. Wenn man annimmt, dass das Rauschen, das jeden Abtastwert beeinflusst, unkorreliert ist, dann verstärkt die Gesamtwirkung der hinzugefügten Redundanz das gewünschte Signal, während sie die Wirkung des Rauschens herausmittelt. Die Zuverlässigkeit der Entscheidung, die vom Empfänger gefällt wird, wird stark erhöht, wenn das zu übertragende Signal vorher kodiert wird, und dies spiegelt sich klar als eine Erhöhung der Leistung der digitalen Verbindung, beispielsweise in Form einer reduzierten Bitfehlerrate, wieder. Im allgemeinen liefert eine Kanalkodierung den notwendigen Schutz gegen die verschlechternde Wirkung des Additiven Gaußschen Weißen Rauschens (Additive White Gaussian Noise, AWGN). Dies wird durch das Ausnützen einer zeitlichen Diversität ausgeführt, eines Prinzips, das bei konventionellen Kodierschemata verwendet wird.
Wenn die Wirkungen von Kanälen mit einem (schnellen) Schwund berücksichtigt werden, muss zusätzliche Sorgfalt angewandt werden, um die Leistung mit einer solchen eines Kanals, der nur Rauschen aufweist, vergleichbar zu halten. Tatsächliche neigt der Schwund dazu, benachbarte übertragene Bits ungefähr im selben Verhältnis zu modifizieren. Daraus folgt, dass jeder Kodierschutz, der Fehlerkorrekturkodes einschließt, die übertragene Information nicht schützen kann, wenn aufeinanderfolgende Bits eines Signals durch eine stark korrelierte Schwundhüllkurve beeinflusst werden. Um irgend ein konventionelles Kodierschema zu verwenden, muss die zeitliche Struktur der zu übertragenden Bits geändert werden. Auf diese Weise wird der korrelierte Schwund nun aufeinander folgende Bits, die nicht aufeinander folgenden Signalbits entsprechen, beeinflussen. Wenn die zeitliche Struktur in einer vorbestimmten Reihenfolge geändert wird, können die empfangenen Bits durch eine inverse Operation leicht wiederhergestellt werden, um einen Bitstrom in derselben Reihenfolge, wie er ursprünglich gesendet wurde, zu erzeugen. Die Kanalkodierung kann auf die gewöhnliche Weise erfolgen. Die obigen Operationen im Zeitbereich sind als (Bit-) Verschränken auf der sendenden Seite und einem Entschränken auf der empfangenden Seite bekannt. Das Verschränken wird gewöhnlicherweise ausgeführt, indem die kodierten Bits in eine Matrix zeilenweise eingeschrieben werden, und indem die zu sendenden Bits spaltenweise ausgelesen werden. Es sollte angemerkt werden, dass die Operation des Verschränkens-Entschränkens dem Signal eine inhärente Verzögerung verleiht. Für eine r×q Verschränkungsmatrix wird das Signal durch eine äquivalente Zeit, die rq Bits entspricht, verzögert. In sich langsam ändernden Umgebungen wird die Schwundhüllkurve entsprechend langsam sein und umgekehrt wird die Kohärenzzeit groß sein. Je langsamer die schnelle Schwundhüllkurve ist, desto mehr aufeinander folgende Bits sind in den Schwund einbezogen (oder korreliert), und desto größer sollte die Verschränkungstiefe sein, um einen wirksamen Schutz zu liefern.
In Funkumgebungen, die durch eine niedrige Mobilität gekennzeichnet sind, beispielsweise Zellen innerhalb von Gebäuden, ist die Kohärenzzeit des Kanals groß, sie beträgt typischerweise mindestens Hunderte von Millisekunden. Die Kohärenzzeit spiegelt die Änderungsgeschwindigkeit des Kanals wieder, und man kann sagen, dass die Kohärenzzeit definiert, wie weit entfernt die Bits beim Verschränken platziert werden sollten, so dass ihre Kreuzkorrelation im Fall eines mit Schwund behafteten Kanals klein genug ist. Die Verschränkungstiefen sind entsprechend lang, und somit könnte die große Verschränkungstiefe, die erforderlich ist, um einen ausreichenden Schutz zu liefern, zu übermäßig langen Verzögerungen führen. Viele Anwendungen sind empfindlich gegenüber Verzögerungen in der Art, dass große Verzögerungen die Qualität der Übertragung beeinflussen. Dies gilt insbesondere bei Echtzeitanwendungen, wie Sprache und Videoverkehr, bei denen es sein kann, dass lange Verzögerungen nicht akzeptabel sind. Zusätzlich können auch Einschränkungen des Systems die maximale Größe der verwendeten Verschränkungstiefe begrenzen, insbesondere bei Benutzern mit hoher Bitrate. Tatsächlich können lange Verzögerungen in Verbindung mit Verkehr mit hoher Bitrate an beiden Enden übermäßig große Signalpuffermöglichkeiten erforderlich machen. Insgesamt verursacht in Funkumgebungen mit geringer Mobilität die Verwendung der Verschränkung in vielen Fällen nicht akzeptabel lange Verarbeitungsverzögerungen. Das Problem verschärft sich bei höheren Bitraten. Die Wichtigkeit dieses Problems kann man aus der Tatsache sehen, dass die obigen Szenarien für WCDMA-Systeme (Breitband-Kodemultiplex), die in Pikozellen/Mikrozellen arbeiten, typisch sind.
Die Hüllkurvenverzögerungskorrelation des Signals, das von der Mobilstation empfangen wird, kann angenähert werden durch: ρ(τ) = J20 (βντ) (1) wobei τ die interessierende Zeitverzögerung ist, J₀ die Sesselfunktion ist, ν die Geschwindigkeit der Mobilstation ist, und β = 2π/λ, wobei λ die Wellenlänge des Signals ist. Die erste Null (die der minimalen Verzögerung mit einer Nullkorrelation entspricht) der Sesselfunktion tritt für ein Argument von ungefähr 2,4 auf. Als ein Beispiel ist die Verzögerungskorrelation (diese Größe ist mit der Kohärenzzeit des Kanals vergleichbar) für einen 2 GHz Funkkanal, bei dem eine Mobilstation nahezu stationär ist oder sich sehr langsam bewegt (v < 1 km/h), größer als ungefähr 200 Millisekunden. Wenn man annimmt, dass eine Verschränkungstiefe derselben Größenordnung verwendet wird, so müssen für ein Signal mit 2 MBit/s mindestens etwa 400 k Signalbits gepuffert werden. Dies kann leicht über der Verarbeitungskapazität der Endgerätausrüstung liegen.
Das Verschachteln wird primär verwendet, um die Wirkung des schnellen Schwunds auf aufeinander folgende Informationsbits zu dekorrelieren. Ein äquivalente Wirkung kann jedoch erzielt werden, indem diese benachbarten Bits von verschiedenen Antennen gesendet werden. Die dekorrelierende Wirkung, die mit der zeitlichen Verschränkung erzielt wird, kann im Prinzip durch die Verwendung einer äquivalenten räumlichen Verarbeitung oder räumlichen Verschränkung ersetzt oder erweitert werden. Es sollte angemerkt werden, dass um ein Dualität im räumlichen und zeitlichen Verhalten zu erhalten, die sendenden Antennen entsprechend unkorrelierte Signale am empfangenden Ende erzeugen müssen. Dies ist in Pikozellen/Mikrozellen wegen ihrer typischerweise großen Winkelspreizungen glücklicherweise meisten der Fall, und auch in Makrozellen, wenn die Antennentrennung passend groß ist oder eine Polarisationsdiversität angewandt wird. Dasselbe Prinzip, das durch die Gleichung 1 ausgedrückt ist, kann auf einen räumlichen Bereich ausgedehnt werden, um den folgenden Raumkorrelationsausdruck zu erhalten: ρ(d) = J20 (βd) (2) wobei d eine räumliche Trennung darstellt. Wieder führt die Trennung für die Nullkorrelation zu einer erforderlichen räumlichen Trennung d = 0,38 λ (βd = 2,4), wenn man das klassische Dopplerspektrum annimmt. Es ist wichtig zu betonen, dass äquivalente Dekorrelierungseffekte im Zeitbereich erhalten werden können, wenn ρ(τ) = 0 (Gleichung 1) und im Raumbereich, wenn ρ(d) = 0 (Gleichung 2).
