DE60312491T2

DE60312491T2 - Verbesserte diversitäts-funkkommunikationsvorrichtung

Info

Publication number: DE60312491T2
Application number: DE60312491T
Authority: DE
Inventors: Martin Chelmsford SMITH; Dean Brentwood KITCHENER; Sonya Bishops Stortford AMOS; Dawn Bishops Stortford POWER; Dong-Sheng Ottawa YU; Jianglei Kanata MA; Ming Ottawa JIA; Peiying Kanata ZHU; Wen Ottawa Tong
Original assignee: Nortel Networks Ltd
Current assignee: Nortel Networks Ltd
Priority date: 2002-02-26
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2023-02-26
Also published as: EP1481498B1; EP1481498A1; CN100438371C; CN1640014A; ATE357089T1; DE60312491D1; US20030162519A1; AU2003208454A1; KR101045480B1; JP2005518756A; WO2003073647A1; KR20040079448A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Funkkommunikationsvorrichtung. Die Erfindung betrifft insbesondere Multiple-Input-Multiple-Output-Funkkommunikationen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Forderung nach drahtlosen Kommunikationssystemen ist stetig über die letzten Jahrzehnte gewachsen und hat mehrere technologische Sprünge während dieser Zeit erfahren, insbesondere auf dem Gebiet zellularer und drahtloser Lokalnetz-(WLAN)-Kommunikationssysteme. Analoge Mobiltelefone wurden durch digitale Handgeräte ersetzt, welche beispielsweise GSM- und CDMA-Technologien verwenden, und sogenannte Systeme der dritten Generation, wie beispielsweise UMTS, werden nun eingeführt. In ähnlicher Weise werden WLAN-Technologien, wie beispielsweise HyperLan und IEEE 802.11b, auch eingeführt. Die Benutzerzahl wächst fortwährend und ein Datenverkehr wird nun ein wichtiger Teil des drahtlosen Netzes. Beide dieser Faktoren bedeuten, dass es für Betreiber wichtig ist, nach Verfahren zur Vergrößerung der Kapazität ihrer Netze zu suchen, um zukünftige Anforderungen zu erfüllen.
Wie das Bedürfnis zur Vergrößerung der Kapazität besteht auch eine allgemeine Anforderung, Kosten und Energieverbrauch gering zu halten, während eine gute Leistung bereitgestellt wird. Beispielsweise sollten Kosten für eine Basisstation und ein Benutzerendgerät wo möglich reduziert werden, während zufriedenstellende bereitzustellende drahtlose Dienste noch ermöglicht werden.
Ein mit einer Leistung verbundenes Problem betrifft Mehrwegeschwund (multipath fading). Üblicherweise sind Basisstationen und Benutzerendgeräte in echoreichen („cluttered") Umgebungen angeordnet. Dies bedeutet, dass Kommunikationssignale wegen Streuung aufgrund von Reflexionen und Beugungen an Gebäuden, Möbeln oder anderen Objekten in der Umgebung über viele Pfade an solchen Basisstationen oder Benutzerendgeräten angelangen.
Eingehende gestreute Signale können sich in Abhängigkeit von der relativen Amplitude und Phase der unterschiedlichen Komponenten konstruktiv oder destruktiv addieren. Dies bedeutet, dass das empfangene Signal an der Basisstation oder dem Benutzerendgerät in seiner Größe beträchtlich in Abhängigkeit von der relativen Anordnung der Basisstation, des Benutzerendgerätes und anderen Objekten in der Umgebung abhängt. Dieser Effekt ist als Mehrwegeschwund bekannt.
Früher war ein Weg, den Mehrwegeschwund zu behandeln, eine Übertragungs- oder Empfangsantennendiversität zu verwenden. Die Empfangsantennendiversität beinhaltet eine Übertragung von einer Übertragungsantenne, während zwei oder mehr diverse Empfangsantennen (beispielsweise mit räumlicher oder Polarisations-Diversität) bereitgestellt werden. Unter Verwendung diverser Antennen werden an diesen Antennen unkorrelierte Signale empfangen. Wenn eines dieser Signale sich in einem Schwund befindet, ist das andere üblicherweise nicht im Schwund. In dem Falle einer geschalteten Antennendiversität wird eine der Empfangsantennen für den Empfang zu einer Zeit ausgewählt. Alternativ wird eine adaptive Kombination in Verbindung mit all den Empfangsantennen benutzt, um einen Kanaloutput zu erzeugen. In der idealen Situation können so die Empfangs antennen immer benutzt werden, um ein schwundfreies Signal zu erhalten.
Eine ähnliche Situation tritt hinsichtlich der Übertragungsdiversität auf. Hier werden zwei oder mehr diverse Übertragungsantennen in Verbindung mit einer Empfangsantenne verwendet. Eine Rückmeldung über eine Empfangsleistung wird verwendet, um entweder eine der Übertragungsantennen zu einer bestimmten Zeit zu verwenden oder eine adaptive Kombination der Übertragungsantennen abzustimmen, um einen Kanaloutput zu erzeugen. Die vorliegende Erfindung strebt danach, eine verbesserte Kapazität und Leistung bereitzustellen, verglichen mit solchen bekannten Übertragungs- und Empfangs-Diversitätsantennenanordnungen.
Eine andere bekannte Herangehensweise zur Vergrößerung einer Kapazität beinhaltet eine Verwendung von Multiple-Input-Multiple-Output-(MIMO)-Kommunikationssystemen, um Datenraten zu vergrößern. Ein drahtloses MIMO-Kommunikationssystem (siehe 1) umfasst eine Mehrzahl von Antennen 10 am Überträger 11 und zwei oder mehr Antennen 12 am Empfänger 13. Die Antennen 10, 12 werden in einer an Mehrfachpfaden reichen Umgebung verwendet, so dass aufgrund der Anwesenheit verschiedener streuender Objekte (Gebäude, Autos, Hügel usw.) in der Umgebung jedes Signal eine Mehrwegeausbreitung erfährt. So ist eine Wolkenform 14 in 1 gezeigt, um die gestreuten Signale zwischen den Übertragungs- und Empfangsantennen darzustellen. Benutzerdaten werden von den Übertragungsantennen unter Verwendung eines Space-Time-Coding-(STC)-Übertragungsverfahrens übertragen, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Empfangsantennen 12 fangen die übertragenen Signale, und ein Signalverarbeitungsverfahren wird dann angewandt, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, um die übertragenen Signale zu separieren und die Benutzerdaten wieder herzustellen.
Drahtlose MIMO-Kommunikationssysteme sind darin vorteilhaft, dass sie es ermöglichen, dass die Kapazität der drahtlosen Verbindung zwischen dem Überträger und dem Empfänger im Vergleich mit früheren Systemen in der Hinsicht verbessert wird, dass höhere Datenraten erhalten werden können. Die an Mehrfachpfaden reiche Umgebung ermöglicht es, dass mehrere orthogonale Kanäle zwischen dem Überträger und dem Empfänger erzeugt werden können. Daten für einen einzelnen Benutzer können dann simultan und unter Verwendung derselben Bandbreite über die Luft parallel über diese Kanäle übertragen werden. Es werden daher höhere spektrale Wirkungsgrade erreicht als mit Nicht-MIMO-Systemen.
Ein Problem bei bekannten MIMO-Anordnungen ist jedoch, dass sie in der Hinsicht relativ teuer sind, dass mehrere Antennen zusammen mit mehreren Übertragungs- und Empfangsketten erforderlich sind. Eine Empfangsantenne wird für jeden MIMO-Kanal verwendet. Daher kann beispielsweise eine Empfangs-MIMO-Antennenanordnung vier Antennen umfassen, zusammen mit vier Empfangsketten, eine für jede dieser Antennen. Empfangsketten sind relativ teuer, sperrig und jeder dieser Empfangsketten muss Energie bereitgestellt werden. Dies ist besonders nachteilig für Benutzerendgeräte, die kompakt sein müssen und auch für Basisstationen, die unauffällig sein sollen. Ähnliche Probleme treten bei Übertragungsketten auf.
Die WO 9728615 A beschreibt ein Gerät und Verfahren für eine Mobilfunk-Telefon-Basisstation. Sie verwendet eine Antennenanordnung, die mehrere einzeln angebrachte Antennen oder Unteranordnungen beinhalten kann, die zum Erzielen einer verbesserten Kommunikationsqualität durch einen Empfang auf der Grundlage einer räumlichen Diversität beabstandet sind. Ein Signalverarbeitungsmittel erzeugt mit der von der Antennenanordnung empfangenen Energie wenigstens drei Signale. Ein Signalauswahlmittel wählt wenigstens zwei, aber weniger als alle der wenigstens drei verarbeiteten Signale aus.
Die US 5,991,643 beschreibt einen Funktransceiver, der eine Mehrzahl von schaltbaren Antennen beherbergt. Das Gerät umfasst ein Gehäuse mit wenigstens einer Patch-Antenne an dem Gehäuse. Jede Patch-Antenne ist mit einem separaten Antennenschalter verbunden. Die Antennenschalter werden an- und ausgeschaltet, um verschiedene Antennenkombinationen zu erzielen.
Die US 5,159,707 beschreibt einen Diversitätsempfänger zum Empfangen von Rundfunksignalen. In einigen Ausführungsformen weist der Empfänger eine Mehrzahl von Abstimmern (tuner) und weniger Abstimmer als Antennen auf. Ein Output wird von einem der Abstimmer zu jeder Zeit genommen.
Eine erfindungsgemäße Aufgabe ist, eine Funkkommunikationsvorrichtung bereitzustellen, die eine oder mehr der oben erwähnten Probleme überwindet oder wenigstens abschwächt.
Weitere Nutzen und Vorteile der Erfindung werden von einer Betrachtung der folgenden ausführlichen Beschreibung offensichtlich, die mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen gegeben ist, welche bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen beschreiben und zeigen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem erfindungsgemäßen Aspekt ist eine Funkkommunikationsvorrichtung bereitgestellt, umfassend drei oder mehr Diversantennen und eine Mehrzahl von Empfangsketten, wobei weniger Empfangsketten als Antennen vorliegen, wobei die Funkkommunikationsvorrichtung ferner einen Selektor umfasst, der dazu angeordnet ist, für jede der Mehrzahl von Empfangsketten eine der Antennen zur Verwendung in Verbindung mit dieser Empfangskette auszuwählen, wobei die Funkkommunikationsvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie dazu angeordnet ist, Multiple-Input-Multiple-Output-Kommunikationen unter Verwendung der Mehrzahl von Empfangsketten vorzusehen. Dies stellt den Vorteil bereit, dass Kosten reduziert werden und Raum gespart wird und stellt den Vorteil bereit, dass vergrößerte Datenraten zusätzlich zu der Kosten- und Raum-Reduktion bereitgestellt sind.
Vorteilhaft weisen die Antennen jeweils eine Richtcharakteristik auf. Dies stellt den Vorteil bereit, dass Träger-Interferenz-Grade (carrier to interference level) verbessert werden, wenn eine Mehrzahl der Vorrichtungen in einem Kommunikationsnetz betrachtet wird.
Die Vorrichtung kann entweder eine Basisstation oder ein Benutzerendgerät sein, und in einem bevorzugten Beispiel ist ein Benutzerendgerät bereitgestellt, wie beispielsweise ein Mobiltelefon, ein Personal Digital Assistant, ein Laptop-Computer, ein Personal Computer oder eine auf einem Teilnehmergelände installierte Teilnehmerstation.
Vorteilhaft umfasst die Vorrichtung einen Selektor, der dazu angeordnet ist, für jede Empfangskette eine der Antennen zur Verwendung in Verbindung mit dieser Empfangskette auszuwählen. Beispielsweise kann eine geschaltete Antennenauswahl verwendet werden. Dies stellt den Vorteil bereit, dass räumlicher Schwund vermieden werden kann, indem verschiedene der Antennen zu verschiedenen Zeiten ausgewählt werden, was es ermöglicht, Zunahmen in der Ka pazität zu erzielen. Dies ist besonders vorteilhaft für nomadische oder mobile Benutzerendgeräte, die in echoreichen Umgebungen verwendet werden, wo räumlicher Schwund auftritt.
Verschiedene Antennenauswahlkriterien werden in Verbindung mit einer MIMO-Kanalvorhersage für sowohl nomadische als auch Hochgeschwindigkeits-Mobilanwendungen identifiziert.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Selektor dazu angeordnet, auf der Grundlage eines Parameters, der auf ein Verfahren einer zyklischen Redundanz-Prüfung bezogen ist, auszuwählen. Wir fanden heraus, dass dieses Auswahlverfahren besonders wirksam war und deutliche Leistungsverbesserungen insbesondere für Hochgeschwindigkeits-Mobilanwendungen bereitstellte.
Es wurde erkannt, dass schnelle Antennensuchanordnungen die beste Auswahl durchführen, während sie eine Rechenkomplexizität minimieren.
Indem der Selektor ferner dazu angeordnet ist, für jede Empfangskette eine der Antennen auszuwählen, die derzeit nicht zur Verwendung ausgewählt ist, werden weitere Leistungsverbesserungen gefunden. Dies gilt auch für die Übertragungssituation.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die Funkkommunikationseinrichtung vier Paare von Antennen, wobei jedes Paar von Antennen von einem Körper getragen wird, der so bemessen und geformt ist, dass er geeignet ist, durch eine Hand gehalten zu werden und auf einer im Wesentlichen flachen Oberfläche getragen zu werden. Diese kompakte Anordnung ist tragbar und kann leicht mit einem Benutzer endgerät, wie beispielsweise einem Personal Computer, verbunden werden.
Vorzugweise ist der Körper ein Parallelepiped und jedes Paar von Antennen wird von einer anderen Seite des Parallelepipeds getragen. Dies gibt jedem Paar von Antennen aufgrund ihrer Position auf dem Körper eine Richtcharakteristik. Die Antennen sind vorzugsweise Dipole.
Die Erfindung umfasst auch ein Funkkommunikationsnetz, das eine wie oben beschriebene Funkkommunikationsvorrichtung umfasst. Vorzugsweise umfasst das Netz eine Mehrzahl von Benutzerendgeräten, von denen jedes eine Funkkommunikationsvorrichtung wie oben beschrieben ist, und worin jede der Antennen an diesen Benutzerendgeräten dazu angeordnet ist, einen gerichteten Antennenstrahl bereitzustellen. Auf diese Weise werden Träger-Interferenz-Grade im Vergleich zu Situationen, wo Rundstrahlantennen verwendet werden, verbessert.
Gemäß einem anderen erfindungsgemäßen Aspekt ist ein Verfahren bereitgestellt, eine Funkkommunikationsvorrichtung zu betreiben, die drei oder mehr Diversantennen, eine Mehrzahl von Empfangsketten und einen Selektor umfasst, worin weniger Empfangsketten als Antennen vorliegen, wobei das Verfahren umfasst, für jede Empfangskette eine der Antennen zur Verwendung in Verbindung mit der Empfangskette auszuwählen, und das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass Outputs der Mehrzahl von Empfangsketten verwendet werden, um Multiple-Input-Multiple-Output-Kommunikationen vorzusehen.
Die bevorzugten Merkmale können wie geeignet kombiniert werden, wie es einem Fachmann offenbar wäre, und können mit jedem Aspekt der Erfindung kombiniert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Um zu zeigen, wie die Erfindung verwirklicht werden kann, werden nun erfindungsgemäße Ausführungsformen unten lediglich als Beispiel und unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren beschrieben, worin:
1 ein schematisches Diagramm eines drahtlosen MIMO-Kommunikationssystems aus dem Stand der Technik ist;
2a ein schematisches Diagramm einer Empfangs-Diversitäts-Antennenanordnung aus dem Stand der Technik ist;
2b ein schematisches Diagramm einer erfindungsgemäßen Ausführungsform unter Verwendung einer Übertragungs- oder Empfangsdiversität in entweder einem MIMO- oder einem Nicht-MIMO-System ist;
3 ein schematisches Diagramm einer MIMO-Konfiguration gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist;
4 ein Graph von Eigenwertverteilungen für Standard-2:2-MIMO- und Eigenwertauswahldiversität (beste 2 von 4) unter Verwendung der maximalen Summe von Eigenwerten als die Auswahlmetrik ist;
5 ein schematisches Diagramm einer MIMO-Schaltempfängerarchitektur ist;
6 mögliche Schaltkonfigurationen für zwei Situationen, nämlich (4 Antennen, 2 Empfangsketten) und (6 Antennen, 2 Empfangsketten) zeigt;
7 eine Verarbeitung in einem MIMO-System und eine für eine geschaltete Antennenauswahl verwendete Auswahlmetrik zeigt;
8 ein Graph einer Bit-Fehlerrate gegen ein Signal-Rausch-Verhältnis für verschiedene geschaltete Antennenauswahlverfahren ist;
9 ein Graph von Simulationsergebnissen ist, die die Verstärkung für eine 4-Antennen- und 2 Empfangsketten-Auswahlanordnung im Vergleich zu einer wahren 2 × 2-MIMO- und 2 × 4-MIMO-Anordnung enthält. Die obere Grenze der Verstärkung für die Auswahl von 4, 6 und 8 Antennen wird auf der Grundlage von Gleichung 50 berechnet. Die Ergebnisse werden für eine Benutzereinrichtung gezeigt, die sich bei 30 km/h (ganz links stehende Spalte von jedem Paar) und bei 100 km/h (ganz rechts stehende Spalte von jedem Paar) bewegt.
10 und 11 jeweils eine Antennenanordnung zur Verwendung mit einer allein stehenden Benutzereinrichtung zeigen;
12 ein Tabelle von Leistungsmessungen für die Antennenanordnungen der 10 und 11 ist;
13 eine Antennenanordnung zur Verwendung in einem Personal Digital Assistant zeigt;
14 richtungsbezogene Antennenmuster zur Verwendung mit der Antennenanordnung von 16 zeigt;
15 ein schematisches Diagramm einer MIMO-Benutzereinrichtung mit einer adaptiven Kombination ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäße Ausführungsformen werden unten lediglich beispielhaft beschrieben. Diese Beispiele stellen die besten Wege dar, die dem Anmelder gegenwärtig bekannt sind, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, obwohl sie nicht die einzigen Wege sind, auf welchen dies erreicht werden könnte.
Der Ausdruck „Empfangskette" wird verwendet, um sich auf einen Teil der Vorrichtung zu beziehen, welcher Funkfrequenzsignale verarbeitet, die an einem Empfänger empfangen werden, indem diese Signale auf eine Basisbandfrequenz herunterkonvertiert werden (downconverting). Dies beinhaltet viele Stufen des Filterns, der Demodulation und der Downconversion, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Ausdruck „Empfangskette" wird hierin also verwendet, um sich entweder auf die gesamte für diesen Konvertierungsprozess erforderte Vorrichtung oder nur einen Teil der Vorrichtung zu beziehen.