Ein Dokument von Anthony C. K. Soong und Witold A. Krzymien: "Effect of Antenna Diversity an Performance of Reference Symbol Assisted Interference Cancellation in CDMA Wireless Systems", 1997 IEEE 6. International Conference an Universal Personal Communications Record, Band 2, 12. Oktober 1997 – 16. Oktober 1997, Seiten 202–207, San Diego, USA, untersucht die Wirkung einer Antennendiversität auf die Leistung eines durch ein Referenzsymbol unterstützten mehrstufigen Interferenz unterdrückenden Empfänger.
Ein Dokument EP 0 722 227 von der Firma NEC offenbart einen konventionellen Sender/Empfänger mit Antennendiversität.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung sucht ein verbessertes Verfahren für das Übertragen von Daten in einen Funkkanal von einem Sender zu einem Empfänger und einen verbesserten Sender bereit zu stellen. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren für das Übertragen von Daten in einem Funkkanal von einem Sender zu einem Empfänger, wie es in Anspruch 1 spezifiziert ist, geliefert. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Sender, wie er in Anspruch 17 spezifiziert ist, geliefert.

Die Idee hinter der hier vorgeschlagenen Erfindung besteht darin, Ressourcen in zeitlichen und räumlichen Bereichen auszutauschen mit dem Ziel, die Verarbeitungsverzögerung in akzeptablen Grenzen zu halten. Wenn durch die Langsamkeit eines gegebenen Funkkanals die Verschränkungsverzögerung, die erforderlich ist, um ausreichenden Schutz zu geben, zu groß ist, wird der räumliche Bereich verwendet. Mit anderen Worten, das vorgeschlagene Schema erzielt eine gegebene Verbindungsqualität oder eine maximale Verbindungsverzögerung durch das adaptive Kombinieren von räumlichen und zeitlichen Ressourcen. Die kennzeichnende Eigenschaft des präsentierten Verfahrens ist die Flexibilität, die durch seine Adaptionsfähigkeit ermöglicht wird. Ressourcen werden passend ausgewählt, um ein Endziel, wie eine gegebene Verbindungsqualität, eine spezielle, maximal erlaubte Verarbeitungsverzögerung etc. zu erreichen. Das Ressourcenauswahlverfahren berücksichtigt auch die verfügbaren Ressourcen am sendenden Ende als auch die Eigenschaften jedes speziellen Funkkanals. Tabelle 1

Eingaben	Funkumgebungsinformation
	Information auf Ausrüstungsebene
	Information auf Netzebene
	Information auf Benutzerebene
Ressourcen	Tiefe der räumlichen Verschränkg.
	Tiefe der zeitlichen Verschränkg.
Endgültige Aufg.	Verbindungsqualität
	Verarbeitungsverzögerung

Tabelle 1 zeigt die Faktoren, die bei der Entscheidung über die zu verwendenden Ressourcen beteiligt sind, nämlich das zeitliche und räumliche Verschränken. Es wird angenommen, dass die Kodierressourcen eine endliche Anzahl von Kombinationen einer räumlichen und zeitlichen Verschränkung liefern können. Die Auswahl einer speziellen ST-Verschränkungskombination (ST, Space Time, Raum-Zeit) erfolgt durch einen Entscheidungsalgorithmus. Der Algorithmus versucht, ein vordefiniertes Kriterium (beispielsweise die Verbindungsleistung, die Verarbeitungsverzögerungen) zu erfüllen, und um dies zu tun, verwertet er Eingabeinformation. Die Eingabe kann eine Information über die Funkumgebung (beispielsweise geschätzte Kanalimpulsantwort, Winkel, Frequenz und Verzögerungsverbreiterungen), Benutzerebeneninformation (beispielsweise Qualitätsanforderungen, Benutzerpriorität, Verkehrstyp), Netzebeneninformation (beispielsweise Gleichkanalbenutzerinformation) und Information der Ausrüstungsebene (beispielsweise verfügbare physikalische Ressourcen, Lastzustand der Leistungsverstärker) einschließen. Zusätzlich kann auch Rückmeldeinformation von der gewünschten Mobilstation verwendet werden, um das Kodierschemaentscheidungsverfahren zu steuern.
LISTE DER ZEICHNUNGEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend nur beispielhaft unter Bezug auf die angefügten Zeichnungen beschrieben.
1A und 1B zeigen ein Beispiel eines Funksystems;
2 zeigt einen Sender;
3 zeigt einen Empfänger;
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Übertragen von Daten in einem Funkkanal von einem Sender zu einem Empfänger darstellt.
DIE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung im UMTS-System (Universal Mobile Telephone System) beschrieben, ohne die Erfindung darauf einzuschränken.
Unter Bezug auf die 1A und 1B wird eine typische Struktur eines Mobiltelefonsystems beschrieben. 1B umfasst nur die Blöcke, die für die Beschreibung der Erfindung wesentlich sind, obwohl es für einen Fachmann klar ist, dass ein übliches Mobiltelefonsystem auch andere Funktionen und Strukturen umfasst, die hier nicht detaillierter diskutiert werden müssen. Die Hauptteile des Mobiltelefonsystems sind: ein Kernnetz CN, ein terrestrisches UMTS-Funkzugangsnetz UTRAN, und eine Benutzereinrichtung UE. Die Schnittstelle zwischen dem CN und dem UNTRAN wird als Iu-Schnittstelle bezeichnet, und die Schnittstelle zwischen dem UTRAN und der UE wird als Uu-Schnittstelle bezeichnet.
Das UTRAN besteht aus Funknetzuntersystemen RNS. Die Schnittstelle zwischen zwei RNS wird als Iur-Schnittstelle bezeichnet. Das RNS besteht aus einer Funknetzsteuerung RNC und einem oder mehreren Knoten Bs B. Die Schnittstelle zwischen der RNC und dem Knoten wird als Iub-Schnittstelle bezeichnet. Das Empfangsgebiet des Knotens B, das ist eine Zelle, ist in 1A mit einem C bezeichnet.
Da die Darstellung in 1A sehr abstrakt ist, wird sie in 1B klarer ausgeführt, indem die Teile des GSM-Systems aufgeführt werden, die den Teilen des UMTS entsprechen. Es ist klar, dass die präsentierte Abbildung in keinem Fall bindend ist, sondern eine Annäherung, da die Verantwortlichkeiten und Funktionen der Teile des UMTS sich in starker Entwicklung befinden.
1B zeigt eine leitungsvermittelte Übertragung von einem Telefon 136 zu einer Benutzerausrüstung UE. Die Benutzerausrüstung UE kann beispielsweise ein fest montiertes drahtloses lokales Teilnehmerleitungsendgerät, ein in einem Fahrzeug montiertes Endgerät oder ein in der Hand haltbares tragbares Endgerät sein.
Die Infrastruktur des Funknetzes UTRAN besteht aus Funknetzuntersystemen RNS, das sind Basisstationsuntersysteme. Das Funknetzuntersystem RNS besteht aus einer Funknetzsteuerung RNC, das ist eine Basisstationssteuerung, und mindestens einem Knoten B, das ist eine Basisstation, unter der Steuerung der RNC.
Die Basisstation B umfasst einen Multiplexer 114, Sendeempfänger 116 und eine Steuereinheit 118, die den Betrieb der Sendeempfänger 116 und des Multiplexers 114 steuert. Der Multiplexer 114 arrangiert den Verkehr und die Steuerkanäle, die von einer Vielzahl von Sendeempfängern 116 verwendet werden, zu einer einzigen Übertragungsverbindungs-Iub.