Der Ausdruck „Übertragungskette" wird verwendet, um sich auf einen Teil der Vorrichtung zu beziehen, welcher Basisbandsignale verarbeitet, und diese zu Funkfrequenzsignalen zur Übertragung an einen Überträger konvertiert. Dies beinhaltet viele Stufen des Hochkonvertierens (upconverting), der Modulation und der Leistungsverstärkung, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Ausdruck „Übertragungskette" wird daher hierin verwendet, um sich entweder auf die gesamte für diesen Konvertierungsprozess erforderliche Vorrichtung oder nur einen Teil dieser Vorrichtung zu beziehen.
Wie oben erwähnt, haben frühere MIMO-Systeme soviel MIMO-Kanäle wie Antennen verwendet. Eine Empfangskette (auch als ein Funkfrequenzempfänger bezeichnet) pro Kanal ist erforderlich, und dies stellt eine praktische Einschränkung dar, weil die Anzahl von Empfangsketten, die in der Praxis bereitgestellt werden können, durch Kosten, Komplexität und Energieverbrauch in einer Basisstation, einem Benutzerendgerät oder einem anderen Kommunikationsgerät eingeschränkt ist. Diese gleiche Einschränkung gilt in dem Falle von Übertragungsketten. Eine ähnliche praktische Einschränkung gilt für Nicht-MIMO-Funkkommunikationsvorrichtungen, wie beispielsweise diejenigen, welche eine Übertragungs- oder Empfangsdiversität benutzen.
Die vorliegende Erfindung erkennt dieses Problem und ermöglicht es, die Anzahl von Empfangs- oder Übertragungsketten zu reduzieren, während die Anzahl von Antennen noch erhöht wird. Das heißt, dass mehr Empfangsantennen als Empfangsketten (oder mehr Übertragungsantennen als Übertragungsketten) benutzt werden. Für sowohl MIMO- als auch Nicht-MIMO-Anordnungen werden auf diese Weise viele Vorteile erzielt, einschließlich Verbesserungen in der Kapazität, verbesserte Träger-Interferenz-Grade, reduzierte Kosten und eine verbesserte Fähigkeit, mit Mehrwegeschwund umzugehen. Es wird erkannt, dass Übertragungs- oder Empfangsdiversitäts-Antennenanordnungen aus dem Stand der Technik mit mehr Empfangsantennen als Empfangsketten beispielsweise bekannt sind. Diese umfassten jedoch eine Verwendung einer Mehrzahl von Diversantennen und eine Erzeugung eines einzelnen Ausgangskanal von diesen Diversantennen durch eine geschaltete Auswahl. Die vorliegende Erfindung erkennt, dass zusätzliche Vorteile erzielt werden können, indem zwei oder mehr Outputkanäle von diesen Diversantennen erzeugt werden. In diesem Falle müssen drei oder mehr Diversantennen verwendet werden.
Diese Vorteile umfassen eine verbesserte Fähigkeit, mit Mehrwegeschwund umzugehen sowie eine verbesserte Empfangsverstärkung.
Eine Empfangsdiversitäts-Antennenanordnung aus dem Stand der Technik ist in 2a gezeigt. Eine Übertragungsantenne 20 überträgt an drei oder mehr Empfangsantennen 21, welche dazu angeordnet sind, eine Diversität in Bezug aufeinander aufzuweisen. Eine einzelne Empfangskette 22 ist bereitgestellt und eine geschaltete Antennenauswahl wird verwendet, um einen Kanalinput für die Empfangskette 22 zu erzeugen. In dieser Nicht-MIMO-Anordnung werden mehr Empfangsantennen als Empfangsketten verwendet, und, weil die Empfangsantennen divers sind, sind die Wirkungen von Mehrwegeschwund reduziert, wie oben erklärt.
Eine erfindungsgemäße Ausführungsform ist in 2b gezeigt. Dies ist eine Nicht-MIMO-Anordnung unter Verwendung einer Empfangsantennendiversität in einer zu der in 2a ähnlichen Weise. Eine Übertragungsantenne 20 überträgt an drei oder mehr Empfangsantennen 21. Jedoch sind zwei Empfangsketten 22 bereitgestellt. Es ist auch möglich, mehr als zwei Empfangsketten 22 zu verwenden, solange immer mehr Empfangsantennen als Empfangsketten vorliegen. Eine Untermenge der Ausgänge der Empfangsantennen wird ausgewählt, um konsistent mit der Anzahl von Empfangsketten zu sein. Verschiedene Vorteile werden im Vergleich zur Situation des Standes der Technik in 2a erhalten. Beispielsweise wird die Empfangsverstärkung vergrößert, weil mehr Empfangsketten vorliegen. Auch die Fähigkeit, mit den Wirkungen von Mehrwegeschwund umzugehen, wird verbessert. Betrachtet sei beispielsweise die Situation aus dem Stand der Technik, worin eine Empfangsantenne von drei Empfangsantennen ausgewählt ist. Die Fähigkeit, mit Mehrwegeschwund umzugehen hängt davon ab, ob das an der ausgewählten Antenne empfangene Signal einem Schwund ausgesetzt ist. In der in 2b gezeigten Ausführungsform jedoch werden zwei Empfangsantennen wirksam von drei möglichen Empfangsantennen ausgewählt. Weil eher zwei Antennen als eine ausgewählt werden, ist die Fähigkeit mit Mehrwegeschwund umzugehen, verbessert, wie ausführlicher unten erörtert wird.
Obwohl die 2a und 2b die Empfangsdiversität betreffen, treten ähnliche Situationen bei einer Übertragungsdiversität auf.
Wie oben erwähnt, ist die vorliegende Erfindung auf MIMO-Kommunikationssysteme wie auch auf Nicht-MIMO-Anordnungen anwendbar, wie beispielsweise die in 2b gezeigten. Wie oben mit Bezug auf 1 erwähnt, verwenden MIMO-Systeme eine Mehrzahl von Antennen sowohl für Übertragung als auch Empfang, zusammen mit einem Space-Time-Coding-System. Eine Mehrzahl von orthogonalen MIMO-Kanälen tritt auf (als ein Ergebnis von Streuung) und Kapazitätszuwächse werden als ein Ergebnis erzielt (verglichen beispielsweise mit Nicht-MIMO-Multistrahl-Antennenanordnungen). Das System von 2b weist daher einen zusätzlichen Vorteil gegenüber dem System von 2a auf, weil 2b in einem MIMO-System verwendet werden kann, während das von 2a es nicht kann.
Zuvor hatten MIMO-Anordnungen dieselbe Anzahl von Antennen wie MIMO-Kanäle und daher dieselbe Anzahl von Empfangsketten wie Empfangsantennen (oder Übertragungsketten wie Übertragungsantennen) benutzt. Die vorliegende Erfindung erkennt, dass Vorteile erhalten werden, indem weniger Empfangsketten als Empfangsantennen verwendet werden, wie in 2b mit einem MTMO-System gezeigt (oder weniger Übertragungsketten als Übertragungsantennen).
Wir haben gezeigt, dass durch Verwendung von mehr Empfangsantennen als Empfangsketten in einem MIMO-System Kapazitätszuwächse erhalten werden, verglichen mit einer Reduktion der Anzahl von Antennen, um mit der Anzahl von Empfangsketten übereinzustimmen. Dies ist sowohl für nomadische Benutzerendgeräte, die von Ort zu Ort bewegt werden, aber im allgemeinen ortsfest im Gebrauch sind, als auch für mobile Endgeräte, die während einer Verwendung bewegbar sind, der Fall. Die Situation in Bezug auf nomadische Benutzerendgeräte wird nun erläutert.
Nomadische Benutzerendgeräte
Nomadische Benutzerendgeräte sind typischerweise in einer Innenumgebung angeordnet, wo Streuung auftritt. Räumlicher Schwund des Mehrweges in der Innenumgebung weist eine Enveloppe auf, die Rayleigh-verteilt ist, und dies führt zu einer MIMO-Verbindungskapazität, die von dem räumlichen Ort des nomadischen Endgerätes abhängt. Für einen gegebenen Bereich eines konstanten lokalen Mittels erhält man eine Kapazitätsverteilung für die MIMO-Verbindung, wenn das Endgerät durch räumlichen Schwund hindurch bewegt wird. Daher ist es für ein gegebenes Benutzerendgerät möglich, an einem „schlechten" Ort angeordnet zu werden, wo die Kapazität an dem unteren Ende der Kapazitätsverteilung ist.
Die theoretische Shannon-Kapazität für eine MIMO-Verbindung hängt von den räumlich gemittelten Träger-Interferenz-Graden und von den momentan empfangenen Spannungen auf jedem MIMO-Pfad ab (wenn die mittlere Leistung auf jedem Pfad auf eine Einheit normalisiert wurde). Eine Kapazitätsverteilung tritt dann aufgrund des räumlichen Schwunds der MIMO-Pfade auf. Für ein ortsfestes Endgerät gibt es noch etwas Schwund auf den Pfaden, welcher durch die Bewegung von Objekten in der Umgebung verursacht wird. Als ein Ergebnis neigt der zeitliche Schwund dazu, ein Rice-Schwund mit einem hohen K-Faktor zu sein. Wenn daher ein Benutzerendgerät an einem „schlechten" Punkt angeordnet wird, neigt er dazu, für die Dauer der Verbindung schlecht zu bleiben. Dies ist besonders schlecht, wenn die Verzögerungsstreuung (delay spread) gering ist, so dass nur eine auflösbare Anzapfung in der Zeitdomäne (keine Zeitdiversität in CDMA-Systemen) und ein flacher Kanal in der Frequenzdomäne (keine Frequenzdiversität in OFDM-Systemen) vorliegt. Dies ist wahrscheinlich der Fall, beispielsweise in vorstädtischen Wohngebieten (beispielsweise Kleinbüro, Heimbüro-SOHO-Anwendungen).