Die Sendeempfänger 116 der Basisstation B haben eine Verbindung zu einer Antenneneinheit 120, die für das Bereitstellen einer bidirektionalen (oder manchmal einseitigen) Funkverbindung Uu zu einer Benutzerausrüstung UE verwendet wird. Die Struktur der Rahmen, die in der Funkverbindung Uu übertragen werden, ist im Detail bestimmt, und die Verbindung wird als eine Funkschnittstelle bezeichnet.
Die Basisstationssteuerung RNC umfasst ein Gruppenvermittlungsfeld 110 und eine Steuereinheit 112. Das Gruppenvermittlungsfeld 110 wird für das Vermitteln von Sprache und Daten und für die Verbindung von Signalisierungsschaltungen verwendet. Die Basisstation B und die Basisstationssteuerung RNC bilden ein Basisstationsuntersystem, das zusätzlich einen Transkoder umfasst, der auch als ein Sprach-Kodierer-Dekodierer oder TRAU (Transkoder- und Ratenadaptionseinheit) 108 bekannt ist.
Die Aufteilung der Funktionen und der physikalischen Strukturen der Basisstationssteuerung RNC und der Basisstation B können sich in Abhängigkeit von der tatsächlichen Verwirklichung des Basisstationsuntersystems unterscheiden. Typischerweise implementiert die Basisstation B die Funkverbindung. Die Basisstationssteuerung RNC verwaltet typischerweise folgendes: die Funkressourcensteuerung, die Steuerung einer Übergabe zwischen Zellen, die Leistungssteuerung, die Zeitsteuerung und Synchronisation und das Rufen der Benutzerausrüstungen.
Der Transkoder 108 ist gewöhnlicherweise so dicht wie mögliche an einer Mobilvermittlungszentrale 108 angeordnet, da dies es erlaubt, dass Sprache zwischen dem Transkoder 108 und der Basisstationssteuerung RNC in Form eines zellularen Funknetzes übertragen werden kann, was Übertragungskapazität spart.
Der Transkoder 108 wandelt die verschiedenen digitalen Sprachkodierarten, die zwischen einem öffentlichen Telefonnetz und einem zellularen Funknetz verwendet werden, um, um sie kompatibel zu machen, beispielsweise aus der Form des festen Netzes mit 64 kbit/s in eine andere Form (wie 13 kbit/s) des zellularen Funknetzes und umgekehrt. Natürlich wird die Transkodierung nur für die Sprache ausgeführt. Die Steuereinheit 112 führt die Rufsteuerung, die Mobilitätsverwaltung, die Sammlung von statistischen Daten und die Signalisierung aus.
Das Kernnetz CN besteht aus der Infrastruktur, die zum Mobiltelefonsystem gehört und kein Teil des UTRAN ist. 1B zeigt zwei Ausrüstungen, die Teil des Kernnetzes CN sind, nämlich eine Mobilvermittlungszentrale 106 und eine Gateway-Mobilvermittlungszentrale 104, die Mobiltelefonsystemschnittstellen zur äußeren Welt, in diesem Beispiel zum öffentlichen Telefonnetz 134 hin, handhabt.
Die wesentlichen Teile der Benutzerausrüstung UE sind: eine Schnittstelle zur Antenne der Benutzerausrüstung UE, ein Sendeempfänger, ein Steuerteil der Benutzerausrüstung UE, eine Schnittstelle zur Batterie, und eine Benutzerschnittstelle, die eine Anzeige, eine Tastatur, ein Mikrofon und einen Lautsprecher umfasst.
Das System kann auch eine paketvermittelte Übertragungsausrüstung, wie GPRS (General Packet Radio Service), verwenden. GPRS (General Packet Radio Service) ist ein Dienst, bei dem eine Funkschnittstellenkapazität, die bei der Leitungsvermittlung nicht verwendet wird, für eine Paketübertragung verwendet wird. Da das GPRS ein auf GSM basierender Dienst ist, werden keine Details des Zusammenspiels mit dem UMTS angegeben.
Wie 1B zeigt, kann das Vermittlungsfeld 110 eine Vermittlung (als schwarze Punkte dargestellt) zu einem öffentlichen Telefonnetz (PSTN) 134 durch die Mobildienstvermittlungszentrale 106 und zu einem Paketübertragungsnetz 142 ausführen. Ein typisches Endgerät 136 im öffentlichen Telefonnetz 124 ist ein normales Telefon oder ein ISDN-Telefon (dienstintegrierendes digitales Netz).
Die Verbindung zwischen dem Paketübertragungsnetz 142 und dem Vermittlungsfeld 110 wird durch einen Unterstützungsknoten (SGSN = Serving GPRS Support Node, bedienender GPRS-Unterstützungsknoten) 144 errichtet. Das Ziel des Unterstützungsknotens 140 besteht darin, Pakete zwischen dem Basisstationssystem und einem Gatewayknoten (CGSN = Gateway GPRS Support Node, Gateway-GPRS-Unterstützungsknoten) 144 zu übertragen und eine Aufzeichnung über den Ort des Teilnehmerendgeräts UE in seinem Gebiet zu führen.
Der Gatewayknoten 144 verbindet das Paketübertragungsnetz 142 und ein öffentliches Paketübertragungsnetz 146. Ein Internetprotokoll oder ein X.25 Protokoll können an der Schnittstelle verwendet werden. Durch ein Einkapseln verbirgt der Gatewayknoten 144 die interne Struktur des Paketübertragungsnetzes 142 vom öffentlichen Paketübertragungsnetz 146, so dass das Paketübertragungsnetz 142 für das öffentliche Paketübertragungsnetz 146 einem Unternetz ähnelt, wobei das öffentliche. Paketübertragungsnetz Pakete an das darin platzierte Teilnehmerendgerät UE adressieren und von diesem Pakete empfangen kann.
Das Paketübertragungsnetz 142 ist typischerweise ein privates Netz, das ein Internetprotokoll verwendet, das Signalisierungs- und Benutzerdaten befördert. Die Struktur des Netzes 142 kann betreiberspezifisch in Bezug auf die Architektur und die Protokolle unterhalb der Ebene des Internetprotokolls variieren.
Das öffentliche Paketübertragungsnetz 146 kann beispielsweise ein globales Internet sein, an das ein Endgerät 148, beispielsweise ein Servercomputer, mit einer Verbindung hierzu, Pakete an das Teilnehmerendgerät UE zu übertragen wünscht.
2 zeigt die vereinfachte Struktur eines adaptiven Funksenders 250 gemäß der Erfindung. Der Funksender 250 kann im Knoten B oder der Benutzerausrüstung angeordnet sein. Entsprechend kann der Funkempfänger 226 in der Benutzerausrüstung oder im Knoten B angeordnet sein.
Der Zweck besteht darin, ein adaptives Schema zu verwenden, um ein bestimmtes Qualitätsniveau zu erzielen, durch eine flexible Zuweisung der verfügbaren Diversitätsressourcen. Die Qualität stellt hier eine Größe der Übertragungsgüte der Verbindungsleistung und der Verarbeitungsverzögerung, die erforderlich ist, um diese geforderte Leistung zu erzielen, dar. Die Adaptivität kann kontinuierlich oder auf Verbindungsbasis ausgeführt werden. Bei ersterer kann das verwendete Kodierschema auf der Basis eines Zeitschlitzes, einer Impulsfolge oder eines Pakets geändert werden, und bei letzterer wird das Kodierschema ausgewählt, wenn eine neue Verbindung zu errichten ist. Die verwendeten zeitlichen und räumlichen Verschränkungspegel werden an den Empfänger 226 entweder auf Verbindungsbasis oder auf Basis eines Rahmens/Pakets übertragen.