Um dieses Problem zu umgehen, haben wir das Benutzerendgerät mit mehr Antennen ausgerüstet als es Empfangsketten aufweist. Wir zeigen, dass ein Typ von Eigenwertauswahldiversität verwendet werden kann, welcher das untere Ende der MIMO-Shannon-Kapazitätsverteilung um etwa 20% verbessert. Dies wiederum vergrößert den Gesamtdurchsatz. Das Verfahren wird nun beschrieben.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine MIMO-Konfiguration bereit gestellt, wobei zwei Antennen an der Basisstation (auch als Node B bezeichnet), vier Antennen an dem Benutzerendgerät (auch als Benutzereinrichtung UE bezeichnet), aber nur zwei Empfangsketten an der UE vorliegen. Die Situation ist in 3 gezeigt, welche zwei Übertragungsantennen 30, vier Empfangsantennen 31 und Verbindungen h11, h12, h21, h22, h31, h32, h41, h42 zwischen diesen Einheiten zeigt.
In der in 3 gezeigten Ausführungsform ist die aktuelle MIMO-Konfiguration 2:2, weil es nur zwei Empfangsketten an der UE gibt. Jedoch gibt es sechs mögliche 2:2- MIMO-Matrizen, von denen die UE wählen kann. Diese sind wie folgt:-
Als ein Beispiel kann jeder der MIMO-Pfade als ein Zufalls-Gauss-Prozess mit einer mittleren Leistung einer Einheit dargestellt werden. Die Pfade sind unabhängig (unkorreliert) und ein Leistungsungleichgewicht zwischen den Pfaden wird nicht betrachtet. Jeder Pfad wird durch die folgende Gleichung dargestellt:-
wobei
eine Zufallszahl mit einer Normalverteilung mit einem Mittelwert von Null und einer Standardab weichung von
ist. Jedes Matrixelement besteht daher aus einer komplexen Spannung, wo die I- und Q-Komponenten normalverteilt sind. Dies führt zu einer Enveloppe, die mit einer mittleren Leistung von 2σ² = 1 Rayleigh-verteilt ist.
Unter Verwendung dieses Ausdrucks für jeden MIMO-Pfad (mit verschiedenen Proben der Zufallsvariablen) können die sechs momentanen 2:2-Kanalmatrizen konstruiert werden. Dann können für jede Instanz die Eigenwerte der Kanalproduktmatrix bestimmt werden, wobei die Kanalproduktmatrix durch das folgende gegeben ist:-
Die Eigenwerte dieser Matrix stellen die Leistungsverstärkungen der Eigenmoden dar, von denen zwei vorliegen werden.
Die obere Shannon-Grenze der Kapazität für eine 2:2-MIMO-Konfiguration mit unabhängigen Rayleigh-Schwund-Kanälen kann unter Verwendung der folgenden Formel bestimmt werden:-
wobei

N: = Anzahl der Übertragungsantennen
λ_i: = i-ter Eigenwert
ρ: = Signal-Rausch-Verhältnis.

Die Kapazität ist die Summe der Shannon-Kapazitäten von N orthogonalen Kanälen, wo die Leistungsverstärkungen der Kanäle durch die Eigenwerte der Kanalproduktmatrix gegeben sind. In dieser Summe ist die verfügbare Übertragungsleistung zwischen den zwei Kanälen gleichverteilt.
Um ein Eigenwertauswahl-Diversitätsschema zu implementieren ist es erforderlich, eine Auswahl zwischen den sechs möglichen UE-Antennenkombinationen zu ermöglichen. Zwei verschiedene Metriken werden betrachtet:-

• Summe der Eigenwerte;
• Shannon-Kapazität.

Im ersten Beispiel wurde die Summe der Eigenwerte für jedes UE-Antennenpaar berechnet, und die Kombination mit der maximalen Summe wurde ausgewählt. Dies wurde für zehntausend Beispiele der Zufallsvariablen ausgeführt. Die 2:2-Matrix für US-Elemente UE1 und UE2 wurde genommen, um eine Referenzmatrix zu sein, und die Shannon-Kapazitätsverteilung wurde für diesen Fall berechnet. Dies stellt die Standard-2:2-MIMO-Kapazitätsverteilung dar. Die Kapazitätsverteilung wurde auch für den Fall berechnet, wo eine Eigenwertauswahldiversität für jedes Beispiel der Zufallsvariablen implementiert war, wobei die maximale „Eigenwert-Summe" als die Auswahlmetrik verwendet wurde. Die Eigenwertverteilungen für die Referenz- und Diversitätsfälle sind in 4 gezeigt. Dies zeigt einen klaren Zuwachs der Eigenwertverteilungen, wenn die Eigenwertdiversität verwendet wird.
In dem Falle, dass die Auswahlmetrik die momentane maximale Verbindungskapazität ist, untersuchten wir die Kapazitätsverteilungen. Die Eigenwertauswahldiversität hat das untere Ende der Kapazitätsverteilung verbessert, obwohl die Verbesserung in diesem Falle größer ist als für den Fall, wo die maximale Summe von Eigenwerten als die Auswahlmetrik verwendet wird. Die Kapazitätsverteilungen für die zwei Formen von Eigenwertauswahldiversität wurden verglichen. Der Unterschied zwischen den zwei Schemata ist nur bei hohen SNR's von Bedeutung.
Für das „Eigenwertsummen"-Schema werden die sechs 2:2-Kanalmatrizen abgeschätzt und die Eigenwerte berechnet. Dies wird vorzugsweise auf einer Durchschnittsbasis durchgeführt, um jegliche Effekte von zeitlichem Schwund auszumitteln. Für das Maximumkapazitätsschema werden die Eigenwerte ebenso wie das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) oder der Träger-Interferenz-Grad (C/I) abgeschätzt. Abschätzungen der momentanen Kapazität werden dann für die sechs möglichen Kanalmatrizen durchgeführt. Etwas Durchschnittsbildung wird verwendet, um jegliche Wirkungen von zeitlichem Schwund zu eliminieren.
Wir verglichen auch die Kapazitätsverteilung für eine Standard-2:4-MIMO-Konfiguration mit der Kapazitätsverteilung für das „Maximumkapazitäts"-Eigenwertauswahldiversitätsschema. Das 2:4-MIMO-System erzielt eine höhere Kapazität, aber dies würde eher vier Empfangsketten an der UE erfordern als zwei. Die „Maximumkapazitäts"-Eigenwertauswahldiversitätskurven wurden auch mit den Kapazitätskurven für 2:2- und 2:4-MIMO-Konfigurationen verglichen. Es wurde herausgefunden, dass das Eigenwertauswahldiversitätsschema einen bedeutenden Teil der zusätzlichen Kapazitätsverstärkung erzielte, die von einem 2:4-MIMO-System mit vier Empfangsketten erhalten werden könnte.
In den unmittelbar oben mit Bezug auf nomadische Endgeräte beschriebenen Beispielen wurden zwei Auswahlmetriken betrachtet, von denen eine die Summe der Eigenwerte ist und die andere die momentane Verbindungskapazität ist. Es ist nicht wesentlich, diese speziellen Auswahlmetriken zu verwenden und wie unten diskutiert, können andere Typen von einer Metrik verwendet werden. Zusätzlich sind die oben mit Bezug auf nomadische Endgeräte beschriebenen Ergebnisse auch für Situationen mit mobilen Endgeräten zumindest teilweise gültig.
Schaltmechanismus
Betrachtet sei ein Beispiel einer MIMO-Schalt-Empfänger-Architektur, wie in 5 gezeigt. Vier Empfangsantennen 1001 bis 1004 sind mit nur zwei Empfangsketten 1005, 1006 (auch als Empfänger-Front-Ends bezeichnet) gezeigt. Es gibt sechs Auswahlmöglichkeiten von zwei Antennen von den vier verfügbaren. Für einen gegebenen Zeitpunkt kann der Empfänger nur die Empfangsbedingung von zwei Antennen überwachen und messen. Daher richten wir intelligente Schaltkriterien ein, um eine Auswahl des besten Antennenpaares zu ermöglichen. Um die Implementationskosten zu minimieren, wird die erforderte Verarbeitung 1007, um zwei Antennen auszuwählen, in dem Basisbandverarbeitungsbereich der Empfängerverarbeitung implementiert. Dies ist jedoch nicht wesentlich. Auch der Mechanismus zum Schalten zwischen den Antennen 1008 wird direkt am Antennenausgang implementiert. Beispielsweise wird ein GaAs-MESFET-Hochgeschwindkeitsschalter verwendet, der in einem rauscharmen Verstärker (LNA) eingebaut ist, mit einem von einem Basisbandmodem erzeugten 3-bit-Schaltkommando. Der durchschnittliche Einfügungsverlust für solch einen GaAs-MESFET-Schalter ist gering (beispielsweise um 0,1 dB) und die Kosten sind auch gering.
Mobile Endgeräte-Hochgeschwindigkeitsmobilität
Wir haben auch herausgefunden, dass MIMO-Konfigurationen, in welchen weniger Empfangsketten als Empfangsantennen vorhanden sind, vorteilhaft für Hochgeschwindigkeitsmobilitätsanwendungen verwendet werden können, wo sich das Benutzerendgerät bei Geschwindigkeiten von bis zu etwa 100 km/h bewegt. In solch einer Ausführungsform, die zwei Übertragungsantennen verwendet, und zwei von vier Empfangsantennen zur Verwendung mit zwei Empfangsketten auswählt, fanden wir eine 3 dB Verstärkung im Vergleich zu einer Standard-2:2-MIMO.
Auswahlmetriken
Zwei Auswahlmetriken wurden oben erwähnt, von denen eine auf die Verbindungskapazität bezogen ist und die andere die Summe der Eigenwerte ist. Es können andere Auswahlmetriken oder -verfahren verwendet werden und einige Beispiele sind unten gegeben:

• Empfangssignalstärkenindikator (RSSI, receive signal strength indicator) (d.h., wähle die Auswahl aus, welche den höchsten RSSI ergibt)
• Dekoderausgangs-Bit-Fehlerrate (decoder Output bit error rate, BER) (d.h., wähle die Auswahl, welche den geringsten BER ergibt)
• Round-Robin-Strategie (d.h., probiere jede mögliche Auswahl der Reihe nach und wähle die beste aus)
• Shannon-Kapazität (d.h., wähle die Auswahl aus, welche die höchste Shannon-Kapazität oder höchste momentane Verbindungskapazität ergibt)
• Eigenwerte (d.h., wähle die Auswahl, welche die höchste Summe der Eigenwerte ergibt)
• CRC-ausgelöster Schalter (d.h., der FEC-Dekodierung folgend, falls eine CRC-Erfassung fehlerhaft ist, dann schalten gemäß einer vorbestimmten Regel oder durch Suche nach der besten Antennenauswahl einer oder beide Empfänger auf eine Antenne/andere Antennen).

Betrachtet sei die Situation, in welcher die Anzahl von Empfangsketten L kleiner ist als die Anzahl von Empfangegsantennen M. In diesem Falle gibt es insgesamt K = M!/L!(M – L)! mögliche Schaltkonfigurationen, wobei das Symbol ! „Fakultät" bedeutet. Es ist vorteilhaft, eine volle Suche aller möglichen Schaltkonfigurationen auf Kosten einer hohen Rechenkomplexität durchzuführen. Dies ist jedoch nicht wesentlich, wie unten erklärt. In 6 zeigen wir mögliche Schaltkonfigurationen für zwei Situationen, nämlich (4 Antennen, 2 Empfangsketten) und (6 Antennen, 2 Empfangsketten). Sobald ein gegebener Satz von Antennen ausgewählt ist, ist es bevorzugt, dass der nächste Satz von ausgewählten Antennen nicht eine einzige identische Antenne zu dem ersten Satz enthält. Wir bezeichnen solche Sätze als disjunkt. Beispielsweise in dem Falle der 4-Antennen- und 2-Empfang(-Konfiguration) sind, falls die aktuelle Auswahl (1,2) ist, die möglichen Auswahlmöglichkeiten zum Schalten (1,3), (1,4), (2,3), (2,4) und (3,4). Wir haben jedoch herausgefunden, dass die beste Schaltstrategie ist, den disjunkten Satz (3,4) auszuwählen. In dem Falle der 6-Antennen und 2-Empfang(-Konfiguration) haben wir für jede Anfangsauswahl sechs disjunkte Auswahlen, zu denen zu schalten ist. In 6 zeigen wir nur den Schaltübergang für (1,2) (1,3) (1,4) (1,5) (1,6), unter den disjunkten Schaltstrategien zeigen wir jedoch die einfachste Schaltregel: (1,2) <-> (3,4) <-> (5,6).
Die besten in 6 gezeigten Schaltregeln (1,2) <-> (3,4) und (1,2) <-> (3,4) <-> (5,6) haben eine andere Bedeutung hinsichtlich der Antennenkonfiguration, weil sie für polarisierende Empfangsantennenanordnungen gut geeignet sind.
Alternativ könnten wir in dem Falle von zwei Empfangsketten eine der gegenwärtig ausgewählten Antennen (die mit der besseren Kanalqualität) halten und die andere gegenwärtig ausgewählte Antenne schalten. In 6 sind für den 4-Antennen-Fall mit der Konfiguration (1,2), wo die Antenne 1 gehalten wird, die möglichen Schaltübergänge dann (1,3) und (1,4). Für den 6-Antennen-Fall mit der Konfiguration (1,2), wo die Antenne 1 gehalten wird, sind die möglichen Schaltübergänge dann (1,3), (1,4), (1,5) und (1,6). Wir bezeichnen solche Sätze als überlappend. Das heißt, das überlappende Sätze wenigstens eine gemeinsame Antenne enthalten.
7 ist ein schematisches Diagramm der Verarbeitung, die in einem MIMO-System auftritt, sobald die MIMO-Kanäle empfangen werden. Es zeigt auch, wie einige der oben erwähnten Auswahlmetriken verwendet werden können, um ein Schalten zwischen den Antennen zu bewirken. In dem in 7 gezeigten speziellen Beispiel sind vier Empfangsantennen 100 und zwei Empfangsketten 101 vorhanden. Ein Schaltmechanismus 102 wird verwendet, um zwischen den Antennen umzuschalten. Die Empfangsketten 101 stellen einen Output an einen Kanalschätzer 103 bereit, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Dieser schätzt die MIMO-Kanäle ab und stellt einem MIMO-Dekoder 104 einen Output bereit, welcher die Raum-Zeit-kodierten Signale dekodiert. Die dekodierten Signale werden dann durch einen Fehlerweiterleitungskorrektur-(FEC, forward error correction)-Dekoder und schließlich durch eine zyklische Redundanz-Prüf-Einheit (CRC) 106 verarbeitet. Wie in 7 gezeigt, können die Ergebnisse 107 der CRC-Einheit 106 als einen Input an den Schaltmechanismus 102 über einen CRC-basierten Schalter 107 bereitgestellt werden. Alter nativ können die Ergebnisse von dem Kanalschätzer 103 dem Schaltmechanismus über einen eigenwertbasierten Schalter 108 oder einen RSSI-basierten Schalter 109 wie gezeigt bereitgestellt werden.
Die Schaltkriterien, die RSSI, Shannon-Kapazität und Eigenwerte (wie oben erwähnt) umfassen, können bei der Basisbandsignalverarbeitung am MIMO-Kanal-Schätzausgang 103 (siehe 7) implementiert werden. Die CRC-basierte Metrik ist am FEC-Dekoder-Ausgang wie gezeigt implementiert. Vorhersagealgorithmen 109b können in Verbindung mit den RSSI-, Shannon-Kapazitäts- und Eigenwertbasierten Kriterien verwendet werden, um die besten Antennen bei der Abwesenheit von Messungen von allen möglichen Antennenkombination auszuwählen. Beispielsweise können Informationen über die letzte Leistung dieser Antennenauswahlen verwendet werden, um Vorhersagen zu treffen.
Unter Verwendung einer Simulation haben wir die Leistung der oben erwähnten verschiedenen Auswahlverfahren und Metriken verglichen, und die Ergebnisse sind in 8 gezeigt, welche ein Graph einer BIT-Fehierrate (BER) gegen ein Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) ist. Unsere Simulation wurde für die Situation, die vier Empfangsantennen und zwei Empfangsketten bei einer Benutzereinrichtung beinhaltet, welche sich mit einer Geschwindigkeit von 100 km/h bewegt, durchgeführt, wobei eine OFDM-Wellenform als Signalisierung auf der physikalischen Schicht verwendet wurde.
Die beste Leistung wurde gefunden, wenn die Minimum-BER als die Auswahlmetrik verwendet wurde (siehe Linie 112 in 8). Diese Metrik ist jedoch relativ komplex zu berechnen. Die nächstbeste Leistung wurde gefunden, wenn das RSSI-Kriterium verwendet wurde, das unter Annahme einer perfekten a priori-MIMO-Kanalkenntnis oder einer per fekten Kanalvorhersage (siehe Linie 113) berechnet wurde. Wir benutzen den Ausdruck „geniegestützt", um uns auf die Tatsache zu beziehen, dass eine perfekte a priori-MIMO-Kanalkenntnis oder perfekte Kanalvorhersage angenommen wird. Die nächstbeste Leistung wurde für das geniegestützte Eigenwertsummationsmaximum gefunden (siehe Linie 114). Diese nächstbeste Leistung wurde für die das geniegestützte Kanalkapazitätsmaximum (siehe Linie 115) gefunden, welches verglichen mit beispielsweise der Summierung der Eigenwerte relativ komplex zu berechnen ist. Die nächstbeste Leistung wurde für den CRC-ausgelösten Schalter ohne die MIMO-Kanalkenntnis gefunden (siehe Linie 116). Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass es relativ einfach zu berechnen ist, weil MIMO-Systeme typischerweise sowieso CRC überwachen. Daher ist es relativ geradlinig, ein Schaltauswahlverfahren unter Verwendung einer CRC-basierten Metrik zu implementieren. Es wurde auch herausgefunden, dass die Leistung der geniegestützten Metriken nahe dem CRC-ausgelösten Blindschalter ist.
Daher bezieht sich in einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform die Auswahlmetrik auf CRC. Wir haben auch herausgefunden, dass unter Verwendung einer CRC-basierten Metrik die Anzahl an Zeiten, zu welchen ein Schalten als erforderlich angesehen wird, sehr viel geringer ist, als wenn die eigenwertbasierten Metriken verwendet wird. Wenn daher eigenwertbasierte Metriken verwendet werden, können zusätzliche Kriterien, wie beispielsweise ein Typ von Schwellwertmechanismus, erforderlich sein, um ein zu häufiges Umschalten zwischen Antennen zu verhindern.