Die Daten 200 der verschiedenen Dienste, die in einem Funkkanal platziert sind, umfassen beispielsweise Sprache, Daten, Bewegtbilder oder Standbilder, und die Steuerkanäle des Systems, die im Steuerteil 240 des Funksenders verarbeitet werden. Der Steuerteil 240 steht in Beziehung zur Steuerung der Ausrüstung selbst und zur Steuerung der Verbindung. Verschiedene Dienste erfordern eine unterschiedliche Quellenkodierausrüstung, beispielsweise erfordert Sprache einen Sprach-Kodierer-Dekodierer. Die Quellenkodierausrüstung ist in 2 jedoch aus Gründen der Klarheit nicht dargestellt.
Die Daten 200 werden in einem Kanalkodierer 202 kanalkodiert. Eine Form der Kanalkodierung besteht aus verschiedenen Blockkodes, von denen ein Beispiel die zyklische Redundanzprüfung oder CRC ist. Ein anderer typischer Weg für das Ausführen der Kanalkodierung ist die Faltungskodierung und ihre unterschiedlichen Variationen, wie eine punktierte Faltungskodierung. Im WCDMA wird auch eine verkettete Faltungskodierung (Turbokodierung) verwendet.
Wenn die Kanäle kanalkodiert sind, werden die Kanäle in einem Verschränker 204 verschränkt. Der Verschränker 204 ist im Prinzip ein konventioneller Verschränkungsblock, in welchem die Verschränkungstiefe aus einer endlichen Anzahl möglicher Werte d₁ ausgewählt werden kann. Der Weg, nach dem die Verschränkungstiefe ausgewählt wird, wird später erläutert. Es genügt zu sagen, dass der Steuerteil 240 den Kodierschemaentscheidungsalgorithmus enthält, der den Betrieb des Verschränkers 204 und den Betrieb eines Raumdiversitätsblocks 206 steuert.
Der Steuerteil 240 empfängt Information in Bezug auf die Qualitäts- und Verzögerungsanforderungen der Daten 200 von einem Block 242. Der Block 242 umfasst Übertragungsverzögerungsmittel 242 für das Detektieren einer Datenübertragungsverzögerungsanforderung, und Qualitätsmittel 242 für die Detektion einer Funkkanalqualitätsanforderung gemäß den Anforderungen der zu sendenden Daten. Der Steuerteil 240 kann auch Information auf Netzebene vom Block 242 empfangen.
Auch der detaillierte Betrieb des Raumdiversitätsblocks 206 wird später erläutert, aber im Prinzip ist die Einheit ein Block, der die räumliche Verschränkung verwirklicht, das ist die Verwendung von Diversitätsantennen beim Übertragen.
Nach dem adaptiven Kodierverfahren wird das Signal, das jeder ausgewählten Antenne 214A, 214B, 214C entspricht, durch eine eindeutige Signatur, wie einen speziellen, sich unterscheidenden Spreizkode, individuell identifiziert. Jedes Signal 208A, 208B, 208C, das eine unterschiedliche Signatur aufweist, wird unter Verwendung eines Sendeblocks 212A, 212B, 212C gesendet. Jeder Sendeblock 212A umfasst einen Modulationsblock 210A für das Übertragen modulierter, verschränkter und kanalkodierter Daten in einem Funkkanal, und der Modulationsblock 210A ist mit einer Antenne 214A verbunden. Die Anzahl der Sendeblöcke 212A, 212B, 212C ist N.
In dieser Stufe kann jede Steuerinformation, die mit der Antenne 214A, 214B, 214C verknüpft ist, auch an den Datenstrom angefügt werden. Der Signaturbetrieb und das Hinzufügen von Steuerinformation werden durch einen Block 238 ausgeführt, der wiederum durch den Steuerteil 240 gesteuert wird.
Im Modulationsblock 210A wird das Signal moduliert, beispielsweise wird es mit einem Spreizkode gespreizt. Der Modulationsblock 210A kann Leistungsverstärker und die Bandbreite begrenzende Filter umfassen. Ein analoges Funksignal wird dann durch die ausgewählten Antennen 214A, 214B, 214C zum Funkpfad 224 übertragen.
Der Funksender 250 umfasst auch einen Funkempfänger 234, der verwendet wird, um die andere Hälfte 230 der bidirektionalen Funkverbindung zu verwirklichen. Ein interessierendes Merkmal der Erfindung ist auch die Möglichkeit des Messens von Information von der ankommenden Funkverbindung mit dem Kanalmessblock 236, der die gemessene Information an den Steuerteil 240 befördert. Der Block 236 umfasst Kohärenzzeitmittel 236 für das Bestimmen einer Funkkanalkohärenzzeit.
Die Funktion eines Raumdiversitätsblocks 206 besteht darin, dem Kodierschema eine Fähigkeit zur adaptiven räumlichen Verschränkung zu verleihen. Die adaptive zeitliche Verschränkung wurde vorher im Verschränker 204 ausgeführt, wie das oben diskutiert wurde. Die Ausgabe des zeitlichen Verschränkers 204 ist ein Datenstrom mit einer gegebenen Verschränkungstiefe, die vom Kodierschemaentscheidungsalgorithmus 240 gewählt wird. Die Kernoperation im Raumdiversitätsblock 206 ist das Abbilden des seriellen Bitdatenstroms in einen parallelen räumlich kodierten Signalvektor, der mit den Sendeantennen 214A, 214B, 214C verknüpft ist. Die Bitabbildung kann mittels einer Datenabbildungsmatrix M erfolgen, wobei M eine quadratische Binärmatrix der Dimension N ist. Wenn man den Datenbitvektor mit den letzten N Bits vom zeitlichen Verschränker als d = [d₁, d₂, ..., d_N] betrachtet, so ist der Ausgabevektor nach der Abbildungsoperation s = Md (3)wobei s ein N×1-Vektor ist, dessen k-tes Element das Bit ist, das in die k-te Sendeantenne einzugeben ist.
Um zu beobachten, wie das Abbildungsgesetz mit dem Eingangsvektor d arbeitet, wird als nächstes ein Beispiel gezeigt. Um das i-te Bit auf die j-te Antenne abzubilden, ist das i-te Element der j-ten Spalte der Matrix M "eins", und die restlichen Spaltenelemente sind "null". Wenn M = 8, so wird d von den Antennen 1, 2 und 3 gesendet, d₂ wird von Antenne 4 gesendet, d₃ wird von Antenne 5 gesendet, und d₅ wird von den Antennen 7 und 8 gesendet, so ergibt sich M zu
Man kann leicht sehen, dass s = Md = [b₁, b₁, b₁, b₂, b₃, 0, b₅, b₅]^T ist.
Als einfache Regel kann man sagen, dass die Bitabbildung folgendermaßen ausgeführt wird: Wenn die j-te Antenne verwendet wird, dann muss die j-te Zeile von M eine einzelne "Eins" enthalten. Der Platz der "Eins" zeigt das entsprechende Bit an, das von der j-ten Antenne gesendet wird. Wenn die j-te Zeile ein Vektor mit lauter Nullen ist, so wird die j-te Antenne nicht verwendet. In einer ähnlichen Weise zeigen die Spalten von M die zu übertragenden Bits an. Es kann pro Spalte mehr als eine "Eins" geben. Eine "Eins" in der j-ten Position der j-ten Spalte zeigt an, dass das Bit b von der j-ten Antenne gesendet wird. Wenn die i-te Zeile ein Vektor mit lauter Nullen ist, dann wird das i-te Bit aktuell nicht übertragen. Jede Kombination der verfügbaren Bits in den verfügbaren Antennen kann durch eine passende Auswahl der Einträge in der Matrix M erzielt werden.
Im Grunde bestimmt der Kodierschemaentscheidungsalgorithmus 240 die Elemente der Matrix M. Um dies zu tun, werden mehrere Eingaben berücksichtigt, wie das in Tabelle 1 gezeigt ist. In der vorliegenden Erläuterung werden beide Kanalmessungen als auch die Qualitätsanforderungen hauptsächlich als relevanteste Eingabe betrachtet, auf deren Basis die Entscheidungen gefällt werden.