Ergebnisse unserer weiteren Simulationen sind in 9 gezeigt. Wiederum wird ein 2 × 4-MIMO simuliert, wo die Benutzereinrichtung mit 4 Empfangsantennen und 2 Empfangsketten konfiguriert ist. Sechs Auswahlmöglichkeiten von zwei Antennen sind möglich und als
bezeichnet, wobei i, j = 1, 2, 3, 4. Um die obere Grenze der Auswahlleistung zu erhalten, simulierten wir die Situation unter Verwendung von drei Auswahlkriterien (RSSI, Shannon-Kapazität und Eigenwerte) unter Verwendung von geniegestützten Berechnungen; das heißt, unter der Annahme einer perfekten a priori-Kanalkenntnis oder einer Perfektionskanalvorhersage. Alle sechs möglichen Auswahlen könnten ausgewählt werden. Das CRC-basierte Kriterium wurde mit einem realen Empfängerbetrieb simuliert. Die in den Simulationen verwendeten Schaltkriterien sind unten ausführlicher beschrieben, wobei λ₁, λ₂ die Eigenwerte der Matrix H_i,j sind.
9 zeigt die Simulationsergebnisse, welche die Verstärkung für die 4-Antennen- und 2-Empfangsketten-Auswahlanordnung umfassen, im Vergleich zu einer wahren 2 × 2-MIMO und einer 2 × 4-MIMO. Zusätzlich ist die theoretische Verstärkung (obere Grenze) für 4, 6 und 7 Antennen auch aufgetragen. Die mathematische Ableitung ist in Gleichung 50 im Anhang A gezeigt. Wie wir klar sehen können, stellen alle Auswahlverfahren eine bedeutsame Verstärkung im Vergleich zur statischen 2 × 2-MIMO mit derselben Komplexität der Empfänger-Front-End Hardware bereit. Insbesondere kann das CRC-basierte Auswahlverfahren eine Verstärkung erzielen, die nahe den geniegestützten Schaltkriterien ist.
Obwohl die oben erörterten Auswahlmetriken mit Bezug auf eine Auswahl von Empfangsantennen beschrieben wurden, können diese Metriken auch für eine Auswahl zwischen Übertragungsantennen verwendet werden, wobei ein Typ von Rückmeldemechanismus (feedback mechanism) von der Empfangsvorrichtung zu der Übertragungsvorrichtung verwendet wird.
Verwendung von gerichteten Antennen
Wenn wir Situationen betrachten, die eine Mehrzahl von Benutzerendeinrichtungen einbeziehen, kann eine Interferenz als ein Ergebnis von Signalen von einem Endgerät auftreten, die ein anderes Endgerät erreichen und mit Signalen von einer Basisstation zu diesem Endgerät interferieren. Unter Verwendung von beispielsweise gerichteten Antennen an den Benutzerendgeräten wie zuvor in ortsfesten drahtlosen Zugangsanordnungen implementiert war, ist es möglich, solche Interferenzen im Vergleich zu einer Referenzsituation, welche Rundumantennen an den Benutzerendgeräten verwendet, zu reduzieren. Wir haben jedoch gefunden, dass unter Verwendung von gerichteten Antennen an dem Benutzerendgerät in einem MIMO-System und zusätzlich unter Verwendung einer geschalteten Antennenauswahl an dem Benutzerendgerät bedeutsame Vorteile gefunden wurden. Sogar, obwohl eine geschaltete Auswahl die Anzahl von Antennenelementen, von welcher erwartet würde, dass sie die sich ergebende MIMO-Leistung reduziert, wirksam reduziert, haben wir gefunden, dass Vorteile erzielt werden können.
Dies wird unten ausführlicher mit Bezug auf verschiedene Ausführungen erklärt, die eine MIMO-Antennenanordnung in einer allein stehenden Einheit zur Verwendung mit einem Benutzerendgerät, wie beispielsweise einem Personal Computer, betreffen. In diesen Ausführungsformen ist eine Antennenanordnung für ein Benutzerendgerät bereitgestellt, so dass das Benutzerendgerät eine drahtlose MIMO-Verbindung von hoher Datenrate verwenden kann. Vorzugsweise umfasst die MIMO-Verbindung vier orthogonale Kanäle mit ähnlichen Signalgraden, um eine Kapazitätsvergrößerung als ein Ergebnis der Verwendung von MIMO-Kommunikationen zu ermöglichen.
Die Antennenanordnung wird in einer Box, einem Kubus oder einer anderen alleinstehenden Struktur getragen, die mit einem Personal Computer, einem Laptop-Computer, einem Personal Digital Assistant oder jedem anderen Typ von Benutzerendgerät verbunden werden kann. Dies stellt den Vorteil bereit, dass die Antennenanordnung leicht auf einem Schreibtisch, Tisch oder einer anderen Oberfläche angeordnet werden kann und in Verbindung mit jedem geeigneten Typ von Benutzerendgerät verwendet werden kann, statt dass sie permanent in einem Benutzerendgerät integriert ist. Die Größe der Antennenanordnung ist minimiert, damit die alleinstehende Einheit kompakt und tragbar ist.
Die 10 und 11 zeigen zwei mögliche Antennenanordnungen, die jeweils von einer alleinstehenden Einheit 128 der Abmessungen 9 cm × 9 cm × 13 cm oder jeder anderen geeigneten Größe, welche von einer Hand gehalten werden kann, getragen werden. 10 zeigt eine Anordnung, die acht Dipole 131–138 verwendet, wobei ein horizontaler und ein vertikaler Dipol von jeder der vier Flächen der Einheit getragen wird. Die Antennen stehen von der Oberfläche der Einheit, an welcher sie mit Führungs- und Passstiften verbunden sind, ab. Die vier Flächen sind derart gewählt, dass, wenn die Einheit auf einer Fläche steht, die gegenüberliegende Fläche (oben) keine Dipole aufweist. Die vertikalen Dipole werden 2,5 cm von der Einheit und die horizontalen Dipole 3,5 cm von der Einheit gehalten. Wir fanden heraus, dass der erzielte Signalgrad unter Verwendung von Dipolen höher (verbessert) war als der, der unter Verwendung von planaren invertierten F-Antennen (PIFAs) gefunden wurde. Zusätzlich war eine azimuthale Direktivität für die Dipolanordnung bedeutsamer.
11 zeigt eine andere Ausführungsform, in welcher vier vertikale 145–148 und vier horizontale Dipole 141–144 wieder verwendet werden. In diesem Falle werden die Dipole an Ecken der Einheit getragen, um das Azimuth-Muster verglichen mit der Anordnung von 10 zu verbreitern. Die Enden der horizontalen Dipole sind in Richtung der Einheit gewunden oder gebogen, um jegliche Verminderung des Azimuth-Musters zu minimieren, welche an den Enden der Dipole auftreten kann. Wie zuvor sind die Dipole von der Oberfläche der Einheit fort gehalten oder beabstandet. In dieser Ausführungsform ist eine leitfähige Platte 140 auf einer Fläche der Einheit (obere Fläche) angeordnet, so dass sie die Fläche abdeckt und sich über jede Kante dieser Fläche hinaus erstreckt. Eine andere leitfähige Platte 141 ist so angeordnet, dass sie die gegenüberliegende Fläche der Einheit (untere Fläche) ab deckt. Diese Platten werden hinzugefügt, um das Front-to-Back-Verhältnis der horizontalen Dipole zu verbessern. Die Platten erstrecken sich über die Einheit hinaus, wie oben erklärt und in 11 gezeigt, so dass das Front-to-Back-Verhältnis des horizontalen Dipols mit dem von dem vertikalen Dipol übereinstimmt. In einem besonderen Beispiel erstreckten sich die Platten über die Einheit um 3 cm hinaus, wobei die Abmessungen der Einheit dann 15 cm × 15 cm × 13 cm waren.
Wir verglichen die Leistung der in den 10 und 11 gezeigten Ausführungsformen und die Ergebnisse sind in 12 gegeben. Die Ausführungsform von 10 wird als Konfiguration 1 bezeichnet. In diesem Falle sind die Dipole über Flächen der Einheit angeordnet und sind gerichteter als die in den Anordnungen von 11 (Konfiguration 2). Die Ergebnisse zeigen an, dass jede Anordnung ein voll arbeitsfähiges System bereitstellt.
12 zeigt die zum Vergleich der alleinstehenden Konfigurationen verwendeten Metriken. Die Konfigurationen 1 und 2 haben über 90° und 180° gemittelte Metriken. Diese Konfigurationen weisen gerichtete Antennen auf, wobei die zwei Durchschnitte 2:2- (angenommen für Uplink) und 2:4-MIMO (angenommen für Downlink) berücksichtigen. Die Diversitätsverstärkung wird für zwei Orientierungen der Einheit, 0° und 45°, gegeben. Dies ist von Interesse, weil die alleinstehende Einheit auf einer Oberfläche in einer beliebigen Orientierung angeordnet werden kannte.
Wir fanden, dass die Konfiguration 1 (10) dahingehend vorteilhaft war, dass sie die höchste durchschnittliche Verstärkung bereitstellte. Dies erleichtert die Last mit beispielsweise Leistungsverstärkern, was wiederum Kosten reduziert.
In den oben unter Bezugnahme auf 10 und 11 beschriebenen Beispielen wird es angenommen, dass die alleinstehende Einheit als Teil einer 2:2-MIMO-Konfiguration auf dem Uplink und einer 2:4-MIMO-Konfiguration auf dem Downlink arbeitet. Das heißt, dass auf dem Uplink zwei Antennen ausgewählt sind (von den acht verfügbaren), um zwei Inputs an einer Basisstation zu übertragen. Auf dem Downlink sind vier Antennen an dem Benutzerendgerät ausgewählt (von den acht verfügbaren), um Signale von zwei Ausgängen an der Basisstation zu empfangen. Dies ist jedoch nicht wesentlich, alle n:m-MIMO-Konfigurationen können für entweder den Downlink oder den Uplink verwendet werden, wobei n und m ganze Zahlen größer als 1 sind.