Somit umfasst der Kodierschemaentscheidungsalgorithmus im Steuerteil 240 Verschränkungsauswahlmittel 240 für das Auswählen der Verschränkungstiefe unter Verwendung der Funkkanalkohärenzzeit und der Datenübertragungsverzögerung als Entscheidungsparameter. Die Verschränkungsauswahlmittel 240 erhalten eine Eingabe von den Kohärenzzeitmitteln 236 und den Übertragungsverzögerungsmitteln 242, und die Verschränkungsauswahlmittel 240 geben die Verschränkungstiefe als eine Eingabe an den Verschränker 204. Der Kodierschemaentscheidungsalgorithmus 240 umfasst auch Antennendiversitätsauswahlmittel 240 für das Auswählen von mindestens einer Sendediversitätsantenne neben der Hauptantenne, wenn die Funkkanalqualitätsanforderung nicht erfüllt ist, so dass die Funkkanalqualitätsanforderung erfüllt wird. Die Antennendiversitätsauswahlmittel 240 erhalten die Funkkanalqualitätsanforderung als eine Eingabe von den Qualitätsmitteln 242, und die Antennendiversitätsauswahlmittel 240 geben die ausgewählten Sendeblöcke 212A, 212B als eine Eingabe an den Raumdiversitätsblock 206.
Die Steuereinheit 240 steuert die Blöcke, die mit ihr durch eine unterbrochene, mit einem Pfeil versehene Linie verbunden sind. Die Erfindung wird vorzugsweise durch Software implementiert, aber natürlich ist auch eine ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung) oder eine andere Hardware-Implementierung möglich. Eine hybride Implementierung, die aus Hardware und Software besteht, ist möglich. Der Kanalkodierer 202, der Verschränker 204, der Raumdiversitätsblock 206, die Kohärenzzeitmittel 236, die Übertragungsverzögerungsmittel 242, die Verschränkungsauswahlmittel 240, die Qualitätsmittel 242 und die Antennendiversitätsauswahlmittel 240 können somit Softwaremodule sein, die sich im Prozessor des Senders 250 befinden.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist in 4 dargestellt. Die Ausführung des Verfahrens beginnt in Block 400.
Im Block 402 wird eine Funkkanalqualitätsanforderung gemäß der Benutzer- und Systeminformation festgelegt.
Im Block 404 wird eine Datenübertragungsverzögerungsanforderung festgelegt.
Im Block 406 wird eine Funkkanalkohärenzzeit bestimmt.
Im Block 408 werden die Daten kanalkodiert.
Im Block 410 wird die Verschränkungstiefe unter Verwendung der Funkkanalkohärenzzeit und der Datenübertragungsverzögerung als Entscheidungsparameter ausgewählt.
Im Block 412 werden die kanalkodierten Daten verschränkt.
Im Block 414 wird ein Test ausgeführt: Ist die Funkkanalqualitätsanforderung erfüllt? Wenn nicht, dann wird im Block 416 mindestens eine Sendediversitätsantenne neben der Hauptantenne ausgewählt, so dass die Funkkanalqualitätsanforderung erfüllt werden wird, wonach das Verfahren sich im Block 418 fortsetzt. Wenn die Funkkanalqualitätsanforderung erfüllt ist, wird die Operation direkt im Block 418 fortgesetzt, ohne dass dem Signal eine räumliche Verschränkung hinzugefügt wird.
Im Block 418 werden die modulierten, verschränkten und kanalkodierten Daten mit den ausgewählten Antennen gesendet. Im Block 420 wird das Verfahren beendet.
Die Strategie, die vom Sender 250 verwendet wird, um die am besten passende zeitliche und räumliche Verschränkungskombination für die Abwärtsverbindung 224 auszuwählen, wird als nächstes als ein Satz von sechs Regeln präsentiert. Es wird angenommen, dass sich der Sender 250 in der Basisstation und der Empfänger 226 in der Mobilstation befindet, wobei die Regeln aber auch für das Optimieren der Aufwärtsverbindung 230 angepasst werden können.

1. Die Qualitätsanforderungen für die Datenübertragung werden von einem Netz auf der Basis des Übertragungsmodus festgelegt. Der Modus könnte Echtzeitverkehr und Nicht-Echtzeitverkehr mit unterschiedlichen Datenraten sein. Die Qualitätsanforderungen sind eine Bitfehlerrate oder eine Rahmenfehlerrate und eine Übertragungsverzögerung D_req.
2. Im Sender 250 sind vorgegebene Werte (oder Tiefen) der zeitlichen Verschränkung (beispielsweise 10 ms, 20 ms, 30 ms, ..., 80 ms, ...) und der räumlichen Verschränkung vorhanden. Die geschätzten Korrelationskoeffizienten werden auf der Antennentrennung mit einer spezifischen Winkelspreizung basiert. Wenn die Antennen gleichmäßig getrennt sind, wie in einer linearen Anordnung, entspricht die Distanz zwischen benachbarten Antennen dem niedrigsten räumlichen Verschränkungswert in der gegebenen Winkelspreizung, und die Distanz zwischen den am weitesten entfernten Antennen entspricht dem höchsten räumlichen Verschränkungswert.
3. Der Sender 250 misst die umgekehrte Verbindung (oder Aufwärtsverbindung) 230 und bestimmt auf der Basis dieser Messungen die Kohärenzzeit des Kanals, die direkt in Bezug steht zur erforderlichen Verschränkungstiefe. Wahlweise kann auch die Größe der verfügbaren Mehrwegediversität und der Korrelation zwischen den Antennenelementen gemessen werden. Die Information der Aufwärtsverbindung 230 kann normalerweise als eine Näherung der Information der Abwärtsverbindung verwendet werden. Die Kohärenzzeit T_coh ist ungefähr das Inverse der Dopplerverbreiterung. Es gibt mehrere bekannte Verfahren, die Dopplerverbreiterung zu schätzen, und es wird hier angenommen, dass ein solches Verfahren verwendet wird, bei dem die Schätzung mit einem gewissen Genauigkeitsgrad erfolgen kann. Natürlich beeinflusst die Messgenauigkeit die technische Wirkung der Erfindung. Die Größe der Mehrwegediversität wird durch das Beobachten der Anzahl der Mehrwegekomponenten, deren Leistung einen vorgegebenen Pegel P_tr (verglichen mit der stärksten Komponente, beispielsweise P_tr = –19 dB) übersteigt, und deren Distanzen voneinander länger als die Korrelationsdistanz sind (ungefähr ein Chip für eine rechteckige Pulsform) gemessen. Die Leistungen der Mehrwegekomponenten können verwendet werden, um den möglichen maximalen Mehrwegekombinationsgewinn G_mmax zu berechnen.
4. Die Kohärenzzeit wird mit der erforderlichen Übertragungsverzögerung verglichen
4.1 Wenn die Kohärenzzeit T_coh unendlich ist, kann die Verschränkungstiefe auf null gesetzt werden, und eine räumliche Verschränkung wird angewandt, das heißt, es wird mindestens eine Diversitätsantenne verwendet.
4.2 Wenn die Kohärenzzeit T_coh länger als die geforderte Übertragungsverzögerung D_req ist, wird die Größe der Mehrwegediversität geschätzt. Diese Schätzung der Mehrwegediversität ist ein optionales Merkmal. Sie optimiert die Verwendung der Funkressourcen, da die zeitliche und/oder räumliche Verschränkung reduziert werden kann, wenn eine ausreichende Mehrwegediversität im Empfänger 226 existiert.
4.2.1 Wenn es keine Mehrwegediversität gibt (G_mmax ≤ G_mtr, siehe unten für eine Definition von G_mtr), und der Kanal einen Schwund aufweist, wird der zeitliche Verschränkungswert so festgelegt, dass er der geforderten Übertragungsverzögerung entspricht, so dass die ausgewählte Zeitverschränkungstiefe d_I < D_req. Der räumliche Verschränkungswert m_j wird so gewählt, dass der effektive Korrelationswert zwischen zwei aufeinander folgenden Symbolen unter einem vorbestimmten Schwellwert C_tr liegt. Der effektive Korrelationswert wird aus der Zeitverschränkungstiefe und dem räumlichen Verschränkungswert berechnet. Der vorbestimmte Schwellwert garantiert einen vorgegebenen Wert einer Dekorrelation zwischen aufeinander folgenden Symbolen, so dass nach dem Dekodieren die erforderliche Fehlerleistung in Verbindung mit einer Leistungssteuerung mit geschlossener Schleife erhalten werden kann.
4.2.2. Wenn der Mehrwegediversitätsgewinn G_mmax ≥ G_mtr in Verbindung mit der zeitlichen Verschränkungstiefe d₁ ≤ T_coh, werden die Daten mit nur einer Antenne übertragen. Der Schwellwertgewinn G_mtr wird so voreingestellt, dass in Verbindung mit der zeitlichen Verschränkungstiefe d₁ und der Leistungssteuerung mit geschlossener Schleife, das geforderte Fehlerverhalten erzielt werden kann.
4.3 Wenn die Kohärenzzeit T_coh kürzer als die geforderte Übertragungsverzögerung D_req ist, wird der zeitliche Verschränkungswert so eingestellt, dass er der Kohärenzzeit entspricht, das heißt d_I ≤ T_coh. Die Größe der Mehrwegediversität wird geschätzt.
4.3.1 Wenn es keine Mehrwegediversität gibt (G_mmax ≤ G_mtr) werden die Antennen verwendet, um eine künstliche Mehrwegediversität zu erzeugen, so dass der erzielte Mehrwegekombinationsgewinn G_mach in Verbindung mit der zeitlichen Verschränkungstiefe d_I das geforderte Fehlerverhalten nach dem Dekodieren mit der Leistungssteuerung mit geschlossener Schleife garantiert.
4.3.2 Wenn es eine ausreichende Mehrwegediversität gibt (G_nmax ≥ G_mtr), werden die Daten mit nur einer Antenne übertragen.
5. Die kodierte Datensequenz wird mit der ausgewählten zeitlichen Verschränkungstiefe d_I verschränkt, und die Antennenabbildung wird in Abhängigkeit vom ausgewählten räumlichen Verschränkungswert m_j oder dem Übertragungsdiversitätswert implementiert. Bei der räumlichen Verschränkung werden aufeinander folgende Bits verschiedenen Antennenelementen a_k zugewiesen. Bei der Übertragungsdiversität wird ein einzelnes Bit mehreren Antennenelementen a_k, ...., a_k+n zugeordnet. Dies erfolgt auf einfache Weise durch das passende Füllen der Abbildungsmatrix M.
6. Eine Antenne wird identifiziert, entweder indem man einen speziellen Spreizkode jedem Bit, das von der Antenne übertragen wird, zuweist, oder durch das Einschließen unterschiedlicher Pilotsymbole zu jedem Bit oder einer Sequenz von Bits, die von der in Frage kommenden Antenne übertragen werden.

Die Kodeschemaentscheidung, die oben präsentiert ist, wird hauptsächlich von Messungen der Aufwärtsverbindung angesteuert. Der Zweck besteht darin, einen gewünschtes Pegel der Verbindungsqualität zu erhalten. Zusätzlich kann auch andere Benutzer- und Netzinformation in das Entscheidungsverfahren eingebracht werden. Diese Benutzer- und Netzinformation umfasst: eine Basisstationsinformation, wie die Verfügbarkeit von Verarbeitungsressourcen, Hardwareeinschränkungen (beispielsweise eine Leistungsverstärkerbelastung), Hardwarefehlfunktionen (beispielsweise wird nach einer Fehlfunktion in einem gegebenen Übertragungszweig die Basisstation das Übertragungsschema neu anordnen, um eine Unterbrechung des Dienstes zu vermeiden), Parameter, die in Bezug zum Empfänger stehen, wie ein Antennenkombinationsgewinn des Empfängers, der mehr als eine Antenne verwendet, Netzinformation, wie die Priorität einiger Benutzer/Dienste, Information in Bezug auf Interferenzquellen und Gleichkanal-Benutzerinformation, Rückmeldeinformation von der Mobilstation, wobei beispielsweise eine Kodierentscheidung auch von der Mobilstation vorgenommen werden kann, oder alternativ eine gemeinsame Entscheidung von der Basisstation und der Mobilstation gefällt werden kann.
Bisher wurde nur die Seite des Senders 250 präsentiert und analysiert. Als nächstes wird ein adaptiver Empfänger 226, der das Signal, das vom adaptiven Sender 250 gesendet wird, handhaben kann, unter Bezug auf 3 präsentiert. An diesem Punkt muss betont werden, dass das zu verwendende Kodierschema schließlich von der sendenden Seite bestimmt wird, wobei das ausgewählte Schema aber der empfangende Seite leicht mitgeteilt werden können muss. Zugewiesene Steuerkanäle der Abwärtsverbindung können verwendet werden, um Information über jegliche Änderung im verwendeten Kodierschema zu übertragen.
Das vorgeschlagene Verfahren kann mit einem allgemeinen M-Antennen-Empfänger verwendet werden, wobei M ≥ 1 ist. Der Empfänger ist somit entweder ein Empfänger mit einer Antenne oder ein Empfänger mit mehreren Antennen.
Der Empfänger muss die verwendeten zeitlichen und räumlichen Verschränkungswerte erfassen, bevor er Datenbits detektieren kann, und er muss sich selbst konfigurieren. Dies erfolgt durch einen Steuerteil 326, der die Information von den Steuerkanälen empfängt, oder er findet die Information unter Verwendung einer Blind-Detektion heraus.
Jede Antenne 302A, 302B, 302C empfängt Symbole, die von N unterschiedlichen Antennen 214R, 214B, 214C gesendet werden. Wenn spezifische Kodes verwendet werden, um eine Identifikation zu liefern, werden entsprechende Entspreizungsblöcke verwendet, um die räumlich verschränkten Bits in die ursprüngliche Reihenfolge zurück zu führen, um ein Kombinieren mit maximalen Verhältnis zu erlauben, wenn die Sendediversität verwendet wird. Wenn Pilotsymbole für die Identifikation verwendet werden, müssen diese Symbole detektiert werden, bevor die Datenbits gehandhabt werden können. In diesem Fall muss das empfangene Signal gepuffert werden.
3 stellt einen möglichen Empfänger dar, der in einem CDMA-Funksystem verwendet wird. Er verwendet M Sendeantennentrennungsblöcke 300A, 300B, 300C, wobei jeder von diesen mit einer Antenne verbunden ist. Wenn keine Empfängerantennendiversität verwendet wird, so existiert nur ein Sendeantennentrennungsblock 300A.
Der Funkempfänger ist typischerweise ein Rake-Empfänger. Das analoge Funksignal wird vom Funkweg durch eine Antenne empfangen. Das empfangende Signal wird an Funkfrequenzteile 304A, 304B, 304C befördert, die einen Filter umfassen, der Frequenzen außerhalb des gewünschten Frequenzbandes blockiert. Ein Signal wird dann auf eine Zwischenfrequenz oder direkt in das Basisband umgewandelt, und in dieser Form wird das Signal abgetastet und quantisiert. Da das in Frage stehende Signal ein sich auf mehreren Wegen ausbreitendes Signal ist, so werden Anstrengungen unternommen, die Signalkomponenten, die sich auf verschiedenen Mehrwegen ausgebreitet haben, in einem Block, der mehrere Rake-Finger umfasst, zu kombinieren. In einem gereihten (rowing) Rake-Finger werden die Verzögerungen für die verschiedenen sich auf Mehrwegen ausgebreiteten Signalkomponenten gesucht. Nachdem die Verzögerungswerte gefunden wurden, werden verschiedene Rake-Finger zugewiesen, um jedes sich auf mehreren Wegen ausgebreitetes Signal zu empfangen, durch das Korrelieren des empfangenen Signals mit dem verwendeten Spreizkode, verzögert um die gefundene Verzögerung des speziellen Mehrwegs. Die verschiedenen demodulierten und entspreizten Mehrwege desselben Signals werden dann kombiniert, um ein stärkeres Signal zu erhalten.