Unter Verwendung einer Computersimulation haben wir herausgefunden, dass für die Anordnung von 10 eine 2 dB Verbesserung hinsichtlich Träger-Interferenz(-Grad) erhalten wird, wenn ein „Schalt"-Mechanismus verwendet wird, um die beste Kombination von 4 Antennenelementen von den 8 verfügbaren auszuwählen, im Gegensatz zur Verwendung einer beliebigen Kombination von 4 der 8 Antennen.
Unsere Simulation nahm an, dass jedes nomadische Benutzerendgerät (wie in 10) in einer Innenraumumgebung in einer dichten städtischen Gegend angeordnet wird, die weitere solche Benutzer hoher Datenraten aufnahm. Eine Situation, die ein Netz von 19 Basisstationen mit jeweils 3 Sektoren und 1000 von jeder Basisstation bedienten Teilnehmern an zufälligen Orten im Netz beinhaltete.
Wir fanden auch eine 3 dB-Verbesserung hinsichtlich Träger-Interferenz, als die beste Kombination von 2 Antennenelementen von den 8 verfügbaren ausgewählt wurde, im Gegensatz zur Verwendung einer beliebigen Kombination von 2 von den 8 Antennen.
Wir haben so herausgefunden, dass unter Verwendung einer geschalteten Auswahl zwischen gerichteten Antennen an dem Benutzerendgerät in einer MIMO-Anordnung Verbesserungen hinsichtlich Träger-Interferenz-Graden gefunden wurden und, dass zusätzlich Situationen, die einen räumlichen Schwund beinhalteten, wirksamer behandelt werden konnten.
Eine geschaltete Auswahl zwischen gerichteten Antennen an einer MIMO-Benutzereinrichtung ist auch besonders vorteilhaft für eine kleine Benutzereinrichtung. In solchen Fällen blockiert die Struktur der Benutzereinrichtung selber oft Antennenmuster in bestimmten Richtungen für auf der Benutzereinrichtung angebrachte Antennen. Es ist dann schwierig, ein nominelles azimuthales Rundummuster zu realisieren. Beispielsweise stellen wir in einer besonderen Ausführungsform 4 Antennen für MIMO-Kommunikationen in einem Personal Digital Assistant (PDA) bereit. 13 zeigt die Antennenanordnung. Von den vier Antennen 231–234 sind drei 231–233 so angeordnet, dass sie in einer Tragestruktur, wie beispielsweise einer Klappe, einzubauen sind. Vorzugsweise ist die Klappe beweglich mit dem PDA verbunden, so dass sie eine Anzeigebildschirmfläche des PDA abdeckt, wenn er nicht in Gebrauch ist. Die Klappe kann so angeordnet werden, dass sie um die Seite oder über den oberen Teil des PDA klappt. Vorzugsweise wird die Klappe im Gebrauch so ausgeklappt, dass der Winkel zwischen der Klappe und dem PDA etwa 90° ist. Dies ist jedoch nicht wesentlich, jeder geeignete Winkel zwischen der Klappe und dem PDA kann verwendet werden, so dass eine Polarisationsdiversität bereitgestellt ist. Eine Grundplatte 235 ist in die Klappe integriert und ist koplanar mit den drei Antennen 231–233 in der Klappe. Eine zweite Grundplatte 236 ist in dem PDA selber eingebaut (beispielsweise kann dies durch Leiterplatinen bereitgestellt sein, die bereits in dem PDA-Körper vorliegen, welche die PDA-Funktionalität bereitstellen). Eine mit dieser zweiten Grundplatte verbundene Antenne 234 ist vorzugsweise auf dem PDA angebracht, so dass sie, wie in 13 gezeigt, hervorragt.
Die Antennen 231 und 234 sind vorzugsweise koplanare Schirm-Monopole. Die Antenne 232 ist vorzugsweise in der Form eines in der Klappe angebrachten Schlitzes bereitgestellt, während die Antenne 234 vorzugsweise ein auf dem PDA-Körper angebrachter Monopol ist. Wir fanden heraus, dass das Profil des PDA das Ausmaß an kugelförmiger Richtcharakteristik der Antennenmuster aufgrund von Blockierung einschränkt. Dies wird dadurch angegangen, dass komplementäre gerichtete Muster verwendet werden, die unter Berücksichtigung des Körpers des PDA entwickelt wurden. In einem bevorzugten Beispiel sind die vier Antennen so angeordnet, dass sie die gerichteten Antennenmuster von 14 bereitstellen. Unter Berücksichtigung der Kurven in 14 wird es gesehen, dass zwei Antennenmuster unter jedem Winkel eine gute Signalstärke bereitstellen. Beispielsweise könnten komplementäre Muster 391 und 392 anfänglich ausgewählt sein (in einem 2:2-MIMO-System mit einer Auswahl von 2 von 4 geschalteten Antennen am PDA). Wenn gefunden wird, dass die Signalstärke schwach ist, werden die anderen Muster 393 und 394 ausgewählt. Alternativ können beide Optionen getestet werden und das beste Paar von Antennen ausgewählt werden. Der Auswahlprozess wird über die Zeit wiederholt, um Änderungen der Endgeräteposition oder der Umgebung zu berücksichtigen.
Um die komplementären gerichteten Muster zu erreichen, wie oben beschrieben, wird ein beliebiges geeignetes Verfahren verwendet, wie aus dem Stand der Technik bekannt.
Es wird angemerkt, dass Zielverluste typischerweise durch Antennenschaltsysteme erfahren werden. Solche Pointing-Verluste schränken die Verbesserung an Träger-Interferenz-Graden ein, die für gerichtete Antennensysteme mit geschalteter Auswahl gefunden werden. Ein Weg, dies zu überwinden ist, gesteuerte Strahlsysteme zu verwenden, entweder mit einer mechanischen Strahlsteuerung oder adaptiven Kombinationstechniken.
In den oben beschriebenen Beispielen wird eine Antennenauswahl verwendet, um es zu ermöglichen, dass die Anzahl von Übertragungs- oder Empfangsketten reduziert wird. Ein damit verbundener Vorteil wird erreicht, indem adaptive Kombinationstechniken verwendet werden, die ein Kombinieren der Wirkungen einer Mehrzahl von Antennenelementen verwenden, um gerichtete Antennenstrahlen zu erzeugen. Ein Beispiel ist in unserer früheren US-Patentanmeldung mit der Nummer 09/975,653 , Veröffentlichungsnummer US 6,870,515 beschrieben, die auch Nortel Networks zugeordnet ist. In dem Dokument beschreiben wir eine Basisstation-Antennenanordnung mit sechs Säulen von dual polarisierten Antennenelementen. Die sechs Säulen weisen eine Beabstandung einer halben Wellenlänge im Azimuth auf. Zwei festgelegte Mehrfachstrahlformer, welche keine Strahlsteuerung gestatten, werden zusammen mit dieser Anordnung verwendet, um drei gerichtete Antennenstrahlen bei jeder der zwei Polarisierungen zu bilden. Diese Basisstation-Antennenanordnung arbeitet über einen eingeschränkten Sektor und ist als solche daher nicht für Benutzerendgeräte geeignet, die nomadisch oder mobil sind und welche in einer beliebigen Orientierung mit Bezug auf eine verwendete Basisstation angeordnet werden können.
Gemäß einem anderen erfindungsgemäßen Aspekt verwenden wir eine adaptive Kombinationstechnik in Kombination mit einer MIMO-Antennenanordnung. Durch Verwendung einer adaptiven Kombinationstechnik zum Erzeugen richtungsbezogener Antennenstrahlen werden Träger-Interferenz-Grade verbessert und so eine Kapazität vergrößert. Das adaptive Kombinationsverfahren kann vorteilhaft elektronisch gesteuert werden, um die Richtung der erzeugten Antennenstrahlen zu ändern.
Zum Beispiel wird in der Ausführungsform von 15 eine Anordnung von drei Antennenelementen 404 bereitgestellt. Die Antennenelemente weisen im Wesentlichen eine kugelförmige Richtcharakteristik auf und sind eng angeordnet (d.h. nicht räumlich divers) und weisen eine Polarisationsdiversität auf. Die Antennenelemente 404 sind adaptiv kombiniert 403, um ein Paar von gerichteten Antennenstrahlen 401, 402 mit im Wesentlichen derselben Richtung und demselben Antennenmuster, aber von im Wesentlichen orthogonalen Polarisationen zu erzeugen. Zwei Empfangsketten 405 werden bereitgestellt. Diese Anordnung wird vorteilhaft an einem Benutzerendgerät bereitgestellt, beispielsweise zur Verwendung in einem n:2-MIMO-System, wo n eine ganze Zahl vom Wert 2 oder darüber ist. Jede geeignete Zahl und Anordnung von Antennenelementen kann verwendet werden, um zwei oder mehr gerichtete Antennenstrahlen unter Verwendung einer adaptiven Kombination bereitzustellen.
Um ein MIMO-System bereitstellen zu können, werden die Antennenstrahlen so angeordnet, dass sie divers sind. Beispielsweise sind die Antennenstrahlen 401, 402 in der Ausführungsform von 15 polarisationsbezogen divers. Sie könnten jedoch alternativ räumlich divers sein oder eine winkelbezogene Diversität aufweisen.
Jeder geeignete Typ adaptiver Kombination kann verwendet werden. Beispielsweise unter Verwendung von Strahlformern oder unter Verwendung einer mit Phase versehenen Kombination.
Jeder hierin gegebene Bereichs- oder Gerätewert kann erweitert oder geändert werden, ohne die erstrebte Wirkung zu verlieren, wie dem Fachmann für ein Verständnis der Lehren hierin offenbar sein wird.