Jeder Sendeantennentrennungsblock 300R, 300B, 300C umfasst N Rake-Empfänger, wobei die Anzahl N der Anzahl der Sendeantennen 214A, 214B, 214C, die vom Sender 250 verwendet werden, entspricht. Jeder Rake-Empfänger 306A, 308A, 310R wird an einen Kode einer speziellen Antenne 214A, 214B, 214C angepasst. Somit wird jedes der i-ten Kombinationsnetze (i = 1, 2, ..., N) 314A, 314B, 314C im Empfangsdiversitätskombinationsblock 312 M Eingaben aufweisen. Die Ausgabe des i-ten Kombinationsnetzes 314A, 314B, 314C stellt das kombinierte Diversitätssignal M-ter Ordnung der i-ten Sendeantenne dar.
In einem Sendediversitätskombinationsblock 320 wird die verwendete räumliche Verschränkung entschränkt. Dann wird das Signal in einer Entschränkungsvorrichtung 322 zeitliche entschränkt. Danach kann die Kanalkodierung von einem Kanaldekodierer 324 dekodiert werden, um die ursprünglichen Daten 200 wieder zu gewinnen. Beispielsweise wird eine Faltungskodierung vorteilhafterweise mit einem Viterbi-Dekodierer dekodiert. Der Empfänger der Erfindung wird vorzugsweise auch mittels Software implementiert, aber es ist wie beim Sender auch eine Hardwareimplementierung möglich.
Obwohl die Erfindung oben in Bezug auf ein Beispiel, das in den angefügten Zeichnungen gezeigt ist, beschrieben ist, ist es offensichtlich, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, sondern sie auf viele Arten innerhalb der erfinderischen Idee, die in den angefügten Ansprüchen offenbart ist, variieren kann.

Claims

Verfahren zum Übertragen von Daten in einem Funkkanal von einem Sender zu einem Empfänger, wobei das Verfahren umfasst: Setzen (402, 404) einer Funkkanal-Qualitäts-Anforderung, welche eine Funkkanal-Fehlerraten-Anforderung und eine Datenübermittlungs-Verzögerungs-Anforderung umfasst, gemäß Benutzer- und System-Informationen; Bestimmen (406) einer Funkkanal-Kohärenzzeit durch eine Funkkanal-Messung; Kanalkodieren (408) der Daten; Wählen (410) der Verschränkungstiefe unter Verwendung der Funkkanal-Kohärenzzeit und der Datenübermittlungs-Verzögerungs-Anforderung als Entscheidungsparameter; Verschränken (412) der kanalcodierten Daten; Durchführen (414) einer Überprüfung, ob die Funkkanal-Qualitäts-Anforderung mit der gewählten Verschränkungstiefe erfüllt ist, und wenn nicht, Wählen (416) von mindestens einer Sende-Diversity-Antenne neben einer Hauptantenne, wobei die Anzahl der Sende-Diversity-Antennen so gewählt wird, dass ein effektiver Korrelationswert zwischen zwei aufeinander folgenden Symbolen, der aus der gewählten Verschränkungstiefe und der Anzahl von gewählten Sende-Diversity-Antennen berechnet wird, unterhalb eines vorbestimmten Schwellwerts liegt; Modulieren der verschränkten und kanalcodierten Daten; und Senden (418) der modulierten, verschränkten und kanalcodierten Daten mit den gewählten Antennen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Funkkanal-Fehlerraten-Anforderung als eine Bitfehlerrate oder eine Rahmenfehlerrate ausgedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verschränkungstiefe aus vorbestimmten Werten gewählt wird, und wobei für die Auswahl von Antennen auch abgeschätzte Korrelationskoeffizienten zwischen den Antennen als Parameter verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Funkkanal-Kohärenzzeit als die Inverse einer Dopplerverbreiterung angegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Mehrwege-Diversity-Kombinations-Gewinn des Funkkanals auf Grundlage der Funkkanal-Messung bestimmt wird, und der Mehrwege-Diversity-Kombinations-Gewinn des Funkkanals auch berücksichtigt wird, wenn die Verschränkungstiefe und die Sende-Diversity-Antennen ausgewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei, wenn der Mehrwege-Diversity-Kombinations-Gewinn berechnet wird, die Mehrwegekomponenten, deren Empfangsleistung einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet und deren Entfernungen voneinander größer als eine Korrelationsentfernung sind, berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Antennen so verwendet werden, dass aufeinander folgende Symbole unterschiedlichen Antennen zugeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Antennen so verwendet werden, dass das gleiche Symbol mindestens zwei unterschiedlichen Antennen zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Übertragung mittels jeder Antenne eine eindeutige Signatur enthält, wie etwa einen Spreizcode oder eine Pilot-Symbol-Sequenz.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die verwendete Verschränkungstiefe an den Empfänger zu Beginn einer Funkverbindung auf dem Funkkanal signalisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die verwendete Verschränkungstiefe an den Empfanger für jeden Rahmen oder jedes Paket des Funkkanals signalisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die verschränkten und kanalcodierten Daten auf die Antennen mittels einer quadratischen Binärmatrix abgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die quadratische Binärmatrix die Dimension N aufweist, wobei: – N die Anzahl der Antennen ist; – jede Reihe der Matrix einer Antenne entspricht; – jede Spalte der Matrix einem zu sendenden Symbol entspricht; – der Wert „eins" in einer Matrixposition anzeigt, dass das Spaltensymbol mittels der Antenne der Reihe gesendet wird; – der Wert „null" in einer Matrixposition anzeigt, dass das Spaltensymbol nicht mittels der Antenne der Reihe gesendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei, wenn die Funkkanal-Kohärenzzeit unendlich ist, die Verschränkungstiefe auf Null gesetzt wird und mindestens eine Diversity-Antenne verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei, wenn keine Mehrwege-Diversity vorhanden ist und der Kanal Schwund zeigt, die Verschränkungstiefe so gesetzt wird, dass sie der Datenübertragungs-Verzögerungs-Anforderung entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Benutzer- und Systeminformationen umfassen: – Parameter bezüglich des Empfängers, wie etwa der Antennen-Kombinations-Gewinn des Empfängers unter Verwendung von mehr als einer Antenne; oder – Parameter bezüglich des Funksystems, wie etwa Prioritäten unter verschiedenen Benutzern, Prioritäten unter verschiedenen Diensten, Informationen bezüglich Störquellen; oder – Parameter bezüglich des Senders, wie Hardware-Einschränkungen, Verfügbarkeit von Verarbeitungsressourcen, Hardware-Fehlfunktionen.
Funksender umfassend: einen Kanalcodierer (202) zum Kanalkodieren von zu sendenden Daten (200); einen Verschränker (204), der mit dem Kanalcodierer (202) verbunden ist, zum Verschränken der kanalcodierten Daten; einen Raum-Diversity-Block (206), der mit dem Verschränker (204) verbunden ist; mindestens zwei Sendeblöcke (212A, 212B, 212C), die mit dem Raum-Diversity-Block (206) verbunden sind; wobei jeder der Sendeblöcke (212A, 212B, 212C) einen Modulationsblock (210A, 210B, 210C) zum Modulieren der verschränkten und kanalcodierten Daten umfasst, und wobei jeder Sendeblock zum Übertragen von modulierten, verschränkten und kanalcodierten Daten in einem Funkkanal angepasst ist; und eine Antenne (214A), die mit jedem Modulationsblock (210A, 210B, 210C) verbunden ist; und einen Block (242) zum Erfassen einer Funkkanal-Qualitäts-Anforderung, die eine Funkkanal-Fehlerraten-Anforderung und eine Datenübermittlungs-Verzögerungs-Anforderung umfasst, gemäß Benutzer- und Systeminformationen; dadurch gekennzeichnet, dass der Funksender weiter umfasst: Kohärenzzeit-Mittel (236) zum Bestimmen einer Funkkanal-Kohärenzzeit; Verschränkungs-Auswahl-Mittel (240) zum Wählen einer Verschränkungstiefe unter Verwendung der Funkkanal-Kohärenzzeit und der Datenübermittlungs-Verzögerungs-Anforderung als Entscheidungsparameter, wobei das Verschränkungs-Auswahl-Mittel (250) weiter zum Erhalten von Eingaben von dem Kohärenzzeit-Mittel (236) und dem Block (242) angepasst ist, und zum Ausgeben einer Verschränkungstiefe als eine Eingabe an den Verschränker (204); und Antennen-Diversity-Auswahlmittel (240) zum Wählen mindestens einer Sende-Diversity-Antenne neben der Hauptantenne, wenn die Funkkanal-Qualitäts-Anforderung mit der gewählten Verschränkungstiefe nicht erfüllt wird, wobei das Antennen-Diversity-Auswahlmittel (240) angepasst ist, die Anzahl der Sende-Diversity-Antennen so zu wählen, dass ein effektiver Korrelationswert zwischen zwei aufeinander folgenden Symbolen, der aus der gewählten Verschränkungstiefe und der Anzahl von gewählten Sende-Diversity-Antennen berechnet wird, unter einem vorbestimmten Schwellwert liegt, wobei das Antennen-Diversity-Auswahl-Mittel (240) weiter angepasst ist, die Funkkanal-Fehlerraten-Anforderung als eine Eingabe von dem Block (242) zu erhalten, und die gewählten Antennen und ihre Sendeblöcke (212A, 212B, 212C) als eine Eingabe für den Raum-Diversity-Block (206) auszugeben.
Funksender nach Anspruch 17, wobei der Block (242) weiter angepasst ist, die Funkkanal-Fehlerraten-Anforderung als eine Bitfehlerrate oder eine Rahmenfehlerrate auszudrücken.
Funksender nach Anspruch 17, wobei das Verschränkungs-Auswahl-Mittel (240) weiter angepasst ist, die Verschränkungstiefe aus vorbestimmten Werten zu wählen, die in dem Verschränkungsauswahl-Mittel (240) festgelegt sind, und das Antennen-Diversity-Auswahl-Mittel (240) weiter angepasst ist, die Antennen (214A, 214B, 214C) auszuwählen, wobei als zusätzliche Parameter abgeschätzte Korrelationskoeffizienten zwischen den Antennen (214A, 214B, 214C) verwendet werden, die in dem Antennen-Diversity-Auswahl-Mittel (240) festgelegt sind.
Funksender nach Anspruch 17, wobei das Kohärenzzeit-Mittel (236) weiter angepasst ist, die Funkkanal-Kohärenzzeit als die Inverse einer Dopplerverbreiterung anzugeben.
Funksender nach Anspruch 17, wobei der Sender weiter einen Kanalmessblock (236) umfasst, der einen Mehrwege-Diversity-Kombinations-Gewinn des Funkkanals bestimmt, und wobei das Verschränkungs-Auswahl-Mittel (240) weiter angepasst ist, den gemessenen Mehrwege-Diversity-Kombinations-Gewinn des Funkkanals zu berücksichtigen, wenn die Verschränkungstiefe gewählt wird, und wobei das Antennen-Diversity-Auswahl-Mittel (240) weiter angepasst ist, den gemessenen Mehrwege-Diversity-Kombinations-Gewinn des Funkkanals zu berücksichtigen, wenn die Sende-Diversity-Antennen gewählt werden.
Funksender nach Anspruch 21, wobei der Kanalmessblock (236) beim Berechnen eines Mehrwege-Diversity-Kombinations-Gewinns weiter angepasst ist, Mehrwege-Komponenten zu berücksichtigen, deren Empfangsleistung einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet und deren Abstände voneinander größer sind als ein Korrelationsabstand.
Funksender nach Anspruch 17, wobei das Antennen-Diversity-Auswahl-Mittel (240) weiter angepasst ist, die Antennen (214A, 214B, 214C) so zu verwenden, dass aufeinander folgende Symbole verschiedenen Antennen (214A, 214B, 214C) zugewiesen werden.
Funksender nach Anspruch 17, wobei das Antennen-Diversity-Auswahl-Mittel (240) weiter angepasst ist, die Antennen (214A, 214B, 214C) so zu verwenden, dass dasselbe Symbol mindestens zwei verschiedenen Antennen (214A, 214B, 214C) zugewiesen wird.
Funksender nach Anspruch 17, wobei der Sender weiter Mittel (238) umfasst, um zu der Übertragung mittels jeder Antenne (214A, 214B, 214C) eine eindeutige Signatur hinzuzufügen, wie etwa einen Spreizcode oder eine Pilot-Symbol-Sequenz.
Funksender nach Anspruch 17, wobei der Sender weiter Mittel (238) zum Signalisieren der verwendeten Verschränkungstiefe an einen Empfänger zu Beginn einer Funkverbindung auf dem Funkkanal umfasst.
Funksender nach Anspruch 17, wobei der Sender weiter Mittel (238) zum Signalisieren der verwendeten Verschränkungstiefe an einen Empfänger für jeden Rahmen oder jedes Paket des Funkkanals umfasst.
Funksender nach Anspruch 17, wobei der Raum-Diversity-Block (206) weiter angepasst ist, die verschränkten und kanalcodierten Daten auf die Antennen (214A, 214B, 214C) mittels einer quadratischen Binärmatrix abzubilden, die sich in dem Raum-Diversity-Block (206) befindet.
Funksender nach Anspruch 28, wobei der Raum-Diversity-Block (206) weiter angepasst ist, die quadratische Binärmatrix der Dimension N zu verwenden, wobei: – N die Anzahl der Antennen (214A, 214B, 214C) ist; – jede Reihe der Matrix einer Antenne entspricht; – jede Spalte der Matrix einem zu sendenden Symbol entspricht; – der Wert „eins" in einer Matrixposition anzeigt, dass das Spaltensymbol mittels der Antenne der Reihe gesendet wird; – der Wert „null" in einer Matrixposition anzeigt, dass das Spaltensymbol nicht mittels der Antenne der Reihe gesendet wird.
Funksender nach Anspruch 17, wobei, wenn die Funkkanal-Kohärenzzeit in dem Kohärenzzeitmittel (236) unendlich ist, das Verschränkungs-Auswahl-Mittel (240) weiter angepasst ist, die Verschränkungstiefe auf null zu setzen, und das Antennen-Diversity-Auswahlmittel (240) weiter angepasst ist, mindestens eine Diversity-Antenne (214A, 214B, 214C) zu verwenden.
Funksender nach Anspruch 21, wobei, wenn keine Mehrwege-Diversity vorliegt und der Kanal Schwund zeigt, das Verschränkungs-Auswahl-Mittel (240) weiter angepasst ist, die Verschränkungstiefe so zu setzen, dass sie der Datenübermittlungs-Verzögerungs-Anforderung entspricht.
Funksender nach Anspruch 17, wobei das Qualitätsmittel (242) weiter angepasst ist, als die Benutzer- und Systeminformation zu verwenden: – Parameter bezüglich des Empfängers, wie etwa den Antennen-Kombinations-Gewinn des Empfängers bei Verwendung von mehr als einer Antenne; oder – Parameter bezüglich des Funksystems, wie etwa Prioritäten unter verschiedenen Benutzern, Prioritäten unter verschiedenen Diensten, Informationen bezüglich Störquellen; oder – Parameter bezüglich des Senders, wie etwa Hardware-Beschränkungen, Verfügbarkeit von Verarbeitungs-Ressourcen, Hardware-Fehlfunktionen.