Anhang A
Es sei angenommen, dass alle Empfangsantennen unabhängig sind, dann sind beim Auswählen irgendwelcher zweier Empfangsantennen die Mehrwegekomponenten dieser zwei Kanäle unkorreliert, was für einen stationären Prozess bedeutet, dass die Frequenzdiversitätsverstärkung ungeändert im Vergleich zu dem Fall fixierter Antennen ist. Dieser Anhang analysiert das Antennenschalten unter Ausnutzung von zeitlichen Schwänden (up fades). Es sei angemerkt, dass dies das Minimale ist, was wir erreichen können, weil das sowohl auf zeitlichen Schwänden als auch auf Frequenzdiversität basierende Antennenschalten in diesem Anhang nicht behandelt wird. Es sei jedoch angemerkt, dass der bedeutsamste beitragende Faktor in unserem System eher der zeitliche Schwund als der frequenzselektive Schwund ist. Der Grund ist, dass wir die Wirkungen des frequenzselektiven Schwunds mit einem Kanal-Interleaver wirksam abschwächen können, wir aber zeitlichen Schwund nur wirksam mit Raumdiversität (beispielsweise Antennenschalten) abschwächen können. Dies ist insbesondere wahr, wenn der Doppler gering ist, beispielsweise, wenn sich ein Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit von 30 km/h bewegt.
Es seien P₁ > P₂ > P₃ > P₄ die empfangenen Leistungen von vier Empfangsantennen, dann ist mit Antennenschalten die Durchschnittsleistung der zwei aktiven Antennen: PAS = E(P1 + P2) (10)
Mit fixierten Antennen ist die von zwei Antennen empfangene Durchschnittsleistung:
Daher ist die Verstärkung, die wir vom Antennenschalten erhalten können:
Dies bedeutet, dass die maximale Verstärkung, die wir vom Antennenschalten erhalten können, 3 dB beträgt, und dies geschieht, wenn die von den zwei schwachen Antennen empfangenen Signale vernachlässigbar sind im Vergleich zu den von den zwei starken Antennen empfangenen Signalen. Es sei angemerkt, dass, wenn P₁ = P₂ = P₃ = P₄ ist, die aus Gleichung (30) berechnete Verstärkung 0 dB ist, was bedeutet, dass keine Verstärkung durch Auswahl von Antennen von Zusammenschlüssen gleichstarker Antennen erzielt werden kann.
Bei Rayleigh-Schwund kann
ziemlich klein sein.
Unter der Annahme, dass
ist, würde die Verstärkung dann 2,2 dB sein.
Die obigen Ergebnisse können auf N > 4 Empfangsantennen erweitert werden. Mit P₁ > P₂ > K > P_N kann die vom Antennenschalten erhaltene Verstärkung auf
aktualisiert werden, was bedeutet, dass die Verstärkung durch
begrenzt ist.
Wenn N = 6 ist, ist die obere Grenze für die Verstärkung 4,77 dB. Es sei angemerkt, dass diese Grenze mit
erreicht wird. Wenn N zunimmt, wird die obere Grenze 10log(N/2)(dB) immer freier (looser), weil es unwahrscheinlich ist, dass die Bedingung
wahr ist.
Es seien
dann ist
Die Gleichung (60) zeigt an, dass, wenn N → ∞, die zwei ausgewählten Antennen immer die Aufwärts-Schwünde (up-fades) auffangen können. Daher ist die Verstärkung vom Antennenschalten gleich dem Spitzen-Durchschnitt-Verhältnis des Schwundes, welcher kanalabhängig ist.

Claims

Funkkommunikationsvorrichtung umfassend drei oder mehr Diversantennen (21; 100; 404; 1001, 1002, 1003, 1004) und eine Mehrzahl von Empfangsketten (22; 101; 405; 1005, 1006), wobei weniger Empfangsketten als Antennen vorliegen, wobei die Funkkommunikationsvorrichtung ferner einen Selektor (102; 1008) umfasst, der dazu angeordnet ist, für jede der Mehrzahl von Empfangsketten eine der Antennen zur Verwendung in Verbindung mit dieser Empfangskette auszuwählen, wobei die Funkkommunikationsvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie dazu angeordnet ist, Multiple-Input-Multiple-Output-Kommunikationen unter Verwendung der Mehrzahl von Empfangsketten vorzusehen.
Funkkommunikationsvorrichtung nach Anspruch 1, worin die Antennen (21; 100; 404; 1001, 1002, 1003, 1004) jeweils eine Richtcharakteristik aufweisen.
Funkkommunikationsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin die Diversität der Antennen (21; 100; 404; 1001, 1002, 1003, 1004) durch räumliche Diversität und/oder Polarisationsdiversität erreicht wird.
Funkkommunikationsvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, worin sie eine Basisstation oder ein Benutzerendgerät umfasst.
Funkkommunikationsvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, worin der Selektor (102; 1008) eine Schaltvorrichtung umfasst, die dazu angeordnet ist, die Antennen (21; 100; 404; 1001, 1002, 1003, 1004) zwischen den Empfangsketten (22; 101; 405; 1005, 1006) zu schalten.
Funkkommunikationsvorrichtung nach Anspruch 5, worin der Selektor (102; 1008) dazu angeordnet ist, Antennen (21; 100; 404; 1001, 1002, 1003, 1004) auf der Grundlage eines Parameters, der auf ein Verfahren einer zyklischen Redundanzprüfung bezogen ist, auszuwählen.
Funkkommunikationsvorrichtung nach Anspruch 6, worin der Selektor (102; 1008) ferner dazu angeordnet ist, für jede Empfangskette (22; 101; 405; 1005, 1006) eine der Antennen (21; 100; 404; 1001, 1002, 1003, 1004) auszuwählen, die derzeit nicht zur Verwendung in Verbindung mit einer der Empfangsketten ausgewählt ist.
Funkkommunikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin der Selektor (102; 1008) dazu angeordnet ist, auf der Grundlage eines Signalstärkeanzeigers auszuwählen.
Funkkommunikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin der Selektor (102; 1008) dazu angeordnet ist, Antennen (21; 100; 404; 1001, 1002, 1003, 1004) auf der Grundlage von Parametern auszu wählen, die auf eines von einer Rahmenfehlerrate, einer Linkkapazität und Eigenwerten einer Kanalproduktmatrix bezogen sind.
Funkkommunikationsvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, worin jede der Antennen (21; 100; 404; 1001, 1002, 1003, 1004) dazu angeordnet ist, einen richtungsbezogenen Antennenstrahl bereitzustellen und, worin wenigstens einige dieser Antennenstrahlen in im wesentlichen andere Richtungen als ein anderer der Antennenstrahlen zeigen.
Funkkommunikationsvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, umfassend vier Paare von Antennen, wobei jedes Paar von Antennen von einem Körper getragen wird, der so bemessen und geformt ist, dass er tragbar und dazu geeignet ist, auf einer im wesentlichen flachen Oberfläche getragen zu werden.
Funkkommunikationsvorrichtung nach Anspruch 11, worin der Körper ein Parallelepiped ist und jedes Paar von Antennen von einer anderen Seite des Parallelepipeds getragen wird.
Funkkommunikationsvorrichtung nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, worin die Antennen Dipole sind.
Funkkommunikationsvorrichtung nach Anspruch 13, worin eines von jedem Paar von Dipolen so angeordnet ist, dass seine Enden in Richtung des Körpers gerichtet sind.
Funkkommunikationsvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, worin der Selektor (102; 1008) dazu angeordnet ist, eine erste Untermenge der Antennen zum Senden und eine zweite Untermenge der Antennen zum Empfang auszuwählen.
Funkkommunikationsvorrichtung nach Anspruch 15, worin die erste Untermenge zwei der Antennen umfasst, und die zweite Untermenge vier der Antennen umfasst.
Funkkommunikationsnetz, umfassend wenigstens eine Funkkommunikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16.
Funkkommunikationsnetz nach Anspruch 17, worin es eine Mehrzahl von Benutzerendgeräten umfasst, von denen jedes eine Funkkommunikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 ist und, worin jede der Antennen an diesen Benutzerendgeräten dazu angeordnet ist, einen richtungsbezogenen Antennenstrahl bereitzustellen und, worin wenigstens einige dieser Antennenstrahlen in im wesentlichen andere Richtungen zeigen als die anderen Antennenstrahlen.
Verfahren, eine Funkkommunikationsvorrichtung zu betreiben, die drei oder mehr Diversantennen (21; 100; 404; 1001, 1002, 1003, 1004), eine Mehrzahl von Empfangsketten (22; 101; 405; 1005, 1006) und einen Selektor (102; 1008) umfasst, worin weniger Empfangsketten als Antennen vorliegen, wobei das Ver fahren umfasst, für jede Empfangskette eine der Antennen zur Verwendung in Verbindung mit der Empfangskette auszuwählen, und das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass Ausgänge der Mehrzahl von Empfangsketten verwendet werden, um Multiple-Input-Multiple-Output-Kommunikationen vorzusehen.
Verfahren nach Anspruch 19, worin der Schritt des Auswählens ein Auswählen auf der Grundlage eines Signalstärkeanzeigers umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, worin der Schritt des Auswählens ferner ein Auswählen auf der Grundlage von Parametern, die auf eines von einer Rahmenfehlerrate, einer Linkkapazität, Informationen einer zyklischen Redundanzprüfung und Eigenwerten einer Kanalproduktmatrix bezogen sind, umfasst.
Computerprogrammprodukt, umfassend ein computerlesbares Medium, das Programmcode trägt, der in einer Kommunikationsvorrichtung ausführbar ist, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21 zu implementieren.